JR超声波流量计测量原理分析及应用与发展—新濠天地网站

来源：新濠天地网站|发布时间：2020-08-26| 浏览数：载入中...

超声波流量计是一种非接触式仪表。1928年，德国人成功研制了第一台超声波流量计。70年代，超声波流量计的使用范围还仅局限于测量液体，当时市场上主要以孔板流量计为主。

 近年来随着集成电路技术迅速发展，再加上超声波流量计体积小、测量范围大、安装简便、免维护、零压损及始动流量低等优点，所以它才开始广泛应用并且相关的研究也变的越来越多。

l998年，ISO发布了《用时间传播法超声流量计测量封闭管道内的流体流量》，2001年我国制订了GB／T 18604—2001《用气体超声流量计测量天然气流量》，该标准适用于传播时间差法气体超声波流量计，管道的公称直径等于或大于l00mm，压力不低于0.1MPa。这些标准对促进气体超声波流量计的发展起到了很大作用。

超声波流量计是通过超声波在流动流体中的传播，承载流体流速信息，将信号进行处理，转换成流量信息。下面具体介绍时差式、多普勒、非满管这三种超声流量计计算时的原理差别。

时差式超声波流量计是目前应用最广泛的，气体的流速与声速无关，只与超声波的声程长度、流体流动方向与超声波传播方向的夹角和超声波在气体中传播的时间有关。超声波流量计有很高的计量精度。

设静止流体中的声速为c，流体流动的速度为u，传播距离为L，当声波与流体流动方向一致时（即顺流方向），其传播速度为c+u；反之，传播速度为c-u.在相距为L的两处分别放置两组超声波发生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。当T1顺方向，T2逆方向发射超声波时，超声波分别到达接收器R1和R2所需要的时间为t1和t2,则t1=L/(c+u) t2=L/(c-u)。

由于在工业管道中，流体的流速比声速小的多，即c>>u,因此两者的时间差为▽t=t2-t1=2 Lu/cc  由此可知，当声波在流体中的传播速度c已知时，只要测出时间差▽t即可求出流速u，进而可求出流量Q，利用这个原理测量流量的方法称为时差法。

时差式超声波流量计由于精度高，换能器简单，不影响流体流动形态而被广泛应用在水务公司、石油化工、冶金、铝厂、造纸、制药厂、发电厂、热电厂等不同的行业。多普勒型是利用相位差法测量流速，即某一已知频率的声波在流体中运动，由于液体本身有一运动速度，导致超声波在两接收器（或发射器）之间的频率或相位发生相对变化，通过测量这一相对变化就可获得液体速度。

多普勒法超声波流量计依靠水中杂质的反射来测量水的流速，因此适用于杂质含量较多的脏水和浆体，如城市污水、污泥、工厂排放液、杂质含量稳定的工厂过程液等，而且可以测量连续混入气泡的液体。

但是根据测量原理，被测介质中必须含有一定数量的散射体，否则仪表就不能正常工作。

超声波在传播路径上如遇到微小固体颗粒或气泡会被散射，因为用时差法测量含有这类东西的流体时就不能很好地工作，时差式只能用来测量比较洁净的流体，而多普勒法却是利用超声波被散射这一特点工作的。

超声波流量计可以轻松地适用于大尺寸的管道。事实上，用于天然气流量测量的超声波流量计最适合6英寸及更大的管道。为了测量大管道中的天然气流量，例如20、30和36英寸管道，可能需要不止一个的孔板流量计。在这些情况下，流体有时会被转移到一组较小的管道中，以达到测量的目的。这也是为什么超声波流量计可以代替多达十个孔板流量计。