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梧 州 学 院 课 程 论 文 (2014 -2015学年) 超声流量计的原理及应用 目录 摘要……………………………………………………………………………………….1 1.超声流量计的原理及特点…………………………………………………………..…2 1.1传播时间法……………………………………………………………………………3 1.1.1流速方程式………………………………………………………………………….3 1.1.2流量方程式…………………………………………………………………………..4 1.1.3直接时差法…………………………………………………………………………..4 1.1.4频率差法……………………………………………………………………………..5 1.1.5相位差法……………………………………………………………………………..6 1.2多普勒效应法…………………………………………………………………………..7 2.超声流量计的组成……………………………………………………………………….9 3.选用与安装事项………………………………………………………………………...10 3.1测量原理的选择………………………………………………………………………10 3.2注意事项……………………………………………………………………………….11 4.超声流量计的应用前景………………………………………………………………...12 参考文献………………………………………………………………………………..…13 超声流量计的原理及应用 摘要：最近几年，随着石油和天然气工业的强势增长，以及行业对于现场设备技术的逐步接受，超声波流量计的全球市场总额将在年内的年增长率增长。超声波流量计正快速发展成为流量测量领域，尤其是计量碳氢化合物的首选。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有波长短、频率高绕射现象小，特别方向性好、射线。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。……,设在一个时间间隔t1内，F1共发射了n1个脉冲，脉冲的重复频率f1=n1/n2。 在紧接下去的另一个相同时间间隔t2(t2=t1)内，与上述过程相反，由F2发射超声脉冲，而F1做接收器。同理，可以测得F2的脉冲重复频率为f2。经推导，顺流发射频率f1与逆流发射频率f2的频率差f为：f=f1-f2。 图4 频率差法测流量的原理 图5 频率差法测流量的原理 （5）相位差法 在时差法的测量中，时间差△t的量级很小，约为10-8~10-9s。测量△t需要很复杂的电子仪器，所以常用测量连续超声波在顺流和逆流传播时接收信号之间的相位差的方法，简称相差法来实现。设连续波的角频率为w,则 △?=w△t=2wlvcos⊙/c2 因此，测出△?，即可求出v、Q。 2．（多普勒（效应）法 多普勒（效应）法超声计是利用静止点检测来自移动原发射波而产生多普勒频移现象原理，多普勒频移正比于两者之间的相对速度。多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。 （1）流速方程式 如图6所示。超声换能器A向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射局域内液体中散射体悬浮颗粒或气泡散射，散射的超声波产生多普勒频移fd，接收换能器B收到频率为fB的超声波，其值为 fA=fB（1-2vcos⊙/c) 式中，v为散射体运动速度。 多普勒频移fd正比于散射流动速度，即测量对象确定后，式中右边除v外均为常量，整理后得 v=cfd/(2cos⊙fA) 图6 多普勒法超声波流量计原理图 散射体的影响 实际上多普勒频移信号；来自速度参差不齐的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速的关系也有差别。气体参量如散射粒度大小组合与流动时分布状况、散射体流速非轴向分量、声波呗散射体衰减程度等均影响频移信号。 二、组成 超声流量计主要由安装在测量管道上的超声换能器（或由换能器和测量管组成的超声流量传感器）和转换器组成。转换器在结构上分为固定盘装式和便携式两大类。换能器和转换器之间由专用信号传输电缆连接，在固定测量的场合需在适当的地方装接线盒。夹装式换能器通常还需配用安装夹具和耦合剂。如图7所示，是系统组成示意图，此例是测量液体用传播时间法单声道透过式传输流量计。 图7 传输流量计组成 三、选用与安装事项 1.测量原理的选择 选择