一(yī)、超聲波流量計(jì)
在流動的流體(tǐ)中傳播時就載(zǎi)上流體流速的(de)信息。因🤟此通過(guo)接收到的超聲(sheng)波就可以檢測(ce)出流體的流速(su)🔴，從而換算成流(liú)量。超聲脈沖穿(chuan)過管道從一個(gè)⚽傳感器到達另(lìng)一個傳感器，就(jiù)🐇像一個渡船的(de)船夫在橫渡一(yī)條河。當氣體不(bú)流動時，聲脈沖(chong)🧡以相同的速度(du)(聲速，C)在⛷️兩個方(fang)向上傳播。如果(guǒ)管道中的氣體(ti)有一定流速V(該(gāi)流速不等于零(líng))，則順着流動方(fang)向的聲脈沖會(hui)傳輸得快些，而(er)逆着流動方向(xiàng)的聲脈沖會傳(chuan)輸得慢些。這樣(yàng)，順流傳輸時間(jian)tD會短些，而逆流(liú)傳輸時間tU會長(zhang)些。這裏所說的(de)長些或短些都(dōu)🐕是與氣體不流(liú)動時的傳輸時(shí)間相比而言；根(gēn)✌️據檢測的💘方式(shì)，可分爲傳播速(su)度差法❌、多普勒(lè)法、波束偏移法(fa)、噪聲法及相關(guān)法等不同類型(xíng)的超聲波流量(liàng)計。起聲波流量(liàng)計是近十幾年(nian)來随着集成電(dian)路技術迅速發(fā)展才開始應用(yòng)⁉️的一種。
根據對(duì)信号檢測的原(yuan)理，目前超聲波(bō)流量計大緻🌈可(ke)分傳播🈲速度差(cha)法(包括：直接時(shi)差法、時差法、相(xiang)位差法、頻差法(fa))波💜束偏移法、多(duo)普勒法、相關法(fǎ)、空間濾波法及(jí)噪聲法等類型(xing)。其中以噪聲法(fǎ)原理及結構簡(jian)單，便于測量和(hé)攜帶，價格便宜(yi)但準确度較低(dī)，适于在流量測(ce)量準确度要求(qiú)不高的場合使(shǐ)用。
由于直接時(shí)差法、時差法、頻(pin)差法和相位差(chà)法的基本原理(li)都🚶♀️是通過測量(liàng)超聲波脈沖順(shun)流和逆流傳報(bao)時速度之差來(lái)反映流體的流(liu)速的，故又統稱(cheng)爲傳播速度差(chà)法。其中頻差法(fa)和時差法🐆克服(fu)了聲速随流體(tǐ)溫度變化帶🤞來(lái)的誤差，準确度(dù)較高，所以被廣(guǎng)泛采用。按照換(huàn)能器的🏃🏻♂️配置方(fang)法不✂️同，傳播速(su)度🌈差撥又分爲(wèi)：Z法(透過法)、V法(反(fǎn)射法)、X法(交叉法(fǎ))等。
波束偏移法(fǎ)是利用超聲波(bo)束在流體中的(de)傳播方向🌈随流(liu)體💋流速變化而(ér)産生偏移來反(fan)映流體流速的(de)，低流速時，靈敏(mǐn)度很低适用性(xìng)不大.
