超声波流量计的应用优势及应用关注探讨

邱宣振 陈佳

（1.中石化上海工程有限公司，上海 200120；2.上海科洋科技发展有限公司，上海 200120）

超声波流量计是当今看好的仪表，有些制造厂已将其适应性考虑得很广。由于应用还不是很广，本文从当前自动化的发展趋势，从技术角度提出超声波流量计的优势及高性能予考虑的一些问题，亦希望大家一起参加讨论。

1 超声波流量计的基本原理

人耳能听到的声音频率是20Hz—20kHz，高于20kHz的声波称为超声波。其基本原理是利用超声波测量管道中流体流速，从而计算出流量。其关键是用超声波为什么能测出管道内流体的流速。

超声波测速的测量方法可分为传播速度差法、多普勒法、声束偏移法和相关法等。传播速度差法还可分为时间差法、声循环法和相位差法。常用方法有时间差法、声循环法和多普勒法。

下面以时间差法为例予以原理推导与说明[1]。

图1 时间差法测速原理

如图1所示，时间差法测量随超声波传播速度而变化的逆流和顺流的时间差确定被测流体的流速。时间差Δt与流体流速u成正比。

假设超声波的声速为c，流体流速为u，A和B是超声波换能器，可发送和接收超声波。B向A发送称为顺流发送，其传播时间为t1；A向B发送称为逆流发送，其传播时间为t2，则有：

式中：L — 超声波声程；

u — 流体流速；

c — 超声波在静止流体中的声速；

θ — 管道轴线与声道之间夹角，即声道角。根据上面两式，可解得：

超声波声速c远大于流体流速u，或c>>ucosθ时，上式可简化为：

上式表明，只需要测量顺流和逆流时的超声波传播时间差Δt=t2-t1，就可计算流体的线平均流速u。由于……