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時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理
點(diǎn)擊次數(shù)：2563 發(fā)布時(shí)間：2013-6-13
超聲波用于氣體和流體的流速丈量有許多優(yōu)點(diǎn)。和傳統(tǒng)的機(jī)械式hart375手操器、電磁式流量?jī)x表相比它的計(jì)量精度高、對(duì)管徑的順應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、運(yùn)用便當(dāng)、易于數(shù)字化管理等等。近年來，超聲波流量計(jì)廠家由于電子技術(shù)的展開，電子元?dú)饧?a >hart475手操器的本錢大幅度降落，使得超聲波流量?jī)x表的制構(gòu)成本大大降低，超聲波流量計(jì)也開端進(jìn)步起來。經(jīng)常有讀者回訊問有關(guān)超聲波流量丈量方面的問題。作為進(jìn)步，超聲波流量計(jì)廠家將陸續(xù)撰寫一些專題文章，來引見一些相關(guān)學(xué)問，以便推行和進(jìn)步超聲波流量技術(shù)的進(jìn)步和進(jìn)步。超聲波流量計(jì)廠家主要引見目前zui為常用的丈量方法：時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理和設(shè)計(jì)。
2時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理
時(shí)差法超聲波流量計(jì)（TransitTimeUltrasonicFlowmeter）其工作原理如圖1所示。他是應(yīng)用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，經(jīng)過觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆?zhèn)鞑ゲr(shí)間差來間接丈量流體的流速，在經(jīng)過流速來計(jì)算流量的一種間接丈量方法。
圖1時(shí)差法超聲波流量丈量原理表示圖
圖1中有兩個(gè)超聲波換能器：逆流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的途徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波逆流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的活動(dòng)方向加角為θ。由于流體活動(dòng)的緣由，是超聲波逆?zhèn)鞑ゲ長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆?zhèn)鞑ゲニ玫臅r(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：
其中：c是超聲波在非活動(dòng)介質(zhì)中的聲速，V是流體介質(zhì)的活動(dòng)速度，tu和td之間的差為
3時(shí)差法超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)
圖2是超聲波流量計(jì)廠家設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)的原理框圖。圖中主要有兩個(gè)超聲波發(fā)射單元、一個(gè)時(shí)間丈量單元和一個(gè)控制器。他們共同來完成超聲波的發(fā)射、接受和時(shí)間差的丈量等工作。其他的外圍單元主要是為了丈量?jī)x表的參數(shù)設(shè)定、丈量數(shù)據(jù)的輸出、顯現(xiàn)和傳送等功用，可參考相關(guān)資料，這里不作引見。
圖2超聲波流量計(jì)的電原理框圖
4結(jié)語
時(shí)差法超聲波流量計(jì)的換能器安裝方式可以有多種。常見的有外加式和管段式，也有介入式，比如超聲波流量計(jì)廠家家用煤氣表普通可采用介入式。無論何種安裝方式其原理大同小異。比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
超聲波波用于流體的丈量還有其他幾種基于不同原理的丈量方法：多卜勒頻移法、相位差法和相關(guān)法等等，各有優(yōu)缺陷，可根據(jù)不同的運(yùn)用條件和計(jì)量精度等要素加以選取。
隨著電子技術(shù)的疾速展開、超聲波技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)品本錢的降低和可靠性的進(jìn)步，超聲波流量計(jì)廠家置信，超聲波流量?jī)x表將成為流體計(jì)量中zui為普遍采用的伎倆
2時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理
時(shí)差法超聲波流量計(jì)（TransitTimeUltrasonicFlowmeter）其工作原理如圖1所示。他是應(yīng)用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，經(jīng)過觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆?zhèn)鞑ゲr(shí)間差來間接丈量流體的流速，在經(jīng)過流速來計(jì)算流量的一種間接丈量方法。
圖1時(shí)差法超聲波流量丈量原理表示圖
圖1中有兩個(gè)超聲波換能器：逆流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的途徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波逆流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的活動(dòng)方向加角為θ。由于流體活動(dòng)的緣由，是超聲波逆?zhèn)鞑ゲ長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆?zhèn)鞑ゲニ玫臅r(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：
其中：c是超聲波在非活動(dòng)介質(zhì)中的聲速，V是流體介質(zhì)的活動(dòng)速度，tu和td之間的差為
3時(shí)差法超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)
圖2是超聲波流量計(jì)廠家設(shè)計(jì)的超聲波流量計(jì)的原理框圖。圖中主要有兩個(gè)超聲波發(fā)射單元、一個(gè)時(shí)間丈量單元和一個(gè)控制器。他們共同來完成超聲波的發(fā)射、接受和時(shí)間差的丈量等工作。其他的外圍單元主要是為了丈量?jī)x表的參數(shù)設(shè)定、丈量數(shù)據(jù)的輸出、顯現(xiàn)和傳送等功用，可參考相關(guān)資料，這里不作引見。
圖2超聲波流量計(jì)的電原理框圖
4結(jié)語
時(shí)差法超聲波流量計(jì)的換能器安裝方式可以有多種。常見的有外加式和管段式，也有介入式，比如超聲波流量計(jì)廠家家用煤氣表普通可采用介入式。無論何種安裝方式其原理大同小異。比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
超聲波波用于流體的丈量還有其他幾種基于不同原理的丈量方法：多卜勒頻移法、相位差法和相關(guān)法等等，各有優(yōu)缺陷，可根據(jù)不同的運(yùn)用條件和計(jì)量精度等要素加以選取。
隨著電子技術(shù)的疾速展開、超聲波技術(shù)的進(jìn)步以及產(chǎn)品本錢的降低和可靠性的進(jìn)步，超聲波流量計(jì)廠家置信，超聲波流量?jī)x表將成為流體計(jì)量中zui為普遍采用的伎倆