超声波流量计的原理及组成

利用超声波测量液体和气体的流速很早就有人研究，但是由于技术水平所限，一直投有大的进展。进入二十世纪七十年代以来，由于集成电路技术的迅速发展，使得超声流量计获得了实际上的应用。

超声波流量计的测量原理

超声波流量计是一种非接触式流量计。工作原理是：超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响，通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。以使用最广泛的时差法超声波流量计为例，当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增大、逆流方向则减小，即同一传播距离就有不同的传播时间，再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时，水的流动会使超声波束的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化，并且这个传播时间的变化与水的流速成正比，这就是时差式超声波流量计的测量原理。其关系的理论表达式如下式：V=MD/sin2θ×△T/TupTdown

式中，M—为超声波束在水中的直线传播次数

θ—为超声波束与水流动方向的夹角

Tup—为超声波束在正方向上的传播时间（由上游传感器到下游传感器间的传播时间）

Tdown—为超声波束在逆方向上的传播时间（由下游传感器到上游传感器间的传播时间）

△T=Tup—Tdown

超声波流量计的特点

超声波流量计基于微处理技术，大多采用集成电路及低电压宽脉冲发射技术而设计的。在测量技术上，为取得更高的分辨率和更大的测量范围，多使用0.1ns超高分辨率时间测量线路。它专门用于液体介质测量特别是水的测量。其显著特点是：精度等级为±1.0%，可在不停产状态下带压安装，主机既可安装于值控室还可输出电流、脉冲等标准信号并可利用RS232或RS485接口通讯进行计量数据远程传送。另外该流量计具有高可靠性、低功耗、抗干扰、安装维护方便等优点。

超声波流量计的构造

超声波流量计一般可分现场传感器（即探头），传输电缆，显示主机三大部分。其传感器有外夹式、插入式、法兰式（即管段式），显示主机分固定式、便携式。

超声波流量计测量点的确定

超声波流量计需先选取一个适宜的测量点，然后把测量点的水管参数输入流量计中，最后将传感器（即探头）安装在水管上。

测量点的一般要求

超声波流量计的测量点要求需在一定长度的直管段上，即选择水流分布均匀的管段，以减少测量误差。

测量点的选取原则

1）测量点宜选择距上游（水流来方向）10倍管径长度、距下游（水流去方向）5倍管径长度的均匀直管段（即上、下游阀门在该长度以外，或水管的拐点在该长度之外）。

2）该直管段的材质要均匀无疤、裂痕以利于超声波传输。

3）该直管段的内壁应无水垢（若略有水垢有条件时可用蒸汽或高压水吹扫）。

4）该直管段要充满水（无论垂直或水平管段）。