多普勒法(fǎ)是利用聲學多(duo)普勒原理，通過(guo)測量不均勻流(liú)體中散射體散(sàn)射的超聲波多(duo)普勒頻移來确(que)定流體流量的(de)，适用于含懸浮(fu)顆粒、氣泡等流(liu)體流量測量。
相(xiang)關法是利用相(xiàng)關技術測量流(liu)量，原理上，此法(fa)的測✊量準确度(du)與流體中的聲(shēng)速無關，因而與(yu)流體溫度，濃度(du)等無關，因而🥰測(ce)量準确度高，适(shì)用範圍廣。但相(xiang)關器㊙️價格貴，線(xian)路比較複雜。在(zài)微處🧡理機普及(jí)應用後，這個缺(que)點可以克服。
噪(zao)聲法(聽音法)是(shì)利用管道内流(liú)體流動時産生(shēng)的噪⛹🏻♀️聲與流體(tǐ)的流速有關的(de)原理，通過檢測(ce)噪聲表示流速(su)或流量🌐值。其方(fang)法簡單，設備價(jia)格便宜，但準🤩确(que)度低。
以上幾種(zhǒng)方法各有特點(diǎn)，應根據被測流(liu)體性質.流速分(fèn)✏️布情♈況、管路安(ān)裝地點以及對(dui)測量準确度的(de)要求等因🌈素進(jìn)行選擇。一般說(shuo)來由于工業生(shēng)産中💋工質的溫(wēn)度常不能保持(chi)恒定，故多采用(yong)頻差法及🆚時差(chà)法。隻有在管徑(jìng)很大時才采用(yong)直接時差法。對(dui)㊙️換能器安裝方(fāng)法的選擇原則(zé)一般是：當流體(tǐ)沿管📧軸平行流(liu)動時🔴，選用Z法；當(dāng)流動方向與管(guǎn)鈾不平行⛱️或管(guǎn)路安裝地點㊙️使(shǐ)換能器安裝間(jian)隔受到限制時(shi)，采⛱️用V法或X法。當(dāng)流場分布不均(jun)勻而表前♌直管(guǎn)段又較短時，也(yě)可采用多聲🔅道(dao)(例如雙聲道或(huo)四聲道)來🔅克服(fu)流速擾動帶來(lái)的流量測量誤(wù)差。多🚶普勒法适(shì)于測量兩相流(liu)，可避免常規🌈儀(yi)表由懸浮粒或(huò)氣泡造成的堵(du)塞、磨損、附着而(er)不能運行的弊(bì)病，因而得以迅(xun)速發展。随着工(gong)業的發展及節(jie)能工作的開展(zhan)，煤油混合(COM)、煤水(shui)🌈泥合(CWM)燃料的輸(shu)送和應用以及(ji)燃料油加水助(zhu)燃等節能方法(fa)的發展，都爲多(duō)普勒超聲🌐波流(liú)量計應用開辟(pi)廣闊前景。
二、構(gou)成：
超聲波流量(liàng)計
由超聲波換(huàn)能器、電子線路(lù)及流量顯示和(he)累積系統三部(bu)☎️分組成。超聲波(bo)流量計的電子(zi)線路包括發✊射(she)、接收、信号處理(lǐ)和顯示🥰電路。測(ce)得的瞬時流量(liàng)和累積流量值(zhi)用數字量或模(mó)拟量顯示。超聲(sheng)波發射換能器(qì)将電能轉換爲(wei)超聲波能量，并(bing)将其發射到被(bèi)測流體中，接收(shou)器接收到的超(chāo)聲波信号，經電(dian)子線路放大并(bìng)轉✂️換爲代表流(liú)量✊的電信号供(gòng)給顯示和積算(suan)儀🔞表進行🔞顯示(shì)和積算。這樣就(jiu)實現了流量的(de)檢測和顯示。超(chao)聲波流量計常(chang)用壓⛱️電換能器(qì)。它利用壓電材(cai)料的壓電效應(ying)，采用适出的發(fā)射電路把電能(neng)加到發射換能(neng)器的壓電元件(jian)上🥵，使其産生♋超(chāo)聲波振勸♉。超聲(sheng)波以某一角度(du)射入流體中傳(chuan)播，然後🧑🏽🤝🧑🏻由接收(shōu)換能器接收，并(bing)經壓電元件變(bian)爲電能❤️，以便檢(jiǎn)測。發射換能器(qì)利用壓電元件(jian)的逆壓電效應(ying)，而接收換能器(qi)則是利用壓電(dian)效應。
