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手持式超声波流量计工作原理与概述

发布时间:2016-10-20
   手持式超声波流量计采用时间差超声测量原理,是融合了世界上先进的非接触式流量测量技术先进的多脉冲宽带数字技术设计而成的一种全新通用型多功能超声波流量计。它提供了测量系统的高精度、高稳定性、多用途性、便利的安装和可靠性,可在几分钟内测量出数据。它具有独特的双时基时间放大运算方式、先进的DSP信号处理和运算技术及平均流速数字校准技术。
 
    工作原理与概述
 
    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。
 
    数字多脉冲宽带技术是在宽带技术基础上发展起来的技术。换能器并不是透过管壁发射单个脉冲,而是突发至多达每组约100个脉冲,提供了近100~1000倍的信号强度,在此情况下,即使发射脉冲中断,仍能满足精确测量流量所需的足够信号,在有一定量的气泡和悬浮物存在的情况下也能可靠测量。它不受流体性质变化的影响,这样它就允许单个的换能器在很宽的频率范围内发射和接收,应用在很宽的管径范围(例如:25mm~4000mm),只需配备一套传感器即可满足用户的需求,而且这种换能器在管道上使用时可以发射不失真、稳定性好及高振幅的声波信号,单组传感器即可达到较高的测量精度。
 
    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。
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