摘 要 超聲波流量計是一種利用超聲波脈沖來測量流體流量的速度式流量儀表，它從80年代開始進(jìn)入我國工業(yè)生產(chǎn)和計量領(lǐng)域，并在90年代得到迅速發(fā)展。文章對我佃國內(nèi)市場上出現(xiàn) 了各類超聲波流量進(jìn)行了深入研究分析，結(jié)合多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)闡述了超聲波流量計的分類方法；從儀表性能、被測介質(zhì)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)用性等方面總結(jié)了選用超聲波流量的原則，并對應(yīng)用中如何選位、安裝、維護(hù)提出具體建議，為用戶合理選擇和應(yīng)用超聲波流量計提供了一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)和方法。
關(guān)鍵詞 超聲流量計；換能器；時差式；安裝方式
近幾年來，隨著電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術(shù)發(fā)展很快，基于不同原理，適用于不同場合的各種型式的超聲波流量計得到了廣泛應(yīng)用，同時也對廣大用戶提出如何認(rèn)識超聲波流量計、怎樣選擇合適的類型，使用中應(yīng)注意些什么問題等一系列問題，本文綜合國內(nèi)超聲波流量計目前的發(fā)展情況及多年應(yīng)用的實(shí)踐，對上述問題進(jìn)行了些探討。
1 超聲波流量計的分類 超聲波流量計的各類很多，依照不同的分類方法，可以分為不同類型的超聲波流量計。
1.1 多譜勒式超聲波流量計
如圖1，換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。
設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v，即
所以流體流速
當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過測量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。
1.2時差式超聲波流量計
時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流速成正比這一原理來測量流體流量的。
如圖2，換能器1向換能器2發(fā)射超聲波信號，這是順流方向，其傳播時間為
反之，逆流方向的傳播時間為：
時間差為：
由于c>>v，故
所以，流體流速
同樣，c、L、θ均為常數(shù)，測得時間差△t即可求出流體流速v進(jìn)而求得流體流量。
2 區(qū)別
根據(jù)超聲波流量計使用場合不同，可以分為固定式超聲波流量計和便攜式超聲波流量計。
2.1這兩類超聲波流量計的主要區(qū)別
(1)適用的場合不同
固定式超聲波流量計用于安裝在某一固定位置，對某一特定管道內(nèi)流體的流量進(jìn)行長期不間斷的計量；便攜式超聲波流量計具有很大的機(jī)動性，主要用于對不同管道的流體流量作臨時性測量。
(2)供電方式不同
固定式超聲波流量計要求長期連續(xù)運(yùn)行，所以要使用220V交流電源，便攜式超聲波流量計既可以使用現(xiàn)場的交流電源，也備有內(nèi)置充電電池，可以連續(xù)工作5～10h［小時］，大大方便了不同場合臨時性流量測量的需要。
(3)部分功能不同
因定式超聲波流量計，通常都有4-20mA信號輸出等功能，供遠(yuǎn)傳顯示使用，但其內(nèi)部只能存貯一條管道的參數(shù)；便攜式超聲波流量計只是為了現(xiàn)場查看當(dāng)時流量和短時間內(nèi)的累計流量，故一般無輸出信號功能，但為了方便測量不同管道流量，它具有豐富的貯存功能，可以同時存貯數(shù)十條不同管道的參數(shù)，供隨時調(diào)出使用。
2.2 換能器供電方式不同
可以分為外貼式、插入式、管段式三種超聲波流量計。
(1)外貼式
外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)最早，用戶最熟悉且應(yīng)用最廣泛的超聲波流量計，安裝換能器無需管道斷流，即貼即用，它充分體現(xiàn)了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點(diǎn)。
(2)管段式
某些管道因材質(zhì)疏、導(dǎo)聲不良，或者銹蝕嚴(yán)重，襯里和管道內(nèi)空間有間隙等原因，導(dǎo)致超聲波信號衰減嚴(yán)重，用外貼式超聲波流量計無法正常測量，所以產(chǎn)生了管段式超聲波流量計。
管段式超聲波流量計把換能器和測量管組成一體，解決了外貼式流量計在測量中的一個難題。而且測量精度也比其它超聲波流量計要高，但同時也犧牲了外貼式超聲波流量計不斷流安裝這一優(yōu)點(diǎn)，要求切開管道安裝換能器。
(3)插入式
插入式超聲波流量計 介于上述二者中間。在安裝上可以不斷流，利用專門工具在有水的管道上打孔，把換能器插入管道內(nèi)，完成安裝。由于換能器在管道內(nèi)，其信號的發(fā)射、接受只經(jīng)過被測介質(zhì)，而不經(jīng)過管壁和襯里，所以其測量不受管質(zhì)和管襯材料限制。
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