1、超聲波流量計的概述

在工業(yè)界，超聲波流量計用于氣體、液體和蒸汽的體積流量測量已有幾十年的歷史。在原理上，它可用2種方法進(jìn)行測量:多普勒效應(yīng)方法和時差測量方法。

1)多普勒效應(yīng)方法

這種方法需要流體中含有反射物質(zhì)。由于在流體中反射物質(zhì)的反射性能不穩(wěn)定，到目前為止，這種方法僅能在少數(shù)場合得到應(yīng)用。

2)時差測量方法

這種方法在工業(yè)界應(yīng)用已有30年歷史。它具有精度高和可靠性好的特點。除了測量體積流量之外，同時還能導(dǎo)出超聲波在被測流體中的傳播速度。

它的測量方法可簡單比喻為在河流上渡船擺渡的過程，順流擺渡渡船到達(dá)對岸所需的時間要比逆流的少。

河流的流速越大，順流的速度越快，而逆流所需的時間越長。順流和逆流所需時間的時間差直接與河流的流速有關(guān)。在超聲波流量計中超聲波好比渡船，河流流速等同于流休的流速。電聲變換器發(fā)送和接收的短促聲脈沖信號穿過管道中流動的介質(zhì)。2個變換器分別安裝在縱向有偏移的測量管道兩側(cè)。這時超聲波順流和逆流傳播的時間差與流體的流速成正比。

2、超聲波流量計的性能和特點

超聲波流量計在無接觸的情況下借助超聲波的傳播對液體和氣體的流量進(jìn)行測量。測量原理以超聲波時差方法為基礎(chǔ)。

儀器裝置包括雙或多聲道測量通道的一體式儀器以及把超聲波探頭直接焊接或夾持在管道上的分體式儀器。管道的尺寸從DN25到DN3000 (1"一120")。相應(yīng)的流量測量范圍為1m3/h～450000m3/h。新的流量計采用5聲道測量形式，它可精確確定流速分布形式和提高測量精度。變送器采用微處理器和貼片技術(shù)。所有功能和運行參數(shù)都可由程序加以設(shè)置。

超聲波流量計的特點是:

·能測量大多數(shù)液體（如液體流量計）和氣體的介質(zhì);

·測量精度高，所測流量與粘度、溫度、壓力和導(dǎo)電率等因素?zé)o關(guān);

·側(cè)量的線性特性好(計時時間差正比于流速);

·管道截面無需縮小;

·由于管道中無阻擋物，因此無附加的壓力損耗;

·能采用流過的介質(zhì)體積量對流量計直接進(jìn)行標(biāo)定;

·時間分辨率高(計時時間小于1ms);

·方向識別(正、負(fù)計時時間差);

·通過測量能得到有關(guān)材料性能或成分的附加信息(無流動流體影響的聲速測量);

·低功耗(使用微控制器);

·性能價格比合理;

3、超聲波流量計的應(yīng)用范圍

根據(jù)至今為止的應(yīng)用實例可以看出，大部分流體介質(zhì)都可使用超聲波流量計進(jìn)行檢測。應(yīng)用范圍從原來的污水（污水流量計）測量擴(kuò)展到天然氣、空氣、甲烷、氮氣、氨氣、汽油、天然氣、空氣、磷酸和重油的測量;甚至還可以測量氮氣、純凈水和油水混合物等。另外，在石化精煉廠中，剩余氣體的燃燒優(yōu)化需要用超聲波時差方法測量流量，同時用超聲波傳播速度和其他一些測量結(jié)果來確定被測氣體的分子重量。

但是，超聲波不能在真空中傳播。傳感器之間超聲波傳播的前提條件是被測氣體至少應(yīng)具有所規(guī)定的*小密度。而且，在使用超聲波流量計測量液體流量時，液體內(nèi)氣體和固體的含量不能超過一定的限制，主要是阻尼作用(超聲波遇到干擾物質(zhì)產(chǎn)生反射)太大。超聲波傳感器不能應(yīng)用的場合有:

·液體中氣泡的體積含量大于1%;

·液體中固體粒子的體積含量大于5%;

·每米測量管道口徑的粘度大于100x10`4kg·s/m2擴(kuò)的液體。

如同管風(fēng)琴聲管的音叉或口琴的音叉那樣，管道中的阻擋部件(如閥門的閥心)能產(chǎn)生超過100kHz頻率范圍的高頻聲平信號。為了減小阻擋部件對超聲波測量的影響，必須采用無于擾的入口引導(dǎo)直通管道，但由于氣體與管壁的摩擦，該段管道也會產(chǎn)生氣流的損耗。