超声波检测技术在流量测量中的应用

对于大管道流量测量，采用差压式流量计时，标准节流装置制作很困难，测量也很难做到准确。而采用超声波流量计则不然，具体地说超声波流量计具有以下特点： 一、由于超声波流量计采用非接触测量的方法，因此可以在特殊条件下（如高温高压、防爆、强腐蚀等）进行测量。即使在一般条件下，接触式流量计（如差压式、流量计等）会对流体的流动产生一定的阻力，而且在黏性比较大的流体中使用时，准确度会显著降低。而超声波流量计不会产生附加阻力，也很少受流体黏性的影响。可见超声波流量计属于非接触式测量，对流体场无干扰，无阻力件，不产生压力损失。 二、安装方便。只要将管外壁打磨光，抹上硅油，使其接触良好即可。 三、超声波流量计受介质物理性质的限制比较少，适应性较强。例如电磁流量计和激光流量计对不导电和不透明的流体就难以应用，而超声波流量计则不受影响，可测量各种介质。适应于腐蚀性、黏性、浑浊度大的流体，而且测量准确度高。 四、输出信号为线性的。超声波流量计的测量原理是：超声波在流动介质中传播时，其传播速度与在静止介质中的传播速度不同，其变化量与介质流速有关。测得这一变化量就能求得介质的流速，进而求出流量。例如超声波在顺流和逆流中的传播情况，如图4-10所示。图中F为发射换能器，J为接收换能器，u为介质流速，c为介质静止时声速。顺流中超声波的传播速度为c+u，逆流中超声波的传播速度为c-u，顺流和逆流之间速度差与介质流速u有关。测得这一差值即可求得流速u，进而通过计算得到流量值qv=Au。测量速度差的方法很多，常用的有时间差法、相位差法和频率差法。 图4-11所示为超声波在管壁间的传播轨迹。介质静止时超声轨迹为实线，它与轴线之间的夹角为θ。当介质平均流速为u时，传播的轨迹为虚线所示，它与轴线间夹角为θ^/。速度C_u为两个分速度（u和c）的向量和，为了　使问题简化，认为θ=θ^/（因为在一般情况c》u），这时可得C_u=C+ucosθ。 近年来超声波流量测量技术已获得了迅速的发展，它已经成为流量测量技术中的一个重要分支。除了液体流量的测量，在气体和气粉体（双相流体）流速测量方面，超声波方法也有其可取之处，在气体介质方面可测出瞬时和脉动流速，它还能同时测出温度。在火电厂中采用气动方式输送煤粉燃料，需要测得煤粉的质量流量，采用一般方法难以获得满意的结果，而超声波法可以单独测量粉状物质的点速度（如超声多普勒法），也可以测量煤粉气流的流速（如相差法等），然后根据粉状材料颗粒大小计算颗粒物质的流速；或者配合以气粉体密度测量，获得气粉体质量流量。 超声波流量计虽然具有许多的特点，但也存在一些缺点：当液体中有气泡或有噪声时，会影响声波传播；超声波流量计实际测定的是流体速度，它将受速度分布不均匀的影响，虽可以校正，但不十分准确，故要求超声波流量计前后分别有10D和5D的直管道长度；另外从以上的分析可知超声波流量计结构较复杂，成本较高。