超声波流量计汇总

总结：超声流量计可分为：
⑧超声波在传播过程中的衰减：
• 由于介质的粘性而造成的衰减 a f 2
• 热传导造成的吸收衰减: a f 2
• 由于介质的散射而造成的衰减 s f 4
⑨声强： P P0ex α固<α液<α气
⑩超声波的指向性： Sinθ=1.22λ/D=1.22C*T/D=1.22C/fD，
θ:主瓣半角(半扩散角)；D:晶片直径; f:超声波 频率
波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方 向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速 的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．
多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不 均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来 确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等 流体流量测量。
相关法是利用相关技术测量流量，原理上， 此法的测量准确度与流体中的声速无关， 因而与流体温度，浓度等无关，因而测量 准确度高，适用范围广。但相关器价格贵， 线路比较复杂。在微处理机普及应用后， 这个缺点可以克服。
超声波流量计原理、结构、安 装、维护和故障处理
服务事业部 蔺永强
2012年4月14日
超声波的基础知识
①周期：T=1/f；取决于声源； ②波长：λ=C*T ;
C——声速，取决于介质性质； 举例：
• F=50KHz, T=0.02mS, λ=6.8mm (C=340m/s); • F=1MHz, T=1μS, λ=1.5mm (C=1500m/s,常温
■传播速度差法（传播时间法）：由于直接时 差法、时差法、频差法和相位差法的基本原 理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报 时速度之差来反映流体的流速的，故又统称 为传播速度差法。其中频差法和时差法克服 了声速随流体温度变化带来的误差，准确度 较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置 方法不同，传播速度差法又分为：Z法(透过 法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。
如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等 于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快 些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。 这样，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时 间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气 体不流动时的传输时间相比而言；在同一传播 距离就有不同的传输时间，根据传输速度之差 与被测流体流速之间的关系测出流体的流速， 从而测出流量。
超声流量计（以下简称USF）是通过检 测流体流动时对超声束（或超声脉冲） 的作用，来测量体积流量的仪表。我们 主要针对用于测量封闭管道液体流量的 USF。 封闭管道用USF按测量原理分类 有：①传播时间法；②多普勒效应法； ③波束偏移法；④相关法；⑤噪声法。 我们将讨论用得最多的传播时间法和多 普勒效应法的仪表。
④声波在界面上的折射：
类似于光的折射α1=α2=α
sin 1 sin 2 sin
C1
C1
C2
⑤介质的阻抗特性: Z=ρC ； ρ——密度； C——速度；
β
α1 α2
⑥在垂直于界面入射时，声强反射系数：
Z2 Z2
Z1 Z1
2
⑦在垂直于界面入射时，声强透射系数：
2
1
1
Z2 Z2
Z1 Z1
θ
超声波用途：超声清洗、医学治疗、超声探伤、 超声测距……
超声波流量计工作原理
超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速 的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测 出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿 过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像 一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动 时，超声脉冲以相同的速度（声速，C）在两 个方向上传播。
噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产 生的噪声与流体的流速有关的原理，通过 检测噪声表示流速或流量值。其方法简单， 设备价格便宜，但准确度低。
以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质、 流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确 度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业 生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用 频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直 接时差法。
4Z1Z 2 (Z1 Z2 )2
β
α1 α2
钢： Z=7800*5.95*103=4.64*107；
水：（t=0℃），Z=1000*1423=1.423*106;
空气：（t=0℃），Z=1.293*331.4=4.285*102;
百度文库
钢水界面：β=0.885，α=0.115；
气水界面：β=0.9988，α=0.0012；
也就是说超声流量计是利用声速差计算流体速 度，并以流体速度乘以面积计算体积流量。通 常超声流量计的探头，即换能器与表体之间有 一个入射角，从60度到45度。超声波在一对探 头之间传播，如果没有流体，也就是0流量的 情况下，来回的传播时间是一样的，那么相当 于流速为零。一旦有流体，则超声在一对探头 之间来回的速度是不一样的。不管流体流向， 都会产生声速差，如果设定一个方向为正常流 向，那么正常声速应该是正数，如果声速差为 负，则说明流向相反，也就是可以反向计量， 两个方向的计量精度是一样的。
对换能器安装方法的选择原则一般是：当 流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动 方向与管铀不平行或管路安装地点使换能 器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。 当流场分布不均匀而表前直管段又较短时， 也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克 服流速扰动带来的流量测量误差。
多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪 表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附 着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。 随着工业的发展及节能工作的开展，煤油 混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和 应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发 展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广 阔前景.
水);
③声速：超声波在物质中的传播速度 钢：C=5.95*103m/s; 水：C=1557-0.0245(74-t2)，t为℃；
T=0℃时， C=1423m/s; T=30℃时，C=1509m/s; 空气：C=331.4(1+t/273)0.5,除此之外，还受湿 度、成分的影响。 T=0℃时，C=331.4m/s; T=30℃，C=349.1m/s;