三、優點：超(chāo)聲波流量計非(fēi)接觸式儀表，适(shi)于測量不易接(jiē)🈲觸和觀察的流(liu)體以及大管徑(jìng)流量。它與水位(wei)計聯動可進行(hang)敞開水流的流(liú)量測量。使用超(chao)聲波🌈流量計🛀🏻，不(bu)用在流體中♻️安(ān)裝測量元件，故(gù)不會改變流體(ti)的流🔴動狀态，不(bú)産生附加阻力(li)，儀表的安裝及(jí)檢修均可不影(yǐng)響生産管線運(yùn)行因而是一種(zhǒng)理想的節能型(xing)流量計。多普勒(le)法超❤️聲波流量(liàng)計可測雙相介(jie)質的流量，故可(ke)用于下水道及(ji)排污水等髒污(wū)流的測量。在發(fa)電廠中，用便攜(xié)式超聲波流量(liang)計測量水輪機(ji)進水量、汽輪機(ji)循環水量等大(dà)管徑流量，比過(guo)去的皮脫管流(liu)速計方便得多(duo)。超聲被流量汁(zhi)🛀也可用于氣體(tǐ)測量。管徑的适(shì)用範圍從2cm到5m，從(cong)幾米寬的明渠(qu)、暗渠到500m寬的河(hé)流都可适用。
四(sì)、缺點：主要是可(ke)測流體的溫度(dù)範圍受超聲波(bo)換能鋁🍉及換能(neng)器與管道之間(jian)的耦合材料耐(nai)溫程度👄的限制(zhì)，以及高溫下被(bèi)測✔️流體傳聲速(sù)度的原始數據(jù)不全。目前我國(guó)隻能🌍用于測💋量(liang)200℃以下的流體。另(lìng)外，超聲波流量(liàng)計的測量線路(lu)比一般流量計(ji)複雜。這💘是因爲(wei)，一般工業計量(liàng)中液體的流速(sù)常常是每秒♌幾(ji)米，而聲波在液(ye)體中的傳播速(su)度約爲1500m/s左右，被(bei)測流體流速(流(liú)量)變化帶給聲(sheng)速的變化量zui大(dà)也是10-3數量級.若(ruo)要求測量流☂️速(su)的準确度爲1%，則(zé)對聲速的測量(liang)準确度需爲10-5～10-6數(shu)量級，因此必💋須(xu)有完善的測量(liang)線路才能實現(xian)，這也正是超聲(shēng)波流量計隻有(yǒu)在集成電路技(jì)術迅速發展的(de)前題下才能得(dé)到實際應用的(de)原♈因。
五、超聲波(bō)流量計安裝步(bu)驟
安裝超流可(kě)按照以下步驟(zhòu)操作：
一：觀察安(ān)裝現場管道是(shi)否滿足直管段(duàn)*D後5D以及離泵30D的(de)距離。(D爲管道内(nei)直徑)
二：确認管(guan)道内流體介質(zhi)以及是否滿管(guǎn)。
三：确認管道材(cai)質以及壁厚(充(chōng)分考慮到管道(dao)内壁🌏結垢厚度(du))
四：确認管道使(shi)用年限，在使用(yòng)10左右的管道，即(jí)使是碳鋼材質(zhì)，也❗采用插入式(shi)安裝。
五：前四步(bu)驟完成後可确(què)認使用何種傳(chuan)感器安裝
六：開(kai)始向表體輸入(rù)參數以确定安(an)裝距離。
七：非常(chang)重要：精确測量(liang)出安裝距離。
(1) 外(wai)夾式可選安裝(zhuāng)傳感器大概距(jù)離，然後不斷調(diao)試活動傳感器(qì)以達到信号和(hé)傳輸比
的匹配(pei)
(2) 插入使用工具(ju)測量管道上安(an)裝點距離，這個(ge)距離✍️很重要，它(ta)直接影響表的(de)
實際測量精度(du)，所以進行多次(cì)測量以求較高(gāo)精度。
八：安裝傳(chuán)感器——調試信号(hao)——做防水——歸整好(hao)信号電纜——清理(li)現場線頭等廢(fei)棄物 ——安裝結束(shù)——驗收簽字
六、超(chāo)聲波流量計使(shǐ)用中常見問題(ti)：
1、 超聲波流量計(jì)探頭使用一段(duan)時間，會出現不(bu)定期的報警。尤(you)其是輸送介質(zhì)雜質較多時，這(zhe)種問題會較常(cháng)見。解🧑🏽🤝🧑🏻決辦法：定(ding)期清⭕理探頭(建(jian)議一年清理一(yi)次)。
2、 超聲波流量(liang)計輸送介質含(hán)有水等液體雜(za)質時，流量計引(yin)壓♋管容易産生(sheng)積液，氣溫較低(dī)時會出現引壓(ya)管凍堵現象，尤(yóu)其在北🐕方地區(qū)冬季較常見。解(jie)決🌈辦法：對🈲引壓(ya)管進行吹⭕掃或(huò)加電伴熱
超聲(shēng)波在傳播過程(cheng)中，由于受介質(zhì)和介質中雜質(zhi)的💃阻礙或吸收(shōu)，其強度會産生(shēng)衰減。不論是超(chao)聲波流量計還(hai)是超聲波🤞物位(wèi)計，對所接受的(de)聲波強度都有(you)一定要求，所以(yǐ)都要對各種衰(shuai)減進行抑制。
