非接触式的超声波流量检测技术研究

吴付祥，赵政,黄金星，赵中太

(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)

管段式超声波流量传感器由于不易被堵塞、可适应各种具有较强腐蚀的液体而日益得到重视。虽然该类设备已被广泛应用，但仍然存在一些不足，主要体现在以下几个方面:(1)使用范围受到限制，由于管段式传感器需要破坏流体现场进行安装[1]。(2)测量结果易受被测液体的压力、密度、粘度等参数影响；有时在高压力、高密度、高粘度的环境下会造成超声波探头的永久损坏，造成不可估量的损失。(3)多数此类传感器采用高电压驱动探头，使得功耗高，也对现场造成一定的影响。(4)计时精度低，使得对液体流速的分辨率变低。

非接触式超声波流量传感器是根据超声波在被测液体内顺流和逆流传播的时间差制成的测定液体流速的仪表。其安装采用非介入式夹装在被测管道的外侧，能够用于恶劣的环境；同时在测量管内径一定时，皮秒级计时精度使得顺流和逆流测得时间差与其瞬时流速呈线性关系，而与其他物理参数(如压力、密度、粘度等)无关，且对液体的低流速分辨率高。

本文通过对非接触式的超声波流量检测技术的研究，设计出一种流量传感器，实现对液体流量低功耗、高精度、高可靠性、高分辨率的检测。

1 流量的超声波检测基本原理

时差测量法的基本原理如图1所示[2]。当探头A发射，B接收时，声波顺流传播，速度快，时间短，可写为：

图1 流量的超声波时差法原理图