超聲波流量計(jì)的工作原理及分類

時(shí)間：2020-01-05作者：上海森逸智能儀器有限公司瀏覽：836

 超聲波流量計(jì)的工作原理及分類

作者：上海森逸智能儀器有限公司

   超聲波流量計(jì)的流量傳感器**超聲波，經(jīng)過管道穿透到流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載**體流速的信息。因此通過另一個(gè)流量傳感器接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。根據(jù)檢測的方法，可分為傳播速度差法（時(shí)差法）、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關(guān)法等不同類型的超聲波流量計(jì)。

超聲波流量計(jì)是屬于非接觸式儀表，適于測量不易接觸或不能接觸和不容易觀察的流體以及大管徑流量。它與超聲波位計(jì)配合可進(jìn)行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量計(jì)不用在流體中安裝測量元件，故不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài)，不產(chǎn)生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產(chǎn)管線運(yùn)行因而是一種理想的節(jié)能型流量計(jì)。1 w/ y3 K; I5 l1 X) G

    目前的工業(yè)流量測量普遍存在著大管徑、大流量、小管徑、小流量、高溫液體、氣體測量困難的問題，這是因?yàn)橐话懔髁坑?jì)隨著測量管徑的增大會(huì)帶來制造和運(yùn)輸上的困難，造價(jià)提高、能損加大、安裝不僅這些缺點(diǎn)，超聲波流量計(jì)均可避免。因?yàn)楦黝惓暡髁坑?jì)均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價(jià)基本上與被測管道口徑大小無關(guān)，而其它類型的流量計(jì)隨著口徑增加，造價(jià)大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計(jì)比相同功能其它類型流量計(jì)的功能價(jià)格比越優(yōu)越。被認(rèn)為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計(jì)可測雙相介質(zhì)的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發(fā)電廠中，用便攜式超聲波流量計(jì)測量水輪機(jī)進(jìn)水量、汽輪機(jī)循環(huán)水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計(jì)方便得多。超聲被流量汁也可用于氣體測量。管徑的適用范圍從6mm到6m，從幾米寬的明渠、暗渠到500m寬的河流都可適用。

    另外，超聲測量儀表的流速測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺(tái)儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。

    超聲波流量計(jì)目前所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前國內(nèi)只能用于測量200℃以下的流體，溫度**過200℃，只有德國FLEXIM廠家生產(chǎn)的高溫型超聲波流量計(jì)能測量，不過價(jià)格偏高。另外，超聲波流量計(jì)的測量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m／s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量較大也是10－3數(shù)量級(jí)．若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1％，則對(duì)聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5～10-6數(shù)量級(jí)，因此必須有完善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)*發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

    超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波**換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其**到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測和顯示。

     超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的**電路把電能加到**換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔?，以便檢測。**換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

超聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動(dòng)。薄片直徑**過厚度的10倍，以保證振動(dòng)的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是**玻璃，因?yàn)樗该?，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
      超聲波流量計(jì)的電子線路包括**、接收、信號(hào)處理和顯示電路。測得的瞬時(shí)流量和累積流量值用數(shù)字量或模擬量顯示。

   根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測的原理，目前超聲波流量計(jì)大致可分傳播速度差法(包括：直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法、頻差法)波束偏移法、多普勒法、相關(guān)法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結(jié)構(gòu)較簡單，便于測量和攜帶，價(jià)格*但準(zhǔn)確度較低，適于在流量測量準(zhǔn)確度要求不高的場合使用。由于直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳報(bào)時(shí)速度之差來反映流體的流速的，故又統(tǒng)稱為傳播速度式流量法。其中頻差法和時(shí)差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超聲波束在流體中的傳播方向隨流體流速變化而產(chǎn)生偏移來反映流體流速的，低流速時(shí)，靈敏度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學(xué)多普勒原理，通過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普勒頻移來確定流體流量的，適用于含懸浮顆粒、氣泡等流體流量測量。相關(guān)法是利用相關(guān)技術(shù)測量流量，原理上，此法的測量準(zhǔn)確度與流體中的聲速無關(guān)，因而與流體溫度，濃度等無關(guān)，因而測量準(zhǔn)確度高，適用范圍廣。但相關(guān)器價(jià)格貴，線路比較復(fù)雜。在微處理機(jī)普及應(yīng)用后，這個(gè)缺點(diǎn)可以克服。噪聲法(聽音法)是利用管道內(nèi)流體流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪聲與流體的流速有關(guān)的原理，通過檢測噪聲表示流速或流量值。其方法簡單，設(shè)備價(jià)格*，但準(zhǔn)確度低。

