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 超聲波流量計(jì)（簡稱USF）是通過檢測流體流動時(shí)對超聲束（或超聲脈沖）的作用，以測量體積流量的儀表。超聲流量計(jì)是利用流體對超聲波的影響（可以影響超聲波的傳播速度、頻率，或位移等）來測量流量的。根據(jù)流體對超聲波的影響作用，超聲流量計(jì)可以分為傳播速度差法、多普勒法和射束位移法等幾類，其中傳播速度差法又可分成時(shí)差法、相差法和頻差法等幾種測量方法，是超聲流量計(jì)中應(yīng)用zui廣的一類流量計(jì)。

20世紀(jì)70年代隨著電子技術(shù)的發(fā)展，性能日益完善的各種型號USF投入市場。有人預(yù)言由于USF測量原理是長度與時(shí)間兩個基本量的結(jié)合，其導(dǎo)出量溯源性較好，有可能據(jù)此建立流量基準(zhǔn)。

在結(jié)構(gòu)上，超聲流量計(jì)有夾裝式和短管式兩類，其中短管式超聲流量計(jì)在近幾年發(fā)展很快，應(yīng)用范圍已經(jīng)擴(kuò)展到測量氣體，測量精度也越來越高。和電磁流量計(jì)一樣，是一類沒有壓力損失的流量儀表，尤其在大口徑流量測量方面有突出的優(yōu)點(diǎn)。

超聲流量計(jì)（USF）的測量方法

超聲流量計(jì)的基本測量方法可分為傳送時(shí)間差法、聲波束偏轉(zhuǎn)法和多普勒頻移法三種。前兩種方法屬于同一原理，即聲波在運(yùn)動的流體中傳送的合成速度是流體流速和流體中聲速的向量和。其中以時(shí)間傳送方法為zui常用。聲速偏轉(zhuǎn)法無須在管壁上切槽，并且適于測量高速流體。多普勒頻移方法只用一個變換器測量遠(yuǎn)距離點(diǎn)的流速，可用于體外測量人體深處的血液流量，也適于測量工業(yè)上的某些容易產(chǎn)生散射的流體。超聲流量計(jì)已成功地應(yīng)用于測量血液流量和河水流量。在工業(yè)上，適用于測量各種流體和中、低壓氣體的體積流量而不受流體電導(dǎo)率、粘度、密度、腐蝕性和成分的影響。它不妨礙管道中流體的流動，也不受管徑大小的限制。

傳送時(shí)間差法 　它采用兩個聲波發(fā)送器 （SA和SB）和兩個聲波接收器（RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角（一般θ=45°）（圖1）。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時(shí)間差與流速成正比。也可以發(fā)送正弦信號測量兩組聲波之間的相移或發(fā)送頻率信號測量頻率差來實(shí)現(xiàn)流速的測量。

聲波束偏轉(zhuǎn)法 　它的發(fā)送器沿垂直于管道的軸線發(fā)送一束聲波，由于流體流動的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。

多普勒頻移法 　當(dāng)超聲波在不均勻流體中傳送時(shí)，聲波會產(chǎn)生散射。流體與發(fā)送器間有相對運(yùn)動時(shí)，發(fā)送的聲波信號和被流體散射后接收到的信號之間會產(chǎn)生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測流體的區(qū)域位于發(fā)射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角θ不致受到波束寬度影響。也可只采用一個變換器既作為發(fā)送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道多普勒血液流量計(jì)中，發(fā)送器間隔地發(fā)送聲脈沖信號，在兩個聲脈沖間隔的時(shí)間中，接收從血管壁和血管內(nèi)紅血球反射回來的聲脈沖信號。采用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號,通過比較后得到多普勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時(shí)可得到血液流量。

超聲流量計(jì)（USF）優(yōu)點(diǎn)

USF可作非接觸測量。夾裝式換能器USF可無需停流截管安裝，只要在既設(shè)管道外部安裝換能器即可。這是USF在工業(yè)用流量儀表中具有的*優(yōu)點(diǎn)，因此可作移動性（即非定點(diǎn)固定安裝）測量，適用于管網(wǎng)流動狀況評估測定

