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超聲波檢測(cè)技術(shù)在流量測(cè)量中的應(yīng)用
閱讀：1209 發(fā)布時(shí)間：2013-3-22
對(duì)于大管道流量測(cè)量，采用差壓式流量計(jì)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置制作很困難，測(cè)量也很難做到準(zhǔn)確。而采用超聲波流量計(jì)則不然，具體地說超聲波流量計(jì)具有以下特點(diǎn)：
一、由于超聲波流量計(jì)采用非接觸測(cè)量的方法，因此可以在特殊條件下（如高溫高壓、防爆、強(qiáng)腐蝕等）進(jìn)行測(cè)量。即使在一般條件下，接觸式流量計(jì)（如差壓式、流量計(jì)等）會(huì)對(duì)流體的流動(dòng)產(chǎn)生一定的阻力，而且在黏性比較大的流體中使用時(shí)，準(zhǔn)確度會(huì)顯著降低。而超聲波流量計(jì)不會(huì)產(chǎn)生附加阻力，也很少受流體黏性的影響?？梢姵暡髁坑?jì)屬于非接觸式測(cè)量，對(duì)流體場無干擾，無阻力件，不產(chǎn)生壓力損失。
二、安裝方便。只要將管外壁打磨光，抹上硅油，使其接觸良好即可。
三、超聲波流量計(jì)受介質(zhì)物理性質(zhì)的限制比較少，適應(yīng)性較強(qiáng)。例如電磁流量計(jì)和激光流量計(jì)對(duì)不導(dǎo)電和不透明的流體就難以應(yīng)用，而超聲波流量計(jì)則不受影響，可測(cè)量各種介質(zhì)。適應(yīng)于腐蝕性、黏性、渾濁度大的流體，而且測(cè)量準(zhǔn)確度高。
四、輸出信號(hào)為線性的。超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理是：超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播時(shí)，其傳播速度與在靜止介質(zhì)中的傳播速度不同，其變化量與介質(zhì)流速有關(guān)。測(cè)得這一變化量就能求得介質(zhì)的流速，進(jìn)而求出流量。例如超聲波在順流和逆流中的傳播情況，如圖4-10所示。圖中F為發(fā)射換能器，J為接收換能器，u為介質(zhì)流速，c為介質(zhì)靜止時(shí)聲速。順流中超聲波的傳播速度為c+u，逆流中超聲波的傳播速度為c-u，順流和逆流之間速度差與介質(zhì)流速u有關(guān)。測(cè)得這一差值即可求得流速u，進(jìn)而通過計(jì)算得到流量值qv=Au。測(cè)量速度差的方法很多，常用的有時(shí)間差法、相位差法和頻率差法。
圖4-11所示為超聲波在管壁間的傳播軌跡。介質(zhì)靜止時(shí)超聲軌跡為實(shí)線，它與軸線之間的夾角為θ。當(dāng)介質(zhì)平均流速為u時(shí)，傳播的軌跡為虛線所示，它與軸線間夾角為θ/。速度Cu為兩個(gè)分速度（u和c）的向量和，為了 使問題簡化，認(rèn)為θ=θ/（因?yàn)樵谝话闱闆rc》u），這時(shí)可得Cu=C+ucosθ。
近年來超聲波流量測(cè)量技術(shù)已獲得了迅速的發(fā)展，它已經(jīng)成為流量測(cè)量技術(shù)中的一個(gè)重要分支。除了液體流量的測(cè)量，在氣體和氣粉體（雙相流體）流速測(cè)量方面，超聲波方法也有其可取之處，在氣體介質(zhì)方面可測(cè)出瞬時(shí)和脈動(dòng)流速，它還能同時(shí)測(cè)出溫度。在火電廠中采用氣動(dòng)方式輸送煤粉燃料，需要測(cè)得煤粉的質(zhì)量流量，采用一般方法難以獲得滿意的結(jié)果，而超聲波法可以單獨(dú)測(cè)量粉狀物質(zhì)的點(diǎn)速度（如超聲多普勒法），也可以測(cè)量煤粉氣流的流速（如相差法等），然后根據(jù)粉狀材料顆粒大小計(jì)算顆粒物質(zhì)的流速；或者配合以氣粉體密度測(cè)量，獲得氣粉體質(zhì)量流量。超聲波流量計(jì)雖然具有許多的特點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)：當(dāng)液體中有氣泡或有噪聲時(shí)，會(huì)影響聲波傳播；超聲波流量計(jì)實(shí)際測(cè)定的是流體速度，它將受速度分布不均勻的影響，雖可以校正，但不十分準(zhǔn)確，故要求超聲波流量計(jì)前后分別有10D和5D的直管道長度；另外從以上的分析可知超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高。