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超聲波流量計(jì)的工業(yè)測(cè)量理論細(xì)分

  • 發(fā)布者:源錕機(jī)械科技

    發(fā)布日期:2018-03-07
  • 波動(dòng)的定義指的是振動(dòng)在彈性介質(zhì)內(nèi)的傳播,可以將波動(dòng)簡(jiǎn)稱為波,波的頻率單位是赫茲Hz。波的頻率在20Hz至20kHz之間的可以被人耳朵聽到的機(jī)械波被稱作聲波。十九世紀(jì)的德歐內(nèi)斯特·克拉尼被譽(yù)為聲學(xué)之父,他通過試驗(yàn)驗(yàn)證了人類耳朵      聽到大約20kHz頻率的聲波,所以頻率大于20kHz的超過了人類的聽力范圍上限值的機(jī)械波被稱為超聲波。
      一、超聲波的性質(zhì)概述
      超聲波在媒介中的傳播規(guī)律以及超聲波的性質(zhì)和聲波的基本是一樣的,但是超聲波有兩個(gè)重要的特性。一個(gè)是它的定向性。一般波長(zhǎng)較長(zhǎng)的聲波是可以繞過障礙物體的,而超聲波的頻率本身就是比較高的,因此其波長(zhǎng)較短且一般比障礙物體的尺寸要小很多,所以超聲波在均勻的媒介中基本上是沿直線在傳播,而不是像聲波一樣可以繞開障礙物體傳播,利用超聲波的這一特性可以實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射。   個(gè)特性是超聲波有較高的能量。由于超聲波在媒介中傳播時(shí),介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)頻率是很高的,由振幅相同時(shí)振動(dòng)的能量和頻率成正比的原理可知超聲波的能量非常大,這也是超聲波穿透的原因,其在大密度介質(zhì)中傳播距離   遠(yuǎn),超聲波在不同媒介分界面處可發(fā)生透射、反射和折射的現(xiàn)象。在測(cè)量液體時(shí),為了使超聲波在傳播過程中減少阻尼,通常將超聲波對(duì)液體介質(zhì)測(cè)量采用1MHz頻率,對(duì)氣體的測(cè)量采用100kHz頻率。
      可以產(chǎn)生超聲波的裝置有:機(jī)械類型的超聲波發(fā)生器如汽笛等機(jī)械發(fā)聲裝置、利用電磁的原理制作而成的電類的超聲波發(fā)生器、利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)制成的壓電傳感器等等。
      二、超聲波流量計(jì)的分類
      由于超聲波在流體中傳播可以產(chǎn)生頻率差以及傳播時(shí)間差或者信號(hào)的相位差,這些信息都與流體的流速信息相關(guān),所以利用電路測(cè)量出超聲波在流體中傳播時(shí)的頻率差或者傳播時(shí)間差等信息即可根據(jù)理論公式推導(dǎo)出流體的流速,并根據(jù)流速信息計(jì)算出相應(yīng)地瞬時(shí)流量以及累計(jì)的流量等信息。根據(jù)不同測(cè)量原理可將超聲流量計(jì)主要分為以下這幾種:
      (1)時(shí)間差法流量計(jì):超聲波在流體中同樣距離同一聲道上順向和逆向傳播會(huì)產(chǎn)生   的時(shí)間差,這個(gè)時(shí)間差與被測(cè)流體的流速之間是線性關(guān)系。時(shí)間差法流量計(jì)就是通過電路方法檢測(cè)該時(shí)間差來測(cè)量出流速,并通過測(cè)得的流速和管徑等信息計(jì)算出流量。本設(shè)計(jì)就是利用了該方法來進(jìn)行流速測(cè)量,這種方法沒有壓力損耗,也適合用來測(cè)試大口徑或具有腐蝕性的流體流速。
      (2)相位差法流量計(jì):相位差法與時(shí)間差法的測(cè)量原理是類似的,不同之處在于相位差法利用的是超聲波信號(hào)在流體中同樣距離同一聲道上順向和逆向傳播產(chǎn)生的信號(hào)的相位差來測(cè)量流體流速。
      (3)多普勒流量計(jì):多普勒效應(yīng)的定義指的是觀察者接收到的波源的頻率會(huì)隨著觀察者朝向波源的移動(dòng)而變高,隨著遠(yuǎn)離波源的移動(dòng)接收到的頻率會(huì)隨著變低。被測(cè)流體中若含有懸浮顆粒物,則懸浮顆粒物相當(dāng)于觀察者,超聲換能器產(chǎn)生波源,隨著懸浮顆粒物的移動(dòng),超聲換能器接收到的聲波的頻率也隨之高低變化,發(fā)射和接收到的超聲波頻率間存在差值且該差值和被測(cè)的含懸浮顆粒物的流體流速間為線性關(guān)系。多普勒流量計(jì)就是利用這一原理測(cè)得懸浮顆粒物的速度,從而被測(cè)流體的流速。采用多普勒法需要流體中攜帶有尺寸足夠的懸浮顆粒,由于流體中的懸浮顆粒物往往性能不太穩(wěn)定且其速度與流體流速有   偏差,所以這種方法應(yīng)用起來也受到許多條件限制。 

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