超声波流量计原理分析与设计应用

摘要:本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理,以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析,得出 超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高,而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。
关键词:超声波流量计;时差法;多普勒;测流1引言近几年来,随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理,适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现,其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门,正日趋成为测流工作的首选工具。2超声波流量计的测量原理超 声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速 度之差来反映流体的流速,从而测出流量;多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。2.1时差法测量原理时差法测量流体流量的原理如图1所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。
ΣNi——产生多普勒频移Δfi的粒子数;
Δfi——任一个悬浮粒子产生的多普勒频移。由上可知,该流量计测得的多普勒频移信号仅反映了信息窗区域内的流体速度,因此要求信息窗应位于管渠内接近平均流速的部位,才能使其测量值反映管渠内流体的平均流速。
〔1〕马树升.灌区水情无线数传实时监控的内容与方法〔J〕.山东农业大学学报,2003,(1):63-65
〔2〕 杨丰,杨俊清.多普勒法测流技术简介〔J〕.水文,2004,(2):58-59
〔3〕 廖志敏,熊珊.超声波流量计的研究和应用〔J〕.管道计术与设备,2004,(4):12-14
〔4〕 雷艳,范秀华.梯形渠道多声道超声波测流数学模型及计算方法〔J〕.武汉水利水电大学学报,1997,(1):11-16
关键词:超声波流量计;时差法;多普勒;测流1引言近几年来,随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展,利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理,适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现,其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门,正日趋成为测流工作的首选工具。2超声波流量计的测量原理超 声波流量计常用的测量方法为传播速度差法、多普勒法等。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速 度之差来反映流体的流速,从而测出流量;多普勒法的基本原理则是应用声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。2.1时差法测量原理时差法测量流体流量的原理如图1所示。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点,测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值,从而计算流体流动的速度和流量。
图1超声波流量计测流原理图
图2多声道超声波流量计测流原理图
图3多普勒超声波流量计测流原理图
ΣNi——产生多普勒频移Δfi的粒子数;
Δfi——任一个悬浮粒子产生的多普勒频移。由上可知,该流量计测得的多普勒频移信号仅反映了信息窗区域内的流体速度,因此要求信息窗应位于管渠内接近平均流速的部位,才能使其测量值反映管渠内流体的平均流速。
图4多普勒信息窗示意图
图7石咀测站多普勒超声波流量计示意图
〔1〕马树升.灌区水情无线数传实时监控的内容与方法〔J〕.山东农业大学学报,2003,(1):63-65
〔2〕 杨丰,杨俊清.多普勒法测流技术简介〔J〕.水文,2004,(2):58-59
〔3〕 廖志敏,熊珊.超声波流量计的研究和应用〔J〕.管道计术与设备,2004,(4):12-14
〔4〕 雷艳,范秀华.梯形渠道多声道超声波测流数学模型及计算方法〔J〕.武汉水利水电大学学报,1997,(1):11-16
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