- 1 - 时差法超声波流量计- 2 - 1引言超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。2超声波流量计分类根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为多普勒法、波束偏移法、噪声发、相关法等。2.1多普勒法多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。其工作原理如图1 所示。图 1 多普勒法工作原理图Fig.1 Theory of Doppler approach 管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为0f的连续超声波。根据多普勒效应，在中间相交区的频率为1f ，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为2f，当粒子流速均为u 时，其关系为：)sin21()sin1()sin1(02012CufCufCuff(1) sin2)(020fCffu(2) 多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。2.2波束偏移法波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。其测量原理如图2所示。- 3 - 图 2 波束偏移法原理图Fig.2 Theory of beam-excursion approach 流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。3时差法原理3.1时差法时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。基本原理如图3 所示。图 3 时差法工作原理图Fig.3 Theory of transit-time method 超声波换能器A 、B 是一对可轮流发射或接收超声波脉冲的换能器。设超声波信号在被测流体中的速度为 C，顺流从 A 到 B 时间为1t，逆流从 B 到 A 时间为2t，外界传输延迟总时间为0t。则由几何关系可知01sincos/tvCdt(3) 02sincos/tvCdt(4) 由于2C >> 22 sinv,则- 4 - 222212tan2sintan2CdvvCdvttt(5) tdCvtan22(6)3.2流速分布修正在上文的讨论中，我们提到...
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