流量測量涉及確定在特定時(shí)間通過容器的指定表面積的流體量。與所有形式的測量一樣，它具有日常生活應(yīng)用，從用于監(jiān)測水和氣體消耗以進(jìn)行賬單估算，到更關(guān)鍵的工業(yè)應(yīng)用（例如，多種化學(xué)品的大規(guī)模混合），其中流速測量在維持流量方面起著關(guān)鍵作用。過程/產(chǎn)品的質(zhì)量。

為了確定流量，使用稱為流量計(jì)的特殊類型的儀表。由于流量測量的不同要求（線性/非線性，質(zhì)量/體積率等），有許多不同類型的流量計(jì)。儀表根據(jù)不同的因素而有所不同，包括：他們應(yīng)用的測量技術(shù)、他們監(jiān)控的具體流量參數(shù)、他們可以跟蹤的流體體積，以及他們的物理屬性等等。

流量計(jì)的一些類型/類別包括：渦輪、渦流、熱質(zhì)量、磁、橢圓齒輪、槳輪、科里奧利、質(zhì)量流量、低流量和超聲波流量計(jì)，這是本文的重點(diǎn)。超聲波流量計(jì)提供了一種非侵入性、非常可靠的方法來確定流過容器的流體量，它們已在從石油和天然氣到公用事業(yè)供應(yīng)商的不同行業(yè)中找到應(yīng)用。

在本文中，我們將研究超聲波流量計(jì)的所有內(nèi)容，它們的工作原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

超聲波流量計(jì)

顧名思義，超聲波流量計(jì)是應(yīng)用廣泛的流量計(jì)之一，它是一種非侵入式設(shè)備，通過超聲波測量流體的速度來計(jì)算流體的體積流量。它幾乎可以測量聲波可以傳播的任何流體中的流體流量。這種類型的流量計(jì)通常被認(rèn)為是“混合”的，因?yàn)樗梢允褂枚嗥绽赵砘騻鬏敃r(shí)間方法來測量流量，我們將在本文后面討論這兩種原理。請(qǐng)注意，如果這些流量計(jì)使用多普勒原理運(yùn)行，它們也稱為多普勒流量計(jì)。

超聲波流量計(jì)最適合需要低壓降、低維護(hù)和化學(xué)相容性的水應(yīng)用。它們通常不適用于飲用水或蒸餾水，但適用于廢水應(yīng)用或?qū)щ娕K液體。它們與磨蝕性和腐蝕性液體一起使用，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)阻礙液體流過管道。

超聲波流量計(jì)的工作原理

超聲波流量計(jì)使用回聲原理和不同介質(zhì)中聲速的變化來測量流量。儀表通常包含兩個(gè)超聲波換能器，一個(gè)用作發(fā)射器，另一個(gè)用作接收器。兩個(gè)換能器可以并排安裝，也可以彼此成一定角度安裝在容器的相對(duì)兩側(cè)。發(fā)射換能器從傳感器表面向流體發(fā)射聲脈沖，并由指定為接收器的換能器接收。然后估計(jì)聲脈沖從發(fā)射器傳播到接收器所花費(fèi)的時(shí)間（稱為傳輸時(shí)間），并將其用于確定流速和其他參數(shù)。

對(duì)于第二種配置，發(fā)射器和接收器并排放置，發(fā)射器發(fā)射聲音脈沖，而接收器監(jiān)控接收傳輸回波所需的時(shí)間。

無論傳感器配置如何，通過時(shí)間差的測量都是基于以下事實(shí)：在介質(zhì)流動(dòng)方向上傳播的聲波比在介質(zhì)流動(dòng)方向上傳播的聲波移動(dòng)得更快。因此，傳輸時(shí)間的差異與介質(zhì)的流速成正比，這一原理用于精確測量氣體和液體的體積，也可用于導(dǎo)出密度和粘度。

雖然上述兩種方法是非常常用的方法，但不同的超聲波流量計(jì)會(huì)根據(jù)液體的類型和要進(jìn)行的測量使用這種方法的修改版本。下面的超聲波水表圖像說明了上游和下游傳感器如何與一些反射器一起放置在傳感器管道內(nèi)，以用于水流量計(jì)設(shè)計(jì)。還顯示了相同的實(shí)際硬件設(shè)置，并標(biāo)記了兩個(gè)傳感器。

使用超聲波流量傳感器計(jì)算流量

為了更清楚地了解這背后的技術(shù)細(xì)節(jié)，請(qǐng)考慮下圖，該圖具有第一種配置，發(fā)射器 （TA） 和接收器 （TB） 傳感器以彼此相對(duì)的角度安裝；

設(shè)聲波從發(fā)射器傳播到接收器所需的時(shí)間，即在介質(zhì)的流動(dòng)方向上為 T A –B，以及它從接收換能器移動(dòng)到發(fā)射換能器所需的時(shí)間，即逆流向 T B –A。

兩次通過時(shí)間的差異與介質(zhì)的平均流速 v m成正比，即；

T B –A – T A –B = v m ------------- 公式 1

由于信號(hào)的傳輸時(shí)間是發(fā)射換能器和接收發(fā)射器之間的距離除以聲信號(hào)從一個(gè)換能器傳播到另一個(gè)換能器所需的速度，我們有

T A –B = L / （C AB + v*cosα） -------------- 公式 2

和;

T B –A = L / （C BA – v*cos α） --------------- 公式 3

等式 2 和 3 定義了上游傳感器 A 和下游傳感器 B 之間的流速。在哪里;

v = 介質(zhì)的流速，L = 聲學(xué)路徑的長度，c = 介質(zhì)中的聲速，α“α”是超聲波從發(fā)射器傳播到接收器時(shí)與管道的角度。

假設(shè)介質(zhì)中的聲速是恒定的（即流體密度、溫度等參數(shù)沒有變化），我們有；

（L / （2 * cos）） * （T B–A – T A–B ） / （T B–A x T A–B ）

將平均速度乘以管道的橫截面積，我們得到流量 Q 為；

Q = （π * D 3 ） / （4 * sin 2α） * （T B–A – T A–B ） / （T B–A x T A–B ）

對(duì)于直徑為 D 的在線超聲波流量計(jì)，管道的橫截面積是恒定的

。這些方程的實(shí)施沒有密度、溫度、壓力、聲速和其他介質(zhì)/流體定義的特性等變量，展示了原因超聲波流量計(jì)的多功能性和準(zhǔn)確性的背后。

超聲波儀表的優(yōu)點(diǎn)/意義

超聲波流量計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)必須是它們的非侵入性以及它們與任何類型的流體一起工作的能力（因?yàn)榱黧w中的密度和聲速并不重要）。每天通過管道系統(tǒng)運(yùn)輸和分配具有不同特性的各種物質(zhì)（包括化學(xué)品、溶劑、油等），需要對(duì)其流量進(jìn)行監(jiān)控。超聲波流量計(jì)的非侵入性特性使其成為此類情況下的 goto 流量計(jì)。這就是為什么它們?cè)诓煌墓I(yè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，從化學(xué)相關(guān)行業(yè)到食品加工、水處理以及石油和天然氣行業(yè)。

缺點(diǎn)

超聲波流量計(jì)的主要缺點(diǎn)必須是它們的價(jià)格。由于其設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，超聲波流量計(jì)通常比機(jī)械或其他類型的流量計(jì)更昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰嗟呐徒M件，

除了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本之外，與大多數(shù)其他類型的儀表相比，超聲波流量計(jì)還需要一定水平的安裝/處理專業(yè)知識(shí)。