超聲波流量計測量原理

超聲波流量計測量原理

　　當超聲波束在液體中傳播時，液體的流動將使傳播時間產生微小變化，并且其傳播時間的變化正比于液體的流速，其關系符合下列表達式
 

　　其中
 

　　θ為聲束與液體流動方向的夾角
 

　　M 為聲束在液體的直線傳播次數
 

　　D 為管道內徑
 

　　Tup 為聲束在正方向上的傳播時間
 

　　Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間
 

　　ΔT=Tup –Tdown
 

　　設靜止流體中的聲速為c，流體流動的速度為u，傳播距離為L，當聲波與流體流動方向一致時（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當T1順方向，T2逆方向發射超聲波時，超聲波分別到達接收器R1和R2所需要的時間為t1和t2,則
 

　　t1=L/（c+u） t2=L/（c-u）
 

　　由于在工業管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當聲波在流體中的傳播速度c已知時，只要測出時間差▽t即可求出流速u，進而可求出流量Q。利用這個原理進行流量測量的方法稱為時差法。此外還可用相差法、頻差法等。
 

　　相差法原理：如果超聲波發射器發射連續超聲脈沖或周期較長的脈沖列，則在順流和逆流發射時所接收到的信號之間便要產生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc
 

　　式中，w為超聲波角頻率。當測得▽O時即可求出u,進而求得流量Q。此法用測量相位差▽O代替了測量微小的時差▽t，有利于提高測量精度。但存在者聲速c對測量結果的影響。
 

　　頻差法原理：為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f＝[（c+u）/L]-[（c-u）/L]=2u/L
 

　　由此可知，只要測得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無關。 超聲波技術及其應用一、沒測量水位概況
 

　　目前水電站多采用浮子式液位計或投入式液位計來進行水位測量。其缺點為：測量精度低，不可靠，經常出現浮子卡死不動和傳感器堵塞導致測不準；維護工作量大，安裝、調試不便，采集到的僅是模擬告警信號，不能直接進入電廠計算機監控系統。對無人值班電廠不實用。
 

　　我們對攔污柵水位測量系統進行了反復對比，優化得出zui后的方案設計，采用超聲波液位計對柵前、柵后水位進行實時準確監測，超聲波液位計用PLC對采集量進行處理。并且把實時水位和壓差數據送到中控室，超聲波液位計顯示和越限報警。超聲波液位計同時采用RS422/RS232接口，又把實時數據送到大壩集中控制室工控機，處理成計算機通信報文，zui終將采集量送到電廠計算機監控系統上位機。
 

　　該項目實施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點實時監測，及報警功能，而且結束了攔污柵測量系統獨立工作，無法與電廠計算機監控系統通訊的局面。實現與閘門系統的監視功能、控制功能以及故障時ON-CALL尋呼系統功能的集成。滿足了無人值班電站的需要。該技術在云南省電力系統還是*家。
 

　　二、超聲波液位計測量水位的原理以及安裝要求
 

　　超聲波液位計工作時，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發出，遇被測物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉換成電信號。脈沖發送和接收之間的時間（聲波的運動時間）與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸的距離S與聲速C和傳輸時間T之間的關系可以用公式表示：S=　CⅹT/2
 

　　例如：聲速C=344m/s，傳輸時間為50ms，即可算出傳輸的距離為17.2m，測定距離為8.6m。
 

　　三．可編程超聲波式攔污柵水位測量系統在田壩電站應用產生的效果
 

　　用超聲波液位計測量大壩水位目前在國內尚不普遍，技術上尚無經驗可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與超聲波液位計這一領域的*技術，按照總體規劃，長遠考慮，一次到位，避免重復改造，重復投資的這一原則，對該項目進行自行設計，全面順利地完成了這一課題。在該領域取得了較有價值的經驗。為目前我國國內水電站實現對大壩水位監測系統提供了一個可以借鑒的范例。