超声波流量计专家讲座.pptx

超声波流量计原理、结构、安装、维护和故障处理;超声波基础知识;周期：T=1/f；取决于声源；

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,常温水);;声速：超声波在物质中传输速度

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、成份影响。

T=0℃时，C=331.4m/s;

T=30℃，C=349.1m/s;;声波在界面上折射：

类似于光折射α1=α2=α

介质阻抗特征:

Z=ρC；

ρ——密度；

C——速度；;⑥在垂直于界面入射时，声强反射系数：

在垂直于界面入射时，声强透射系数：

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;

钢水界面：β=0.885，α=0.115；

气水界面：β=0.9988，α=0.0012；;超声波在传输过程中衰减：

因为介质粘性而造成衰减

热传导造成吸收衰减:

因为介质散射而造成衰减

声强：

α固α液α气;超声波指向性：

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

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

超声波在流动流体中传输时就载上流体流速信息。所以经过接收到超声波就能够检测出流体流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器抵达另一个传感器，就像一个渡船船夫在横渡一条河。当气体不流动时，超声脉冲以相同速度（声速，C）在两个方向上传输。;假如管道中气体有一定流速V（该流速不等

于零），则顺着流动方向声脉冲会传输得快

些，而逆着流动方向声脉冲会传输得慢些。

这么，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时

间tU会长些。这里所说长些或短些都是与气

体不流动时传输时间相比而言；在同一传输

距离就有不一样传输时间，依据传输速度之差

与被测流体流速之间关系测出流体流速，

从而测出流量。;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??流量计探头，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输，假如没有流体，也就是0流量情况下，往返传输时间是一样，那么相当于流速为零。一旦有流体，则超声在一对探头之间往返速度是不一样。不论流体流向，都会产生声速差，假如设定一个方向为正常流向，那么正常声速应该是正数，假如声速差为负，则说明流向相反，也就是能够反向计量，两个方向计量精度是一样。;超声流量计（以下简称USF）是经过检

测流体流动时对超声束（或超声脉冲）

作用，来测量体积流量仪表。我们

主要针对用于测量封闭管道液体流量

USF。封闭管道用USF按测量原理分类

有：①传输时间法；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传输时间法和多

普勒效应法仪表。;■传输速度差法（传输时间法）：因为直接时差法、时差法、频差法和相位差法基本原理都是经过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反应流体流速，故又统称为传输速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度改变带来误差，准确度较高，所以被广泛采取。按照换能器配置方法不一样，传输速度差法又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。;波束偏移法是利用超声波束在流体中传输方向随流体流速改变而产生偏移来反应流体流速，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，经过测量不均匀流体中散射体散射超声波多普勒频移来确定流体流量，适合用于含悬浮颗粒、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，此法测量准确度与流体中声速无关，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，这个缺点能够克服。

噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生噪声与流体流速相关原理，经过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格廉价，但准确度低。;以上几个方法各有特点，应依据被测流体性质、流速分布情况、管路安装地点以及对测量准