超聲波流量計(jì)是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。

　　原理

　　根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。

　　超聲流量計(jì)和超聲波流量計(jì)一樣，因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件，均屬無阻礙流量計(jì)，是適于解決流量測量困難問題的一類流量計(jì)，特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。

　　超聲波流量計(jì)采用時(shí)差式測量原理:一個(gè)探頭發(fā)射信號穿過管壁、介質(zhì)、另一側(cè)管壁后，被另一個(gè)探頭接收到，同時(shí)，第二個(gè)探頭同樣發(fā)射信號被*個(gè)探頭接收到，由于受到介質(zhì)流速的影響，二者存在時(shí)間差Δt，根據(jù)推算可以得出流速V和時(shí)間差Δt之間的換算關(guān)系V=(C2/2L)×Δt，進(jìn)而可以得到流量值Q

　　優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)

　　超聲波流量計(jì)是一種非接觸式儀表，它既可以測量大管徑的介質(zhì)流量也可以用于不易接觸和觀察的介質(zhì)的測量。它的測量準(zhǔn)確度很高，幾乎不受被測介質(zhì)的各種參數(shù)的干擾，尤其可以解決其它儀表不能的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。

　　缺點(diǎn)

　　現(xiàn)今所存在的缺點(diǎn)主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數(shù)據(jù)不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外，超聲波流量計(jì)的測量線路比一般流量計(jì)復(fù)雜。這是因?yàn)?，一般工業(yè)計(jì)量中液體的流速常常是每秒幾米，而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右，被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量zui大也是10-3數(shù)量級.若要求測量流速的準(zhǔn)確度為1%，則對聲速的測量準(zhǔn)確度需為10-5~10-6數(shù)量級，因此必須有完善的測量線路才能實(shí)現(xiàn)，這也正是超聲波流量計(jì)只有在集成電路技術(shù)迅速發(fā)展的前題下才能得到實(shí)際應(yīng)用的原因。

　　超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測和顯示。

　　超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振勸。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

　　超聲波流量計(jì)換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構(gòu)成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強(qiáng)度高、耐老化，而且要求超聲波經(jīng)聲楔后能量損失小即透射系數(shù)接近1。常用的聲楔材料是有機(jī)玻璃，因?yàn)樗该?，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。

　　特點(diǎn)功能

　　特點(diǎn)

　　◆獨(dú)特的信號數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測量信號更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。

　　◆無機(jī)械傳動部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長。

　　◆電路更優(yōu)化、集成度高、功耗低、可靠性高。

　　◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號輸出，供您任意選擇。

　　◆管段式小管徑測量經(jīng)濟(jì)又方便，測量精度高。

　　注意事項(xiàng)

　　超聲波流量計(jì)正確選型才能保證超聲波流量計(jì)更好的使用。選用什么種類的超聲波流量計(jì)應(yīng)根據(jù)被測流體介質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)來決定?使超聲波流量計(jì)的通徑、流量范圍、襯里材料、電極材料和輸出電流等?都能適應(yīng)被測流體的性質(zhì)和流量測量的要求。

　　1、精密功能檢查

　　精度等級和功能根據(jù)測量要求和使用場合選擇儀表精 度等級，做到經(jīng)濟(jì)合算。比如用于貿(mào)易結(jié)算、產(chǎn)品交接和能源計(jì)量的場合，應(yīng)該選擇精度等級高些，如1.0級、0.5級，或者更高等級; 用于過程控制的場合，根據(jù)控制要求選擇不 同精度等級;有些僅僅是檢測一下過程流量，無需做 控制和計(jì)量的場合，可以選擇精度等級稍低的，如1.5級、2.5級，甚至 4.0級，這時(shí)可以選用價(jià)格低廉的插入式超聲波流量計(jì)。

　　2、可測量的介質(zhì)

　　測量介質(zhì)流速、儀表量程與口徑 測量一般的介質(zhì)時(shí)，超聲波流量計(jì)的滿度 流量可以在測量介質(zhì)流速0.5-12m/s范圍內(nèi) 選用，范圍比較寬。選擇儀表規(guī)格(口徑)不一 定與工藝管道相同，應(yīng)視測量流量范圍是否 在流速范圍內(nèi)確定，即當(dāng)管道流速偏低，不能滿足流量儀表要求時(shí)或者在此流速下測量準(zhǔn) 確度不能保證時(shí)，需要縮小儀表口徑，從而提 高管內(nèi)流速，得到滿意測量結(jié)果

　　測量原理

　　當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達(dá)式

　　其中

　　θ為聲束與液體流動方向的夾角

　　M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

　　D 為管道內(nèi)徑

　　Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

　　Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

　　ΔT=Tup –Tdown

　　設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動方向一致時(shí)(即順流方向)，其傳播速度為c+u;反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器(T1,R1)和(T2,R2)。當(dāng)T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

　　t1=L/(c+u); t2=L/(c-u)

　　由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測出時(shí)間差▽t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測量的方法稱為時(shí)差法。

　　

　　另外，超聲測量儀表的流量測量準(zhǔn)確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、粘度、密度等參數(shù)的影響，又可制成非接觸及便攜式測量儀表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強(qiáng)腐蝕性、非導(dǎo)電性、放射性及易燃易爆介質(zhì)的流量測量問題。另外，鑒于非接觸測量特點(diǎn)，再配以合理的電子線路，一臺儀表可適應(yīng)多種管徑測量和多種流量范圍測量。超聲波流量計(jì)的適應(yīng)能力也是其它儀表不可比擬的。超聲波流量計(jì)具有上述一些優(yōu)點(diǎn)因此它越來越受到重視并且向產(chǎn)品系列化、通用化發(fā)展，現(xiàn)已制成不同聲道的標(biāo)準(zhǔn)型、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應(yīng)不同介質(zhì)，不同場合和不同管道條件的流量測量。

務(wù)必了解該過程并正確應(yīng)用這些流量計(jì)。例如，上游的周期性清潔過程可能導(dǎo)致流量計(jì)停止工作，因?yàn)槲酃缚赡懿辉试S超聲能量通過流體。此外，如果污垢涂覆濕潤的換能器，流量計(jì)可能無法操作直到清潔。