超声波流量计测量技术及应用

    在工业现场，流量作为一个重要的工艺参数，如何实现其实时、准确的测量，是测量领域的关键技术之一。由于工业现场工况条件复杂，环境恶劣，在进行流量测量时，需根据不同的工况条件，介质特性，流相及测量准确度要求等合理选择不同类型的流量计。超声技术用于流量测量在近年来得到了快速发展，速度差法超声流量计、多普勒超声波流量计以至相关超声流量计的出现和应用，为流量测量提供了一条新的途径。特别是技术成熟，性能优异的速度差法超声波流量计已广泛应用于工业现场。

1超声技术进行流量测量的特点

    (1)属非接触性测量，一般其传感器系安装于被测管道外壁，对管道内流体的流动无影响，不破坏被测流体的流场，不会造成任何压力损失。

    (2)适应性广，由于超声波具有良好的穿透性，适用于各种口径的管道，对流体介质特性要求不高，既可测量洁净的流体，也可测量脏污流体。

    (3)测量准确度较高，可靠性好，测量重复性好，适应恶劣的主业环境。

    (4)安装简单，维护方便，无需采取断流，开孔，焊接等影响正常生产的安装维护操作。

    (5)应用相关技术的超声相关流量计可用于测量复杂工况条件下的多相流等常规流量计难以测量的“复杂”流体流量。

    超声波流量计一般由超声波换能器和信号转换处理器二部分组成，超声换能器即测量传感器系统，大多采用压电效应实现超声波的发射与接收。信号转换处理器则用以对测量的控制、计算、显示和输出等。

2 传播速度差法超声波流量计工作原理分析

    目前，在工程测量领域大量实际应用的超声波流量计，大多数是基于传播速度差法进行测量的，传播速度差法按照不同计算模型又可分为时间差法，相位差法和声循环频率差法，其中时间差法应用最为广泛。时间差法超声波流量计的工作原理见图1.

假设管道口径为D，流体以速度v流过管道，A, B为超声波换能器，θ为超声传播角，C为超声波在流体中的传播声速。则:声正程发射/接收过程:由超声换能器A发射超声脉冲，同向穿过流体，由B接收，从发射至接收的时间为t1:  

 ②超声逆程发射/接收过程:由超声换能器及B发射超声脉冲，逆向穿过流体，由A接收，从发射至接收的时间为t2:

     (3)式即为时间差法超声波流量计的基本数学模型。它表明，通过测量t2,t1,求得V，即可求得流速。进而实现流量qv的测量，显示。

    时间差法测流量时的基本数学模型是一理想状态下的计算公式，在实际应用领域，还必须考虑管壁、衬里等因素的影响，因此，还应对式(3)作进一步的修正。