超聲波流量計(jì)工作原理，流量計(jì)如何與氣體和水一起工作
超聲波流量計(jì)是一種使用超聲波信號(hào)測(cè)量液體或氣體流量的設(shè)備。
內(nèi)容：
- 超聲波流量計(jì)如何工作？
- 超聲波流量計(jì)類型
- 超聲波多普勒流量計(jì)
- 傳輸時(shí)間超聲波流量計(jì)
- 夾式（綁帶式）超聲波便攜式流量計(jì)
- 超聲波明渠流量計(jì)
- 超聲波流量計(jì)安裝
- 超聲波流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
超聲波流量計(jì)如何工作？
超聲波流量計(jì)的原理是基于超聲波的使用和分析。這種超聲波在20，000 Hz以上的范圍內(nèi)，最高可達(dá)1000 MHz。
流速測(cè)量有幾種原理（將在下面描述），但所有系統(tǒng)都具有相同的主要傳感部件：
- 信號(hào)源
- 接收器
- 傳感器（控制器）
工作原理基于來(lái)自源的信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)流并進(jìn)入接收器。然后它進(jìn)入傳感器，分析結(jié)果。
對(duì)于此類工作，通常會(huì)安裝幾對(duì)傳感器。它們彼此相對(duì)并交換信號(hào)。它們通常位于管道軸對(duì)角線上。
這種安排使得在物質(zhì)流動(dòng)方向和逆流方向上交換聲音信號(hào)成為可能。當(dāng)管道為空時(shí)，兩個(gè)信號(hào)以相同的速度通過(guò)此距離。
當(dāng)物質(zhì)通過(guò)管道時(shí)，沿流動(dòng)的聲音會(huì)加速。這種逆流而上的脈沖移動(dòng)得更慢。流速越大，這些信號(hào)之間的時(shí)間差越大。
這些值的比率與流速成正比。因此，如果您知道管段尺寸和物質(zhì)特性，則可以確定流速。
超聲波流量計(jì)類型
超聲波流量計(jì)根據(jù)其工作原理主要有三種類型：
- 過(guò)境時(shí)間
- 多 普 勒
- 開放通道
讓我們?cè)敿?xì)看看它們中的每一個(gè)。
超聲波多普勒流量計(jì)
使用多普勒效應(yīng)的多普勒流量計(jì)正在運(yùn)行。簡(jiǎn)而言之，這種效應(yīng)是基于從移動(dòng)物體到靜止位置的聲波的變化。您也可以觀察這種效果，聆聽附近經(jīng)過(guò)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的變化聲音。
多普勒流量計(jì)需要固體部件或氣泡的存在才能工作。它具有發(fā)射換能器（信號(hào)源）和接收換能器（接收器）。發(fā)射換能器產(chǎn)生并發(fā)送超聲波脈沖。這種沖動(dòng)是從固體部件或氣泡移動(dòng)中反射出來(lái)的。超聲波的形式根據(jù)零件的速度而變化。然后回波信號(hào)返回接收器。該設(shè)備可以通過(guò)分析此類波來(lái)確定整個(gè)流的速度。
多普勒流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是它們能夠處理流中的固體部件和氣泡。它們最受歡迎作為血液和碳酸水流量計(jì)。
傳輸時(shí)間超聲波流量計(jì)
傳輸時(shí)間流量計(jì)測(cè)量速度，計(jì)算信號(hào)在兩個(gè)傳感器之間的傳播時(shí)間。這種傳感器彼此相對(duì)放置，與流動(dòng)軸對(duì)角線放置。主要有兩種方法：
- 對(duì)角線模式
- 反射模式
對(duì)角線模式是傳感器通過(guò)流量直接相互發(fā)送信號(hào)的方法。
反射模式是來(lái)自傳感器的信號(hào)首先從管道壁反射，然后發(fā)送到相反的傳感器的方法。
讓我們以直接接觸（對(duì)角線模式）為例看一下原理。每個(gè)傳感器都用作信號(hào)源和接收器。它們通過(guò)移動(dòng)流發(fā)送超聲波脈沖。
當(dāng)傳感器通過(guò)移動(dòng)流發(fā)送超聲波脈沖時(shí)，它們根據(jù)方向具有不同的傳播時(shí)間。這種信號(hào)在沿水流（上游）引導(dǎo)時(shí)加速，當(dāng)指向水流時(shí)（下游）會(huì)減慢。
