超声波流量计的应用领域与时差法超声波流量计原理及应用案例

　　超声波流量计主要用于气体、液体和蒸汽的体积流量测量，在冶金、化工、食品加工、标准计量等领域有着广泛的应用。超声波流量计已有几十年的历史，在原理上主要利用多普勒效应法和时差法。多普勒效应法需要流体中含有反射物质，主要应用于两相流体的检测，此处主要探讨时差法检测。

　　1 时差法原理

　　超声波有两个重要的特性：定向性，它频率高且短，可以象光波一样沿直线传播；可以在气体、液体、固体中传播。所以大部分流体介质都能用超声波原理检测。它的测量方法可简单比喻为在河流上渡船摆渡的过程，顺流摆渡渡船到达对岸所需的时间要比逆流的少。河流的流速越大，顺流的速度越快，而逆流所需的时间越长。顺流和逆流所需时间的时间差直接与河流的流速有关。在超声波流量计中超声波好比渡船，河流流速等于流体的流速。电声变换器发送和接受的短促声脉冲信号穿过管道中流动的介质。两个变换器分别安装在纵向有偏移的测量管道两侧。这时超声波顺流和逆流传播的时间差与流体的流速成正比。时差法原理如图1所示。

　　1.1 基本原理

　　在直型管道中由发送器（S）以与流动方向成锐角的方式发射穿过流动气体或液体的超声波，并用一个接收器（E）接收信号。

　　图1 时差法原理

　　在静态液体中，从发送器到接收器超声波运动的速度为c，液体流动的速度为υ，在观察点O处流动速度υ在超声波运动方向上的速度分量是Vα，在流动液体中与此相应的超声波速度为：

　　c1=c+Vα=c+cosα

　　如果把发送器和接收器互换，那么速度分量的方向与超声波运动方向相反，超声波的速度为：

　　c2=c-Vα=c-cosα

　　当测量距离l已知时，由在测量距离l上的流体平均速度来确定测量时间t1。该时间是顺流时超声波运行距离l所需的时间。但是超声波速度与液体的温度有关，为了补偿温度对测量结果的影响，必须在顺流和逆流两个方向上同时发射超声波，以便同时考虑加以计算。