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oval超聲波流量計(jì)的測量原理

發(fā)布時(shí)間:2022-10-25 點(diǎn)擊量:824

oval超聲波流量計(jì)的測量原理

超聲波是人耳聽不到的高頻聲波,一般定義為20kHz以上的聲振動。它基本上是一種高頻聲音。自然界中有許多使用超聲波的動物。其中最著名的是蝙蝠和海豚。特別是蝙蝠,它們是夜間活動的,必須在黑暗的洞穴中飛行或在黑暗中發(fā)現(xiàn)捕食者。因此,蝙蝠通過聆聽它們產(chǎn)生的超聲波的反射波來識別它們的同伴并確認(rèn)物體的位置。

由于超聲波是聲振動,因此它們需要?dú)怏w、液體或固體等介質(zhì)來傳播。因此,它與甚至在真空中傳播的無線電波(電磁波)不同。與無線電波相比,超聲波的傳播速度(超聲波的傳播速度)較慢,波長較短。也用于 那么,為什么傳播速度慢是好事呢?這很簡單。原因是“無線電波太快不好"。

考慮到空氣,超聲波的傳播速度約為340m/s,而無線電波的傳播速度約為300000000m/s(300,000km/s)。無線電波的速度大約是超聲波的 880,000 倍。更快的速度意味著更少的時(shí)間行駛相同的距離。周知,看“雷"就可以理解這一點(diǎn)。閃爍后,您會在一段時(shí)間后聽到一聲巨響。由于光以與無線電波相同的速度傳播,因此光和聲音之間的時(shí)間差就是無線電波和聲波之間的速度差。

例如,如上圖所示,傳感器以45度角放置在直徑為50毫米的管道中,測量每個(gè)傳感器的傳播時(shí)間。由于傳感器之間的距離約為 71mm,因此超聲波約為 0.2ms(毫秒),無線電波約為 0.2ns(納秒)。實(shí)際上,關(guān)鍵是能否識別無線電波中非常短的 0.2 ns 時(shí)間差,但這是一項(xiàng)極其困難的任務(wù)。就算能被識別出來,準(zhǔn)確率也會極低。
因此,超聲波適用于測距儀、測厚儀、流量計(jì)和醫(yī)療診斷等短程測量。反之,如果物體非常大且距離很遠(yuǎn)(例如30公里外的物體),則無線電波適合實(shí)際使用。因此,無線電波用于雷達(dá)、廣播和通信。

超聲波流量計(jì)的測量原理

超聲波流量計(jì)有幾種方法,如渡越時(shí)間差法、渡越時(shí)間倒數(shù)法、繞圈法、多普勒法等。每種方法都有自己的特點(diǎn),但常用的一種是傳播時(shí)間倒數(shù)法(頻差法)。

換能器(超聲波傳感器)放置在管道上的預(yù)定位置,以交替發(fā)射和接收超聲波。無流動時(shí),超聲波從上游側(cè)A傳播到下游側(cè)B的時(shí)間Tab和超聲波從B傳播到A的時(shí)間Tba相等,可得下式。

Tab = Tba = _ _ L.C。

其中 L 是超聲波傳播的距離(即換能器之間的距離),C 是聲速。

如果有流動,則從 A 傳播到 B 的超聲波是順流動的方向,所以它變成了順風(fēng)。因此,它比沒有流量時(shí)傳播得更快。相反,當(dāng)它從 B 行進(jìn)到 A 時(shí),它變成逆風(fēng),因?yàn)樗c流動相反,使其比沒有流動時(shí)慢。將其表達(dá)為公式,

標(biāo)簽= _ L.(C+V cosφ )

待定= _ L.(CV cos φ)

其中 V 是流速,φ 是管軸與超聲波傳播軸之間的角度。從這個(gè)關(guān)系中,取每個(gè)傳播時(shí)間的倒數(shù)差(頻率差),最終流速 V 為

1標(biāo)簽_ = (C+V cosφ )L.

1太棒了_ = (CV cos φ)L.

1標(biāo)簽_ - 1太棒了_ = (C+V cos φ)-(CV cos φ)L.

= 2V cosφ_ _L. ∴V = L.2 cos φ 1標(biāo)簽_ - 1太棒了_

從上式中,計(jì)算公式中去掉了聲速項(xiàng),因此即使聲速因氣體成分、溫度、壓力等波動而發(fā)生變化,也不影響流速計(jì)算,因此測量穩(wěn)定是可能的。此外,從這里,體積流量是通過將上述流速乘以管道橫截面積 A 獲得的,

Q = V x A。

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