超声波流量计原理分类及详细说明

2024-11-09 15:56:01

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回答1：

一、超声波流量计工作原理: 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时间tU会长些。这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种。

根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。

由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．

多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。

相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。

噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。

以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。对换能器安装方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。

二、构成：超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波流量计的电子线路包括发射、接收、信号处理和显示电路。测得的瞬时流量和累积流量值用数字量或模拟量显示。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。

三、优点：超声波流量计非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量计，不用在流体中安装测量元件，故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。

四、缺点：主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200℃以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m／s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10－3数量级．若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。

五、超声波流量计安装步骤

安装超流可按照以下步骤操作：

一：观察安装现场管道是否满足直管段前10D后5D以及离泵30D的距离。（D为管道内直径）

二：确认管道内流体介质以及是否满管。

三：确认管道材质以及壁厚（充分考虑到管道内壁结垢厚度）

四：确认管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳钢材质，最好也采用插入式安装。

五：前四步骤完成后可确认使用何种传感器安装

六：开始向表体输入参数以确定安装距离。

七：非常重要：精确测量出安装距离。

（1）外夹式可选安装传感器大概距离，然后不断调试活动传感器以达到信号和传输比

最好的匹配

（2）插入使用专用工具测量管道上安装点距离，这个距离很重要，它直接影响表的

实际测量精度，所以最好进行多次测量以求较高精度。

八：安装传感器——调试信号——做防水——归整好信号电缆——清理现场线头等废弃物 ——安装结束——验收签字

六、超声波流量计使用中常见问题：
1、超声波流量计探头使用一段时间，会出现不定期的报警。尤其是输送介质杂质较多时，这种问题会较常见。解决办法：定期清理探头(建议一年清理一次)。
2、超声波流量计输送介质含有水等液体杂质时，流量计引压管容易产生积液，气温较低时会出现引压管冻堵现象，尤其在北方地区冬季较常见。解决办法：对引压管进行吹扫或加电伴热

超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。不论是超声波流量计还是超声波物位计，对所接受的声波强度都有一定要求，所以都要对各种衰减进行抑制。

回答2：

　　
　　超声波流量计原理分类及说明：
　　根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、多普勒法、相关法、空间滤法及噪声法等。

　　超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q。

　　多普勒法：是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。

　　相关法：是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。

　　噪声法：是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。以上几种方法各有特点，应根据被测流体性质．流速分布情况、管路安装地点以及对测量准确度的要求等因素进行选择。

　　一般说来由于工业生产中工质的温度常不能保持恒定，故多采用频差法及时差法。只有在管径很大时才采用直接时差法。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病。

　　

　　

回答3：

超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到。由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q。具体资料可以找我要

回答4：

超声波流量计是一种利用超声波技术测量流体流量的仪器。根据其原理的不同，可以将其分为时间差法、多普勒效应法和声速法三种类型。
时间差法：时间差法是利用超声波在流体中传播速度不同的原理，通过测量超声波在流体中传播的时间差来计算流量。该方法适用于流速较慢的液体，如水、石油等。
多普勒效应法：多普勒效应法是利用超声波在流体中反射和散射的原理，通过测量超声波频率的变化来计算流量。该方法适用于流速较快的液体，如气体、蒸汽等。
声速法：声速法是利用超声波在流体中传播速度与流体密度和温度有关的原理，通过测量超声波在流体中传播速度来计算流量。该方法适用于流速较慢的液体，如水、石油等。
超声波流量计具有测量精度高、无需维护、使用寿命长等优点，广泛应用于化工、石油、水利、环保等领域。

回答5：

超声波流量计采用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，第二个探头同样发射信号被第一个探头接收到，由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据推算可以得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而可以得到流量值Q。
超声波流量计种类
手持式超声波流量计和便携式超声波流量计
手持式超声波流量计和便携式超声波流量计直接贴到或直接安装在管道外壁上，不受介质影响，安装简便快速，无需切断工艺管道，无需工艺停车，并且无压损，非常适合于测量腐蚀性介质和超纯介质。用户只需输入管道和介质参数即可。还可根据状态显示了解应用情况。因探头及电缆铠装层均为不锈钢材质，所以适用于苛刻的工业环境。特别适合饮用水、河水、海水、冷却水、热水、工业污水、润滑油、柴油、燃油化工液体的流量测量

便携式多普勒超声波流量计
多普勒超声波流量计主要用在非满管流量测量和明渠、水槽流量等的测量及含颗粒气泡比较多的场合。例如：污水进口、矿浆、泥浆、油水混合物、玉米或地瓜发酵后用做酿酒的醪液。与电磁流量计相比，在污水处理厂或造纸厂的应用中，由于管道中的杂质太多，容易造成挂壁，从而造成电磁流量计的电极不能导电，必须经过清理才能继续计量，而多普勒式超声波流量计不同，挂壁不会造成它不能测量，从而大大减少的企业维护

防腐型超声波流量计
防腐型超声波流量计工作原理为时差式，利用超声波信号在流体中的传播速度与流体流速的关系进行测量。与其它FLUXUS ADM系列的仪表相同，防腐型超声波流量计采用DSP数字信号处理技术和高速采样技术。抗腐蚀，耐海水，适用于防爆区(Zone 1 & 2 )

防爆超声波流量计
防爆超声波流量计采用独特的双uP技术，高速采样和自适应信号处理技术，通过FluxData软件，传输数据到PC中，直观分析测量结果和数据管理。广泛应用于各种工业现场中液体的在线流量计量，石油化工及极具危险性场合

管道式超声波流量计
管道式超声波流量计利用超声传输时间的方法测量流速，无运动部件。超声波在测量管道内以水流方向传输再被返回，通过测得的两束超声波的时间差计算出流速。对介质，温度，导电率和污染物不敏感。适用于化工、石化、油品生产、精炼、水及污水处理行业的所有应用。

气体超声波流量计
气体超声波流量计是精确计量高压气体的理想解决方案，与传统地测量方式相比，尤其是大口径测量时，大大降低了成本。同时，仪表的量程比很宽，可以测到很低的流量。气体超声波流量计仪表内置有流量计算机，通过温压补偿，完成标况流量的转换。耐脏，耐湿，耐磨损，应用于天然气管线测量，压缩空气、燃料气、腐蚀性气体、有毒性气体、高纯气体、空分气体、蒸汽

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