超声波流量计传播时间法工作原理

超声波流量计传播时间法工作原理
封闭管道用 USF 按测量原理分类有： ① 传播时间法； ② 多普勒效应法； ③ 波束偏移法； ④ 相关法； ⑤ 噪声法。本节仅讨论用得多的传播时间法和多普勒效应法的仪表。传播时间法
声波在流体中传播，顺流方向声波传播速度会增大，逆流方向则减小，同一传播距离就有不同的传播时间。利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，称之传播时间法。又按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频差法。下面即以时差法阐明工作原理。

流速方程式如图 4 . 37 所示，超声波逆流从换能器 l 传送到换能器 2 的传播速度 c 被流体流速Vm所减慢，为：

反之，超声波顺流从换能器2传送到换能器 1 的传播速度则被流体流速加快。为

式（ 4 一 14 ）减式（ 4 一 15 ) ，并变换之，得：

式中 △f一一频率差；
△ ￠ ― 相位差；
F12  f21― 超声波在流体中的顺流和逆流的传播频率；
F一超声波的频率。
从中可以看出，相位差法本质上和时差法是相同的，而频率与时间又是互为倒数关系，三种方法没有本质上的差别。目前相位差法已不采用，频差法的仪表也不多。

( 2 ）流量方程式 传播时间法所测量和计算的流速是声道上的线平均流速，而计算流量所需是流通横截面的面平均流速，二者的数值是不同的，其差异取决于流速分布状况。因此，必须用的方法对流速分布进行补偿。此外，对于夹装式换能器仪表，还必须对折射角受温度变化进行补偿，才能精确地测得流量。体积流量 Qv为：

式中 K ― 流速分布修正系数，即声道上线平均流速嘛和面平均流速 J 之比，; DN ― 管道内径。

图 4 . 38 所示 K 是单声道通过管道中心（ 即管轴对称流场的大流速处）的流速（分布）修正系数。从图可以看出，管道雷诺数 ReD 变化（ ReD 随 v 而变化），即相当仪表范围度为 10 时， v 变化 10 倍， K 值变化约为 1 % ；范围度为 100 时， K 值变化约 2 ％。流动从层流转变为紊流时， K 值要变化约 30 ％。所以要精确测量时，必须对 K 值进行动态自行补偿。参考文献：丁炜、于秀丽 过程检测及仪表.北京：北京理工大学出版社 2010