  幾種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)被測流體性質(zhì)．流速分布情況、管路安裝地點(diǎn)以及對(duì)測量準(zhǔn)確度的要求等因素進(jìn)行選擇。一般說來由于工業(yè)生產(chǎn)中工質(zhì)的溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時(shí)差法。只有在管徑很大時(shí)才采用直接時(shí)差法。對(duì)換能器安裝方法的選擇原則一般是：當(dāng)流體沿管軸平行流動(dòng)時(shí)，選用Z法；當(dāng)流動(dòng)方向與管鈾不平行或管路安裝地點(diǎn)使換能器安裝間隔受到限制時(shí)，采用V法或X法。當(dāng)流場分布不均勻而表前直管段又較短時(shí)，也可采用多聲道(例如雙聲道或四聲道)來克服流速擾動(dòng)帶來的流量測量誤差。多普勒法適于測量兩相流，可避免常規(guī)儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運(yùn)行的弊病，因而得以*發(fā)展。隨著工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能工作的開展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的輸送和應(yīng)用以及燃料油加水助燃等節(jié)能方法的發(fā)展，都為多普勒超聲波流量計(jì)應(yīng)用開辟廣闊前景

    隨著應(yīng)用的深入，經(jīng)過使用者的反饋、技術(shù)革新、再應(yīng)用?，F(xiàn)在有部分超聲波流量計(jì)的廠家，已經(jīng)把多種測量方法匯集到一套主機(jī)里，這樣方便了廣大用戶的使用和測量。同時(shí)也映襯了技術(shù)是為生產(chǎn)生活所服務(wù)的理念。


上海森逸智能儀器有限公司專注于FLEXIM高溫型超聲波流量計(jì)、防爆型超聲波流量計(jì)、手持式超聲波流量計(jì)；德圖testo煙氣分析儀、熱等

• 詞條

  詞條說明

• 進(jìn)口超聲波流量計(jì)安裝應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)

  很多人對(duì)進(jìn)口超聲波流量計(jì)的選擇，可謂是費(fèi)盡心思，有的不惜重金購買**超聲波流量計(jì)。但使用效果未必達(dá)到理想，原因在那里呢？這里不得不說，就是超聲波流量計(jì)的安裝注意事項(xiàng)上： 1、插入式傳感器的安裝需要注意以下幾個(gè)方面： 1） 安裝本類流量傳感器時(shí)管網(wǎng)*停流，可在測量點(diǎn)管道截面接入流量傳感器。 2） 連接流量傳感器的管道內(nèi)徑必須與所選擇的流量傳感器規(guī)格相同，其差別應(yīng)在±1.0％以內(nèi)。 3） 流量傳感

• 水利局啟用德國flexim超聲波流量計(jì)測量

  ? 目前企業(yè)生產(chǎn)用水的計(jì)量，多為地方水利局現(xiàn)場安裝電磁流量計(jì)或著固定式超聲波流量計(jì)作為計(jì)量的眼睛，時(shí)刻盯著企業(yè)用水，以保護(hù)國家公共資源的使用，杜絕浪費(fèi)。 ?在固定式電磁流量計(jì)或固定式超聲波流量計(jì)安裝好后，水利局相關(guān)數(shù)據(jù)采集人員，只需要每次對(duì)儀表數(shù)據(jù)抄表，或通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，直接在辦公現(xiàn)場讀數(shù)即可，對(duì)于現(xiàn)場儀表的日常維護(hù)，可以做的很好，但現(xiàn)場儀表經(jīng)過一段時(shí)間使用以后，精度還準(zhǔn)嗎？

• 熱烈祝賀德國FLEXIM GmbH中國區(qū)維修服務(wù)中心成立

  自從2006年FLEXIM系列超聲波流量計(jì)進(jìn)入中國大陸以來，至今有8年了，8年中，隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和對(duì)新技術(shù)的渴望，以及中國自身節(jié)能減排的需求，中國對(duì)世界公認(rèn)的德國技術(shù)，產(chǎn)生了濃厚的興趣，德國FLEXIM系列超聲波流量計(jì)也就是在這種環(huán)境下，銷量倍增，涉及節(jié)能減排、計(jì)量檢測、航空航天、水務(wù)、合同能源管理、石油化工、天然氣計(jì)量等等行業(yè)。 ?????

• 水務(wù)系統(tǒng)進(jìn)口超聲波流量計(jì)的選擇

  ???? 水務(wù)系統(tǒng)的計(jì)量工作，比較復(fù)雜，整個(gè)管網(wǎng)的管道直徑含蓋范圍廣，大的總管DN2000mm多，較小的有DN25mm?等或者較小。流體特性也比較復(fù)雜，生活污水、雨水、工廠廢棄水、含又腐蝕性的、含有大量氣泡的等等多中情況。并且在整個(gè)管網(wǎng)中還存在非滿管的情況。 ??? 怎樣才能解決多流體、多工況的計(jì)量準(zhǔn)確性呢？ &nbs