時(shí)差法超聲波流量計(jì)的原理和設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-05-20 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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1 引言

超聲波用于氣體和流體的流速測(cè)量有許多優(yōu)點(diǎn)。和傳統(tǒng)的機(jī)械式流量?jī)x表、電磁式流量?jī)x表相比它的計(jì)量精度高、對(duì)管徑的適應(yīng)性強(qiáng)、非接觸流體、使用方便、易于數(shù)字化管理等等。近年來(lái)，由于電子技術(shù)的發(fā)展，電子元?dú)饧某杀敬蠓认陆?，使得超聲波流量?jī)x表的制造成本大大降低，超聲波流量計(jì)也開(kāi)始普及起來(lái)。經(jīng)常有讀者回詢問(wèn)有關(guān)超聲波流量測(cè)量方面的問(wèn)題。作為普及，我們將陸續(xù)撰寫(xiě)一些專題文章，來(lái)介紹一些相關(guān)知識(shí)，以便推廣和普及超聲波流量技術(shù)的普及和提高。本文主要介紹目前最為常用的測(cè)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)（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如圖1所示。他是利用一對(duì)超聲波換能器相向交替（或同時(shí)）收發(fā)超聲波，通過(guò)觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時(shí)間差來(lái)間接測(cè)量流體的流速，在通過(guò)流速來(lái)計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法。

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圖1 時(shí)差法超聲波流量測(cè)量原理示意圖

圖1中有兩個(gè)超聲波換能器：順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，超聲波行走的路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波順流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向加角為θ。由于流體流動(dòng)的原因，是超聲波順流傳播L長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆流傳播所用的時(shí)間短，其時(shí)間差可用下式表示：

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