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超声波流量计的工业测量理论细分
发布时间:2018-02-26        浏览次数:22        返回列表
  波动的定义指的是 振动在弹性介质内的传播,可以将波动简称为波,波的频率单位是 赫兹Hz。波的频率在20Hz至20kHz之间的可以被人耳朵听到的机械波被称作声波。十九世纪的德国科学家欧内斯特·克拉尼被誉为声学之父,他通过试验验证了人类耳朵最高能听到大约20kHz频率的声波,所以频率大于20kHz的超过了人类的听力范围上限值的机械波被称为超声波。
一、超声波的性质概述
超声波在媒介中的传播规律以及超声波的性质和声波的基本是 一样的,但是 超声波有两个重要的特性。一个是 它的定向性。一般波长较长的声波是 可以绕过障碍物体的,而超声波的频率本身就是 比较高的,因此其波长较短且一般比障碍物体的尺寸要小很多,所以超声波在均匀的媒介中基本上是 沿直线在传播,而不是 像声波一样可以绕开障碍物体传播,利用超声波的这一特性可以实现定向发射。第二个特性是 超声波有较高的能量。由于超声波在媒介中传播时,介质质点的振动频率是 很高的,由振幅相同时振动的能量和频率成正比的原理可知超声波的能量非常大,这也是 超声波穿透能力强的原因,其在大密度介质中传播距离更远,超声波在不同媒介分界面处可发生透射、反射和折射的现象。在测量液体时,为了使超声波在传播过程中减少阻尼,通常将超声波对液体介质测量采用1MHz频率,对气体的测量采用100kHz频率。
超声波流量计
可以产生超声波的装置有:机械类型的超声波发生器如汽笛等机械发声装置、利用电磁的原理制作而成的电类的超声波发生器、利用压电晶体的电致伸缩效应制成的压电传感器等等。
二、超声波流量计的分类
由于超声波在流体中传播可以产生频率差以及传播时间差或者信号的相位差,这些信息都与流体的流速信息相关,所以利用电路测量出超声波在流体中传播时的频率差或者传播时间差等信息即可根据理论公式推导出流体的流速,并根据流速信息计算出相应地瞬时流量以及累计的流量等信息。根据不同测量原理可将超声波流量计主要分为以下这几种:
(1)时间差法流量计:超声波在流体中同样距离同一声道上顺向和逆向传播会产生一定的时间差,这个时间差与被测流体的流速之间是 线性关系。时间差法流量计就是 通过电路方法检测该时间差来测量出流速,并通过测得的流速和管径等信息计算出流量。本设计就是 利用了该方法来进行流速测量,这种方法没有压力损耗,也适合用来测试大口径或具有腐蚀性的流体流速。
(2)相位差法流量计:相位差法与时间差法的测量原理是 类似的,不同之处在于相位差法利用的是 超声波信号在流体中同样距离同一声道上顺向和逆向传播产生的信号的相位差来测量流体流速。
(3)多普勒流量计:多普勒效应的定义指的是 观察者接收到的波源的频率会随着观察者朝向波源的移动而变高,随着远离波源的移动接收到的频率会随着变低。被测流体中若含有悬浮颗粒物,则悬浮颗粒物相当于观察者,超声换能器产生波源,随着悬浮颗粒物的移动,超声换能器接收到的声波的频率也随之高低变化,发射和接收到的超声波频率间存在差值且该差值和被测的含悬浮颗粒物的流体流速间为线性关系。多普勒流量计就是 利用这一原理测得悬浮颗粒物的速度,从而得到被测流体的流速。采用多普勒法需要流体中携带有尺寸足够的悬浮颗粒,由于流体中的悬浮颗粒物往往性能不太稳定且其速度与流体流速有一定偏差,所以这种方法应用起来也受到许多条件限制。
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