USF為無流動阻撓測量，無額外壓力損失。

流量計(jì)的儀表系數(shù)是可從實(shí)際測量管道及聲道等幾何尺寸計(jì)算求得的，既可采用干法標(biāo)定，除帶測量管段式外一般不需作實(shí)流校驗(yàn)。

USF適用于大型圓形管道和矩形管道，且原理上不受管徑限制，其造價(jià)基本上與管徑無關(guān)。對于大型管道不僅帶來方便，可認(rèn)為在無法實(shí)現(xiàn)實(shí)流校驗(yàn)的情況下是優(yōu)先考慮的選擇方案。

多普勒USF可測量固相含量較多或含有氣泡的液體。

USF可測量非導(dǎo)電性液體，在無阻撓流量測量方面是對電磁流量計(jì)的一種補(bǔ)充。

因易于實(shí)行與測試方法（如流速計(jì)的速度-面積法，示蹤法等）相結(jié)合，可解決一些特殊測量問題，如速度分布嚴(yán)重畸變測量，非圓截面管道測量等。

某些傳播時(shí)間法USF附有測量聲波傳播時(shí)間的功能，即可測量液體聲速以判斷所測液體類別。例如，油船泵送油品上岸，可核查所測量的是油品還是倉底水。

超聲流量計(jì)（USF）的缺點(diǎn)和局限性

傳播時(shí)間法USF只能用于清潔液體和氣體，不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體；反之多普勒法USF只能用于測量含有一定異相的液體。

外夾裝換能器的USF不能用于襯里或結(jié)垢太厚的管道，以及不能用于襯里（或銹層）與內(nèi)管壁剝離（若夾層夾有氣體會嚴(yán)重衰減超聲信號）或銹蝕嚴(yán)重（改變超聲傳播路徑）的管道。

多普勒法USF多數(shù)情況下測量精度不高。

國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)有品種不能用于管徑小于DN25mm的管道。

超聲流量計(jì)（USF）的組成

USF主要由安裝在測量管道上的*（或由換能器和測量管組成的超聲流量傳感器）和轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)換器在結(jié)構(gòu)上分為固定盤裝式和便攜式兩大類。換能器和轉(zhuǎn)換器之間由信號傳輸電纜連接，在固定測量的場合需在適當(dāng)?shù)牡胤窖b接線盒。夾裝式換能器通常還需配用安裝夾具和。

超聲流量計(jì)（USF）的分類

可以從不同角度對超聲流量測量方法和換能器（或傳感器）進(jìn)行分類。

（1） 按測量原理分類

封閉管道用USF按測量原理有5種，如2節(jié)所述，現(xiàn)在用得zui多的是傳播時(shí)間法和多普勒法兩大類。

（2） 按被測介質(zhì)分類

有氣體用和液體用兩類。傳播時(shí)間法USF兩種介質(zhì)各自，因換能器工作頻率各異，通常氣體在100~300kHz之間，液體在1~5MHz之間。氣體儀表不能用夾裝式換能器，因固體和氣體邊界間超聲波傳播效率較低。

（3） 傳播時(shí)間法按聲道數(shù)分類

按聲道數(shù)分類常用的有單聲道、雙聲道、四聲道和八聲道四種。近年有出現(xiàn)三聲道、五聲道和六聲道。四聲道及以上的多聲道配置對提高測量精度起很大作用。各聲道按換能器分布位置又可分為以下幾種。

1） 單聲道 有Z法（透過法）和V法（反射法）兩種。

2） 雙聲道 有X法（2Z法、交差法）、2V法和平行法三種。

3） 四聲道 有4Z法和平行法兩種。

4） 八聲道 有平行法和兩平行四聲道交差法二種。

（4） 按換能器安裝方式分類有、

1） 可移動安裝

2） 固定安裝

測量原理的選擇

選擇液體用USF首先考慮測量原理是傳播時(shí)間法還是多普勒法？其主要判斷要素是：液體潔凈程度或雜質(zhì)含量，測量精度要求?；具m用條件如表1所示。

此外，對于外夾裝式儀表還要考慮管壁材料和厚度、銹蝕狀況、襯里材料和厚度；對于現(xiàn)場安裝換能器式儀表要考慮換能器類型；對于大管徑傳播時(shí)間法儀表要考慮聲道數(shù)，等等。

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