超聲波流量計的原理及應(yīng)用

超聲波流量計的原理及應(yīng)用一．引言
首先家簡單介紹一下流量計的概念
凡是有物質(zhì)流動的場合，人們?yōu)檎莆掌鋽?shù)量都需要流量測量。流量分為瞬時流量（Flow Rate）和累計流量（Total Flow）
瞬時流量（Flow Rate）：單位時間內(nèi)過封閉管道或明渠有效截面的量。流過的物質(zhì)可以是氣、液、固體。數(shù)學(xué)公式：   v為流體的體積,工程上常用的單位m3/h.
累計流量（Total Flow）：在某一段時間間隔內(nèi)（可以是一天、一周、一月、一年）流體流過封閉管道或明渠有效截面的累計量稱為累計流量，通過將瞬時流量對時間積分可求得累計流量。數(shù)學(xué)公式：
流量計（Flowmeter）：用以測量瞬時流量或累計流量的器具統(tǒng)稱為流量計
 
流量計廣泛應(yīng)用于能源計量如水，氣等含能工質(zhì)。流量計的種類繁多，可大體分為幾大類，約幾百種以上。
（1）    差壓式流量計：1.皮托管 2.孔板 3.文丘里管。
（2）    轉(zhuǎn)子流量計
（3）    容積式流量計：1.橢圓齒輪 2.腰輪 3.刮板 4.旋轉(zhuǎn)活塞
（4）    渦輪流量計
（5）    電磁流量計  ：大管徑，造價高。安裝時需要停水?dāng)喙?br />（6）    渦街流量計
（7）    超聲波流量計
（8）    質(zhì)量流量計  
（9）    其它流量計
 
上述流量計優(yōu)、缺點(diǎn)，用途各異。用戶選表總想找到一種理想的流量計以解決它的流量計量問題，而流量計制造廠都力圖制造出一種理想流量計以適應(yīng)更廣泛的需要。總結(jié)千百種流量計的所有優(yōu)點(diǎn)可以提出理想流量計的條件如下：
　　1．檢測件*物；　
　  2．檢測件可夾裝在管道外部，可隨意移動在任何地點(diǎn)測量而無須截斷管道與流體；　　
3．儀表的流量計算方程簡單明確，可外推到未知領(lǐng)域而無須實(shí)流校驗；　　
4．頻率脈沖輸出信號，數(shù)字式儀表，便于遠(yuǎn)傳抗干擾及與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；　　　
5．儀表輸出信號不受流體流動特性的影響；　　
6．儀表復(fù)現(xiàn)性高；　　
7．儀表范圍度寬，線性好；　　
8．儀表可靠性高，價格適宜，維修技術(shù)不復(fù)雜；　　
9.無須個別實(shí)流校驗，或只須“干校”，或在一、二種介質(zhì)中校驗可推廣到各種介質(zhì)；　　
10.檢測件輸出信號直接反映質(zhì)量流量。 　　
可以說至今并沒有出現(xiàn)上述的理想流量計，所有流量計都多少具備一些上述條件，只不
過有的多些，有的少些。所有流量計制造廠試制新產(chǎn)品都力圖能更多地具備上述條件。
我們今天介紹的超聲波流量計，目前之所以能被相當(dāng)廣泛的用戶普遍接受是有客觀原因的。主要是它能在更多方面更好地滿足理想流量計的一些條件。
 
二．超聲波流量計的歷史
（1）    1928年德國人研制成功*臺超聲波流量計，并取得了。至今超聲波流量計以有
75年歷史
（2）1955年首先應(yīng)用于馬克森（MAXSON）流量計測量航空燃燒油，這是一種基于聲循環(huán)法的兩組探頭（換能器）組成的液體流量計
（3）1958年A.L.H-ERDRICH等人發(fā)明折射式探頭，由于他們的研究可進(jìn)一步消除由于管壁
的交混回響所產(chǎn)生的相位失真，也為管外夾裝提供了理論依據(jù)。
進(jìn)入20世紀(jì)七十年代以后，由于集成電路和鎖相環(huán)路技術(shù)的發(fā)展，使超聲波流量計得以克服以前的度不高，響應(yīng)慢，穩(wěn)定性與可靠性差等致命弱點(diǎn)，使實(shí)用的超聲波流量計得以發(fā)展。
近20年來特別是近10年來，基于高速數(shù)字信號的處理技術(shù)與微處理技術(shù)的快速發(fā)展，基于新型探頭材料與工藝的研究以及聲道配置與流量動力學(xué)的研究，超聲流量測量技術(shù)取得了長足進(jìn)展，顯示了強(qiáng)勁的技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)展勢頭迅猛。2000年在巴西召開的流量測量學(xué)術(shù)會議（FLOMEK-O‘2000）上共宣讀學(xué)術(shù)論文集103篇，其中直接涉及超聲波流量計及超聲波技術(shù)的論文20篇，約占論文總數(shù)的1/5。在歷次流量學(xué)術(shù)會議上，采用超聲波流量計作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)的文獻(xiàn)愈來愈多，可見超聲波流量計其潛在的巨大的生命力。
 
三．超聲波流量計的分類
（1）    按原理分：
A．           傳播速度差法：
a.       時差法（目前zui常采用此法）b.頻差法（聲環(huán)法）c.相位差法
d. 多普勒法（目前zui常采用此法）e.相關(guān)法 f.射束位移 g.渦街法
（2）按探頭（換能器）安裝方式分：
A．外夾式
B．插入式（即濕式）又分為：
a.帶測量管段的   b.不帶測量管段，直接在工藝管段上實(shí)現(xiàn)安裝的。
（3）按聲道數(shù)目劃分：
A．單聲道
B．多聲道（2—8聲道）