時差法超聲波流量計的原理

時差法超聲波流量計（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如圖1所示。他是利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，在通過流速來計算流量的一種間接測量方法。

圖1 時差法超聲波流量測量原理示意圖

圖1中有兩個超聲波換能器：順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)直徑為D，超聲波行走的路徑長度為L,超聲波順流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的流動方向加角為θ。由于流體流動的原因，是超聲波順流傳播L長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差可用下式表示：

其中：c是超聲波在非流動介質(zhì)中的聲速，V是流體介質(zhì)的流動速度，tu和td之間的差為：

式中X是兩個換能器在管線方向上的間距。

為了簡化，我們假設(shè)，流體的流速和超聲波在介質(zhì)中的速度相比是個小量。即：

上式可簡化為：

也就是流體的流速為：

由此可見，流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時間差成正比。

流量Q可以表示為：

時差法超聲波流量計的設(shè)計

圖2是我們設(shè)計的超聲波流量計的原理框圖。圖中主要有兩個超聲波發(fā)射單元、一個時間測量單元和一個控制器。他們共同來完成超聲波的發(fā)射、接受和時間差的測量等工作。其他的外圍單元主要是為了測量儀表的參數(shù)設(shè)定、測量數(shù)據(jù)的輸出、顯示和傳送等功能，可參考相關(guān)資料，這里不作介紹。

圖2超聲波流量計的電原理框圖

ZJ-100固定式超聲波流量計借鑒國外同類產(chǎn)品自行設(shè)計開發(fā)的高科技產(chǎn)品，其特點為：測量精度高優(yōu)于+0.5%，在線測量穩(wěn)定可靠，全密封防水結(jié)構(gòu)防護等級可達IP68，用戶也可以選擇現(xiàn)場一體化顯示方式?，F(xiàn)場安裝簡單，無須調(diào)試。其優(yōu)異的性能價格比是電磁流量計理想的換代產(chǎn)品，特別對于大管徑介質(zhì)流量測量，價格優(yōu)勢更加明顯。可廣泛應(yīng)用在測量水、污水、化工、能源電廠等領(lǐng)域。