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超聲波流量計的介紹及優缺點

發布:2018/12/22 10:13:06人氣:305
超聲波流量計的介紹及優缺點
定義
超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。 [1] 
原理
根據對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。
超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優點,它是發展迅速的一類流量計之一。
優點
超聲波流量計是一種非接觸式儀表,它既可以測量大管徑的介質流量也可以用于不易接觸和觀察的介質的測量。它的測量準確度很高,幾乎不受被測介質的各種參數的干擾,尤其可以解決其它儀表不能的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問題。
缺點
現今所存在的缺點主要是可測流體的溫度范圍受超聲波換能鋁及換能器與管道之間的耦合材料耐溫程度的限制,以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國只能用于測量200℃以下的流體。另外,超聲波流量計的測量線路比一般流量計復雜。這是因為,一般工業計量中液體的流速常常是每秒幾米,而聲波在液體中的傳播速度約為1500m/s左右,被測流體流速(流量)變化帶給聲速的變化量最大也是10-3數量級.若要求測量流速的準確度為1%,則對聲速的測量準確度需為10-5~10-6數量級,因此必須有完善的測量線路才能實現,這也正是超聲波流量計只有在集成電路技術迅速發展的前題下才能得到實際應用的原因。
超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量,并將其發射到被測流體中,接收器接收到的超聲波信號,經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。
超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片,沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍,以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件,使超聲波以合適的角度射入到流體中,需把元件放入聲楔中,構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化,而且要求超聲波經聲楔后能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃,因為它透明,可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外,某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
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