超聲波流量計的工作原理及優(yōu)缺點

流量測量涉及確定在特定時間通過容器的指定表面積的流體量。與所有形式的測量一樣，它具有日常生活應用，從用于監(jiān)測水和氣體消耗以進行賬單估算，到更關鍵的工業(yè)應用（例如，多種化學品的大規(guī)?；旌希渲辛魉贉y量在維持流量方面起著關鍵作用。過程/產(chǎn)品的質量。

為了確定流量，使用稱為流量計的特殊類型的儀表。由于流量測量的不同要求（線性/非線性，質量/體積率等），有許多不同類型的流量計。儀表根據(jù)不同的因素而有所不同，包括：他們應用的測量技術、他們監(jiān)控的具體流量參數(shù)、他們可以跟蹤的流體體積，以及他們的物理屬性等等。

流量計的一些類型/類別包括：渦輪、渦流、熱質量、磁、橢圓齒輪、槳輪、科里奧利、質量流量、低流量和超聲波流量計，這是本文的重點。超聲波流量計提供了一種非侵入性、非?？煽康姆椒▉泶_定流過容器的流體量，它們已在從石油和天然氣到公用事業(yè)供應商的不同行業(yè)中找到應用。

在本文中，我們將研究超聲波流量計的所有內容，它們的工作原理、優(yōu)點和缺點。

超聲波流量計

顧名思義，超聲波流量計是應用廣泛的流量計之一，它是一種非侵入式設備，通過超聲波測量流體的速度來計算流體的體積流量。它幾乎可以測量聲波可以傳播的任何流體中的流體流量。這種類型的流量計通常被認為是“混合”的，因為它可以使用多普勒原理或傳輸時間方法來測量流量，我們將在本文后面討論這兩種原理。請注意，如果這些流量計使用多普勒原理運行，它們也稱為多普勒流量計。

超聲波流量計最適合需要低壓降、低維護和化學相容性的水應用。它們通常不適用于飲用水或蒸餾水，但適用于廢水應用或導電臟液體。它們與磨蝕性和腐蝕性液體一起使用，因為它們不會阻礙液體流過管道。

超聲波流量計的工作原理

超聲波流量計使用回聲原理和不同介質中聲速的變化來測量流量。儀表通常包含兩個超聲波換能器，一個用作發(fā)射器，另一個用作接收器。兩個換能器可以并排安裝，也可以彼此成一定角度安裝在容器的相對兩側。發(fā)射換能器從傳感器表面向流體發(fā)射聲脈沖，并由指定為接收器的換能器接收。然后估計聲脈沖從發(fā)射器傳播到接收器所花費的時間（稱為傳輸時間），并將其用于確定流速和其他參數(shù)。

對于第二種配置，發(fā)射器和接收器并排放置，發(fā)射器發(fā)射聲音脈沖，而接收器監(jiān)控接收傳輸回波所需的時間。

無論傳感器配置如何，通過時間差的測量都是基于以下事實：在介質流動方向上傳播的聲波比在介質流動方向上傳播的聲波移動得更快。因此，傳輸時間的差異與介質的流速成正比，這一原理用于精確測量氣體和液體的體積，也可用于導出密度和粘度。

雖然上述兩種方法是非常常用的方法，但不同的超聲波流量計會根據(jù)液體的類型和要進行的測量使用這種方法的修改版本。下面的超聲波水表圖像說明了上游和下游傳感器如何與一些反射器一起放置在傳感器管道內，以用于水流量計設計。還顯示了相同的實際硬件設置，并標記了兩個傳感器。

使用超聲波流量傳感器計算流量

為了更清楚地了解這背后的技術細節(jié)，請考慮下圖，該圖具有第一種配置，發(fā)射器 （TA） 和接收器 （TB） 傳感器以彼此相對的角度安裝；

設聲波從發(fā)射器傳播到接收器所需的時間，即在介質的流動方向上為 T A –B，以及它從接收換能器移動到發(fā)射換能器所需的時間，即逆流向 T B –A。

兩次通過時間的差異與介質的平均流速 v m成正比，即；

T B –A – T A –B = v m ------------- 公式 1

由于信號的傳輸時間是發(fā)射換能器和接收發(fā)射器之間的距離除以聲信號從一個換能器傳播到另一個換能器所需的速度，我們有

T A –B = L / （C AB + v*cosα） -------------- 公式 2

和;

T B –A = L / （C BA – v*cos α） --------------- 公式 3

等式 2 和 3 定義了上游傳感器 A 和下游傳感器 B 之間的流速。在哪里;

v = 介質的流速，L = 聲學路徑的長度，c = 介質中的聲速，α“α”是超聲波從發(fā)射器傳播到接收器時與管道的角度。

假設介質中的聲速是恒定的（即流體密度、溫度等參數(shù)沒有變化），我們有；

（L / （2 * cos）） * （T B–A – T A–B ） / （T B–A x T A–B ）

將平均速度乘以管道的橫截面積，我們得到流量 Q 為；

Q = （π * D 3 ） / （4 * sin 2α） * （T B–A – T A–B ） / （T B–A x T A–B ）

對于直徑為 D 的在線超聲波流量計，管道的橫截面積是恒定的

。這些方程的實施沒有密度、溫度、壓力、聲速和其他介質/流體定義的特性等變量，展示了原因超聲波流量計的多功能性和準確性的背后。

超聲波儀表的優(yōu)點/意義

超聲波流量計的主要優(yōu)點必須是它們的非侵入性以及它們與任何類型的流體一起工作的能力（因為流體中的密度和聲速并不重要）。每天通過管道系統(tǒng)運輸和分配具有不同特性的各種物質（包括化學品、溶劑、油等），需要對其流量進行監(jiān)控。超聲波流量計的非侵入性特性使其成為此類情況下的 goto 流量計。這就是為什么它們在不同的工業(yè)領域都有應用，從化學相關行業(yè)到食品加工、水處理以及石油和天然氣行業(yè)。

缺點

超聲波流量計的主要缺點必須是它們的價格。由于其設計的復雜性，超聲波流量計通常比機械或其他類型的流量計更昂貴，因為它們需要更多的努力和組件，

除了設計復雜性和成本之外，與大多數(shù)其他類型的儀表相比，超聲波流量計還需要一定水平的安裝/處理專業(yè)知識。