超声波流量计结构原理

日期：2022-11-09 点击量：

1.流量计结构
超声波流量计主要由信号处理单元、超声换能器(探头)、流量计表体等部分构成,如图1 所示。其中信号处理单元接收探头信号并将信息远传流量计算机;探头通过换能器端口安装于表体,负责收发声波,并输出电压信号;流量计表体部分包括上下游直管段,上有超声换能器端口、取压口等。此外,压力变送器、温度变送器、色谱分析仪及流量计算机作为辅助仪表,用以测量现场数据。流量计算机利用现场数据计算介质工况流量,并将工况流量转换为标况流量。

2.流量计原理
传播时间差法气体超声流量计是通过测量高频声脉冲传播时间得出气体流量的速度式流量计,工作原理如图2 所示。超声脉冲在管道内逆流和顺流沿斜线方向传播,传播速度与介质轴向平均流速有关,通过测量声波传播时间差,运用数值计算法计算工作条件下通过气体超声流量计的气体轴向平均流速和流量。在充满气体的密闭管道中,超声波传感器(探头)沿管壁安装,直接与气流接触,2 个传感器发射超声波后由对方互为接收。图2 中a、b 为2 个超声波流量计换能器,声道与管道倾斜夹角为θ,管道内径为D,声道长度为L,声道距离为x。在一些流量计中采用了反声道,此时声脉冲在管壁上经历一次或多次反射。

若管线内气流无流动,声波以相同的速度在管道沿声道的2个方向传播;若管线内介质流速大于0,声波顺气流方向传播速度较快,反之则较慢。其中,顺气流方向时间与逆气流方向时间计算公式为：

式(1)(2)中：L 为声道长度,m;Cd为声波在气体中的速度,m/s;V为气体介质平均流速,m/s;θ为倾斜声道与管道轴线的夹角,°。
由式(1)与式(2)可得气体流速与声速为：

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