超声测量原理

          超声波流量计是一种利用超声波对管道内液体流量进行计量的非接触式测量仪表，其中起关键作用的是超声波流量传感器,当超声波与液体流动方向同向或反向传播时,超声波在液体中的传播速度会相应地加快或变慢,因此,超声波从发射端达到接收端的时间会随着液体流速的变化而发生变化。利用这种现象,超声波流量计可以探测管道中的液体流速,从而实现对管道内液体流量的计量。根据检测方式的不同，超声波流量计还有多普勒法、波束偏移法、时差法等不同类型的流量计量方法。与传统的机械式流量计相比，超声波流量计无需装在流体中，不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，在安转和检修时也不影响管线的运行，使一种理想的节能型流量计。
超声多普勒法流量测量原理  
         超声波流量计根据测量原理的不同，种类较多，大致可以分为以下几类：1.传播速度法（时差法、相位差法和频差法）2.多普勒法3.相关法4.波束偏移法等。但是目前最常采用的测量方法主要有两类：时差法和多普勒效应法。   
多普勒法 
         多普勒法是一种利用声学多普勒效应进行流量测量的方法。它要求被测介质当中含有一定量的悬浮颗粒或气泡。多普勒效应是指：假定生源、观察者（超声换能器）与介质之间是相对运动的，在这种情况下观察到的超声频率与生源的发射频率有所不同的声学现象。根据这一效应，当向流体中的悬浮粒子发射频率为f T的连续超声波时，假设被悬浮粒子所反射的超声波的频率为fR , f T与f R将服从多普勒关系。假设粒子的移动速度为u，超声束与粒子移动速度方向间夹角为θ，则ucosθ可以看作是生源的移动速度，如图1.3所示，

即体积流量也与多普勒频移△f有正比关系。 
         注：在上面的推导中，假定被测流体中悬浮颗粒的运动速度和流体的流速相同.
         目前，随着电子技术进步，多普勒原理已广泛应用在人们日常生活中，多普勒测车速、多普勒血流等等，其科学的测量原理，越来越为人们所认识。
   在液体的流量检测方面，多普勒流量计适合于那些含有悬浮物的液体或浆体测量。如图1.3   。  
超声时差法流量测量原理  
         超声流量计是通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用来测量体积流量的仪表。如果在现场配以温度、压力仪表，经过密度补偿，还可以求得质量流量。当超声波在流动的介质中传播的时候，相对于固定的坐标系统而言（如管道中的管壁），其声波的某些声学特性与静止介质中的声特性是不同的，在其基础上又叠加上了流体的流速信息，因而根据超声波某些声学特性随流速的变化就可以求出介质的流速。

时差法  
         时差法就是通过测量超声波脉冲顺流传播和逆流传播的时间差来进行流量测量的方法，其基本原理如图1.1所示。在被测流体介质中，安装在管道上的发射器T1和T2，一个顺流发射超声波，另一个逆流发射超声波，在与发射超声波换能器相同距离处，分别装有两个接收换能器R1和R2，这两组发射器与换能器组成了两个通道。当被测介质处于静止状态时，两个通道中的超声波速度是相同的两个接收换能器接收到的声信号没有任何差别。但是当流体流动的时候，情况就发生了变化：在顺流通道T1→ T2中，由于叠加了流体的流速，超声波在声道上的顺流声速CTR1=c+u;同样，在逆流通道T2→R2中，逆流声速CTR2＝c-u。其中C为声波在静止流体中的声速，u为被测流体的流速。这样，两个接收换能器所接收到的信号之间就产生了与流速有关的差别。假定声道（即发射换能器与接收换能器之间的实际距离）长度为L，则超声波的顺、逆流传播时间分别为： 

 
         在直管段长度较短的场合，由于上流侧对流动的影响，上述的测量方式就不十分适用了。在这种情形下，有效的测量方式是增加测量线，也就是增加超声波传播的途径，例如，像图（4）所表示的，在垂直相交的二轴上测量流速，取平均值。随着测量线数目的增加测量精度也能提高，一般认为有四条测量线也就足够了。也提出图（5）所示配置多测量线的方案，但用这种方式时，穿过外壁地很困难的（甚至是不可能的），安装超声波收发器的测量管的构造也复杂。 

 
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