超聲波流量計的工作原理詳解！適用于哪些工業(yè)應(yīng)用場景？

我們詳細(xì)解析超聲波流量計的工作原理及其主要工業(yè)應(yīng)用場景。

一、超聲波流量計工作原理詳解

超聲波流量計的核心原理是：利用超聲波在流動流體中傳播的特性來測量流速，再結(jié)合管道截面積計算出體積流量。

其主要工作原理分為兩種：時差法 和 多普勒法。這兩種方法決定了其適用的場景。

1. 時差法超聲波流量計

這是最常用、精度較高的一種原理，尤其適用于潔凈流體。

工作原理：
在管道兩側(cè)斜向安裝一對超聲波換能器（A和B），它們既是發(fā)射器也是接收器。

• 順流傳播： 換能器A向換能器B發(fā)射超聲波。超聲波傳播方向與流體方向相同，其速度會 加快。傳播時間 tdowntdown? 較短。

• 逆流傳播： 換能器B向換能器A發(fā)射超聲波。超聲波傳播方向與流體方向相反，其速度會 減慢。傳播時間 tuptup? 較長。

關(guān)鍵計算：
流量計內(nèi)部的微處理器會精確測量這個時間差 Δt=tup−tdownΔt=tup?−tdown?。流體的流速 VV 與時間差 ΔtΔt 成正比。流速越快，時間差就越大。

體積流量 = 流速 VV × 管道橫截面積

技術(shù)特點：

• 優(yōu)點： 精度高（可達(dá)±0.5%甚至更高），無活動部件，無壓損。

• 缺點： 對流體中的氣泡、固體顆粒非常敏感，會散射或衰減超聲波信號，影響測量。

• 為提升精度，在大管徑或流場復(fù)雜的情況下，會采用多聲道（如雙聲道、四聲道）測量，以計算平均流速，補償流速分布不均的影響。

2. 多普勒法超聲波流量計

這種方法適用于含有大量懸浮顆?；驓馀莸牧黧w。

工作原理：
在管道一側(cè)安裝一個超聲波換能器，它持續(xù)向流體中發(fā)射固定頻率的超聲波。

• 當(dāng)流體中存在懸浮顆粒、氣泡或其它不連續(xù)體時，超聲波會被這些“反射體”反射回去。

• 根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)反射體相對于換能器運動時，反射回來的超聲波頻率會發(fā)生偏移（頻移）。

• 換能器接收到的反射波頻率與發(fā)射波頻率之間存在一個頻率差，即“多普勒頻移”。

關(guān)鍵計算：
這個多普勒頻移的大小與流體中反射體的移動速度（即流體的流速）成正比。通過測量頻移，即可計算出流速，進(jìn)而得到流量。

技術(shù)特點：

• 優(yōu)點： 非常適合測量臟污、含有雜質(zhì)的流體，如污水、泥漿等。

• 缺點： 精度相對較低（通常為±1%~±5%），其測量精度依賴于流體中反射體的數(shù)量和大小。如果流體過于潔凈，將無法測量。

二、主要工業(yè)應(yīng)用場景

根據(jù)其工作原理，超聲波流量計在以下場景中表現(xiàn)出色：

時差法超聲波流量計的典型應(yīng)用：

1. 潔凈液體與氣體測量：

   • 水和污水處理： 原水、飲用水、循環(huán)冷卻水的計量與監(jiān)控。

   • 石油化工： 測量輕質(zhì)油品（如汽油、柴油）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）以及各種潔凈的化學(xué)溶劑。

   • 電力工業(yè)： 測量鍋爐給水、蒸汽冷凝水等。

   • 食品與制藥： 測量純水、牛奶、果汁、酒類等衛(wèi)生要求高的介質(zhì)。

2. 大管徑流量測量：

   • 這是超聲波流量計的絕對優(yōu)勢領(lǐng)域。在城市的供水主干管、電廠循環(huán)水、江河引水等DN500以上的大管道中，安裝電磁流量計成本極高，而夾鉗式超聲波流量計安裝簡便，成本優(yōu)勢巨大。

3. 能源管理與流量核查：

   • 由于其便攜性和非侵入式安裝，常用于工廠的能源審計、查找管道泄漏、校驗已安裝的其他流量計（如電磁流量計）是否準(zhǔn)確。

多普勒法超聲波流量計的典型應(yīng)用：

1. 兩相流與不潔凈流體：

   • 污水處理： 測量未經(jīng)處理的原污水、回流污泥、濃縮污泥等。

   • 礦業(yè)與冶金： 測量礦漿、煤粉漿、浮選藥劑等。

   • 造紙行業(yè)： 測量紙漿。

   • 化工行業(yè)： 測量含有固體顆粒的化學(xué)反應(yīng)液。

總結(jié)與選型要點

結(jié)論： 選擇哪種超聲波流量計，首要判斷依據(jù)就是流體的潔凈程度和所含雜質(zhì)情況。時差法追求高精度，多普勒法則解決“臟”介質(zhì)的可測性問題。如想了解更多流量計相關(guān)信息或者流量計選型，可咨詢艾絲特流量計廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號）獲取幫助。