兩個(gè)信號(hào)之間的接收時(shí)間（?時(shí)間）差異與平均流速成正比。當(dāng)管道中沒有流量時(shí)，兩個(gè)信號(hào)的傳播時(shí)間將相同（?時(shí)間 = 0）。
傳輸時(shí)間流量計(jì)是純液體或氣體的理想解決方案。固體部件或氣泡的存在會(huì)影響其結(jié)果。傳輸時(shí)間流量計(jì)用于測(cè)量氣體、蒸汽和蒸汽。
夾式（綁帶式）超聲波便攜式流量計(jì)
根據(jù)安裝類型，流量計(jì)分為兩類：
- 內(nèi)嵌
- 夾緊式
在線流量計(jì)是安裝在管道系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備（如上所述）。
外夾式流量計(jì)（也稱為捆綁式）是一種便攜式緊湊型設(shè)備，用于在不中斷管道的情況下進(jìn)行測(cè)量。這些流量計(jì)連接到管道的外表面。
鉗形流量計(jì)最流行的安裝方法是具有 2 個(gè)路徑的 V 型方法。兩個(gè)不同的傳感器相互發(fā)送兩個(gè)信號(hào)。這些信號(hào)被對(duì)角線引導(dǎo)到管道壁上，從管道壁反射并擊中另一個(gè)傳感器，反之亦然。其中一個(gè)以較高的速度向上游移動(dòng)，另一個(gè)以較低的速度向下游移動(dòng)。這些波的軌跡看起來(lái)像字母V。
夾式超聲波流量計(jì)將是臨時(shí)測(cè)量的理想解決方案。它不需要安裝在管道內(nèi)，因此可以與衛(wèi)生、腐蝕性和磨蝕性材料一起使用。
超聲波明渠流量計(jì)
明渠流量計(jì)用于測(cè)量明渠或槽中的液位。這種傳感器安裝在流量上方的頂部。它向流動(dòng)表面發(fā)送高頻超聲波。
脈沖從表面反射，并以回波的形式返回?fù)Q能器。參考超聲波在空氣中的速度，可以計(jì)算出液體表面與傳感器的當(dāng)前距離。這樣的結(jié)果取決于當(dāng)前的空氣溫度水平，即明渠傳感器通常具有內(nèi)置的溫度傳感器。
要使用明渠流量計(jì)測(cè)量流量，您需要一個(gè)障礙物元件（水槽或堰）。傳感器測(cè)量液體通過(guò)這些障礙物的頭部高度。這種水槽或堰應(yīng)具有特殊形狀（矩形和V型缺口堰或帕歇爾和帕爾默碗狀水槽）。您可以確定流速，分析這些部分中的液位變化。
對(duì)于明渠或部分填充的管道，也可以使用便攜式多普勒儀表。它們也被稱為面積速度流量計(jì)。
為此，它們安裝在通道底部。超聲波脈沖從水面、氣泡或固體顆粒反射。
超聲波流量計(jì)安裝
為了優(yōu)化超聲波流量計(jì)的安裝，必須滿足許多管道要求。設(shè)備必須遠(yuǎn)離閥門、彎管和落水，以盡量減少湍流。理想的安裝位置是直段管道，傳感器前管徑為 10 個(gè)，后管徑為 5 個(gè)管徑。
注意力！確保液體正常傳輸超聲波（尤其是密度高的物質(zhì)）。對(duì)于夾緊式傳感器，您需要確保信號(hào)足夠強(qiáng)以穿過(guò)外部管壁。
超聲波流量計(jì)校準(zhǔn)由制造商在目標(biāo)介質(zhì)（水、氣、油、燃料）的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行。如果您的流量計(jì)在惡劣的條件下運(yùn)行，則需要定期校準(zhǔn)。
超聲波流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)勢(shì)：
- 缺少活動(dòng)部件
- 維護(hù)成本低
- 夾緊式裝置在管道中不穿透
- 能夠在高壓和高溫下工作
- 高精度
- 零件不會(huì)阻礙流動(dòng)
- 易于安裝
- 可處理大直徑的管道
弊：
- 對(duì)溫度變化、密度、粘度敏感
- 價(jià)格高
- 夾緊式裝置精度較低
- 不適用于非常厚的材料（漿料）
超聲波換能器的優(yōu)缺點(diǎn)在很大程度上取決于所選擇的類型。例如，對(duì)于多普勒流量計(jì)，管道底壁上的固體沉積物不會(huì)影響結(jié)果，但對(duì)于行進(jìn)時(shí)間設(shè)備來(lái)說(shuō)，這將是一個(gè)問(wèn)題。
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