超声波流量计工作原理，流量计如何与气体和水一起工作
超声波流量计是一种使用超声波信号测量液体或气体流量的设备。
内容：
- 超声波流量计如何工作？
- 超声波流量计类型
- 超声波多普勒流量计
- 传输时间超声波流量计
- 夹式（绑带式）超声波便携式流量计
- 超声波明渠流量计
- 超声波流量计安装
- 超声波流量计优缺点
超声波流量计如何工作？
超声波流量计的原理是基于超声波的使用和分析。这种超声波在20，000 Hz以上的范围内，最高可达1000 MHz。
流速测量有几种原理（将在下面描述），但所有系统都具有相同的主要传感部件：
- 信号源
- 接收器
- 传感器（控制器）
工作原理基于来自源的信号，该信号通过流并进入接收器。然后它进入传感器，分析结果。
对于此类工作，通常会安装几对传感器。它们彼此相对并交换信号。它们通常位于管道轴对角线上。
这种安排使得在物质流动方向和逆流方向上交换声音信号成为可能。当管道为空时，两个信号以相同的速度通过此距离。
当物质通过管道时，沿流动的声音会加速。这种逆流而上的脉冲移动得更慢。流速越大，这些信号之间的时间差越大。
这些值的比率与流速成正比。因此，如果您知道管段尺寸和物质特性，则可以确定流速。
超声波流量计类型
超声波流量计根据其工作原理主要有三种类型：
- 过境时间
- 多 普 勒
- 开放通道
让我们详细看看它们中的每一个。
超声波多普勒流量计
使用多普勒效应的多普勒流量计正在运行。简而言之，这种效应是基于从移动物体到静止位置的声波的变化。您也可以观察这种效果，聆听附近经过的汽车发动机的变化声音。
多普勒流量计需要固体部件或气泡的存在才能工作。它具有发射换能器（信号源）和接收换能器（接收器）。发射换能器产生并发送超声波脉冲。这种冲动是从固体部件或气泡移动中反射出来的。超声波的形式根据零件的速度而变化。然后回波信号返回接收器。该设备可以通过分析此类波来确定整个流的速度。
多普勒流量计的主要优点是它们能够处理流中的固体部件和气泡。它们最受欢迎作为血液和碳酸水流量计。
传输时间超声波流量计
传输时间流量计测量速度，计算信号在两个传感器之间的传播时间。这种传感器彼此相对放置，与流动轴对角线放置。主要有两种方法：
- 对角线模式
- 反射模式
对角线模式是传感器通过流量直接相互发送信号的方法。
反射模式是来自传感器的信号首先从管道壁反射，然后发送到相反的传感器的方法。
让我们以直接接触（对角线模式）为例看一下原理。每个传感器都用作信号源和接收器。它们通过移动流发送超声波脉冲。
当传感器通过移动流发送超声波脉冲时，它们根据方向具有不同的传播时间。这种信号在沿水流（上游）引导时加速，当指向水流时（下游）会减慢。
两个信号之间的接收时间（∆时间）差异与平均流速成正比。当管道中没有流量时，两个信号的传播时间将相同（∆时间 = 0）。
传输时间流量计是纯液体或气体的理想解决方案。固体部件或气泡的存在会影响其结果。传输时间流量计用于测量气体、蒸汽和蒸汽。
夹式（绑带式）超声波便携式流量计
根据安装类型，流量计分为两类：
- 内嵌
- 夹紧式
在线流量计是安装在管道系统内部的设备（如上所述）。
外夹式流量计（也称为捆绑式）是一种便携式紧凑型设备，用于在不中断管道的情况下进行测量。这些流量计连接到管道的外表面。
钳形流量计最流行的安装方法是具有 2 个路径的 V 型方法。两个不同的传感器相互发送两个信号。这些信号被对角线引导到管道壁上，从管道壁反射并击中另一个传感器，反之亦然。其中一个以较高的速度向上游移动，另一个以较低的速度向下游移动。这些波的轨迹看起来像字母V。
夹式超声波流量计将是临时测量的理想解决方案。它不需要安装在管道内，因此可以与卫生、腐蚀性和磨蚀性材料一起使用。
超声波明渠流量计
明渠流量计用于测量明渠或槽中的液位。这种传感器安装在流量上方的顶部。它向流动表面发送高频超声波。
脉冲从表面反射，并以回波的形式返回换能器。参考超声波在空气中的速度，可以计算出液体表面与传感器的当前距离。这样的结果取决于当前的空气温度水平，即明渠传感器通常具有内置的温度传感器。
要使用明渠流量计测量流量，您需要一个障碍物元件（水槽或堰）。传感器测量液体通过这些障碍物的头部高度。这种水槽或堰应具有特殊形状（矩形和V型缺口堰或帕歇尔和帕尔默碗状水槽）。您可以确定流速，分析这些部分中的液位变化。
对于明渠或部分填充的管道，也可以使用便携式多普勒仪表。它们也被称为面积速度流量计。
为此，它们安装在通道底部。超声波脉冲从水面、气泡或固体颗粒反射。
超声波流量计安装
为了优化超声波流量计的安装，必须满足许多管道要求。设备必须远离阀门、弯管和落水，以尽量减少湍流。理想的安装位置是直段管道，传感器前管径为 10 个，后管径为 5 个管径。
注意力！确保液体正常传输超声波（尤其是密度高的物质）。对于夹紧式传感器，您需要确保信号足够强以穿过外部管壁。
超声波流量计校准由制造商在目标介质（水、气、油、燃料）的标准条件下进行。如果您的流量计在恶劣的条件下运行，则需要定期校准。
超声波流量计优缺点
优势：
- 缺少活动部件
- 维护成本低
- 夹紧式装置在管道中不穿透
- 能够在高压和高温下工作
- 高精度
- 零件不会阻碍流动
- 易于安装
- 可处理大直径的管道
弊：
- 对温度变化、密度、粘度敏感
- 价格高
- 夹紧式装置精度较低
- 不适用于非常厚的材料（浆料）
超声波换能器的优缺点在很大程度上取决于所选择的类型。例如，对于多普勒流量计，管道底壁上的固体沉积物不会影响结果，但对于行进时间设备来说，这将是一个问题。
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