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超声波流量计多普勒效应法工作原理

超声波流量计多普勒效应法工作原理
多普勒（效应）法  多普勒（效应）法超声波流量计是利用声波所产生的多普勒频移现象，通过在静止（固定）点检测从移动源所发射声波产生的多普勒频移来计算散射体流动速度进行测量的。
图 4 . 38 流速分布修正系数和雷诺数的关系

 

( 1 ）流速方程式如图 4 . 39 所示，发射换能器 A 向流体发出频率为fA的连续超声波，经照射域内液体中散射体如悬浮颗粒或气泡散射体，散射的超声波产生多普勒频移 fd ，接收换能器 B 收到频率为fB的超声波，其值为：

 

图 4 · 39 多普勒法超声波流量计原理图
式中 v-散射体运动速度
多普勒频移fd正比于散射体流动速度：

测量对象确定后，式（ 4 一 21 ）右边除 v 外均为常量，整理后得：

( 2 ）流量方程式  多普勒法超声波流量计的流量方程式形式上与式（ 4 一 19 ）相同，只是所测得的流速是各散射体的速度  代替式（ 4 一 19 ）中的Vm，与载体液体管道平均流速数值并不一致；方程式中流速分布修正系数以 Kd 代替 K 。 Kd 如图 4 . 38 所示，是散射体的“照射域”在管中心附近的系数，其值不适用于大径管或含较多未到管中心附近就获得散射波的散射体。
( 3 ）液体温度影响的修正  式（ 4 一 22 ）中有流体声速 c ，而c是温度的函数，液体温度变化会引起测量误差。由于固体的温度变化对声速影响比液体小一个数量级，即在式（ 4 一 22 ）中的流体声速。用声楔的声速 C0 取代，以减小用液体声速时的影响。因为从图 4 . 40 可知 cosθ一 sin θ中，再按斯纳尔定律 sinφ/c= sinφ0/C0 ，式（ 4 一 22 ）便可得式（ 4 - 23 ) ，其中C0 / sinφ0可视为常量。

 ( 4 ）散射体的影响  实际上多普勒频移信号来自于速度参差不齐的散射体，而所测得各散射体速度和载体液体平均流速间的关系也有差别。其他参量如散射体粒度大小组合与流动时分布状况，散射体流速非轴向分量，声波被散射体衰减程度等均影响频移信号。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