智能超聲波流量（liàng）計

超聲波流量計的基本原理及類型超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流（liú）量。根據檢測的方（fāng）式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關（guān）法等（děng）不（bú）同類型的超聲（shēng）波流量計。起（qǐ）聲波流量（liàng）計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用（yòng）的一（yī）種 

非接觸式儀表，適於測量不（bú）易接觸和觀察的流（liú）體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波（bō）流量比不（bú）用在流體中安裝測量元件故不（bú）會改變流體的流（liú）動狀態，不產生附加阻力（lì），儀表（biǎo）的（de）安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是（shì）一（yī）種理想的節能（néng）型流量計。 

眾所周知，目前的（de）工業流量測（cè）量普遍存在著大管徑、大流量測量困難（nán）的問題，這是因（yīn）為一（yī）般流量計隨著測量管徑的增大會帶來製造和運（yùn）輸上的困難，造價（jià）提高、能損加大（dà）、安裝不僅這些缺點（diǎn），超聲波流量計均可避（bì）免。因（yīn）為各類超聲波流量計均可管外安裝、非（fēi）接觸測流，儀表造價基本上（shàng）與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加（jiā），故口徑越大超（chāo）聲（shēng）波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管（guǎn）徑流（liú）量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量，故可用於（yú）下水道及排汙水等髒汙（wū）流的測量。在發電廠中，用便攜式超聲波（bō）流量計測（cè）量水輪機進水量（liàng）、汽輪機循環水量等大管徑流量，比過去的皮脫管流速計方便得多。超聲被流量汁也（yě）可用於氣體測量。管（guǎn）徑（jìng）的適用範圍從2cm到（dào）5m，從幾米寬的明（míng）渠、暗（àn）渠到500m寬的河流都可適用。 

另外，超聲測量儀表的流（liú）量測量準確度幾乎不受（shòu）被測流（liú）體溫度、壓（yā）力、粘度、密度等參數的影響，又可製成非接觸及便（biàn）攜式測量儀（yí）表，故可解決其它類型儀表所難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性及易燃易爆介質的流量測量問（wèn）題。另外，鑒於（yú）非接觸測量特點，再配以合理的電子線路，一台儀表可（kě）適應（yīng）多種（zhǒng）管徑測量和多種流量（liàng）範圍測（cè）量（liàng）。超聲波（bō）流量計的適應能力也（yě）是其它儀表（biǎo）不可比擬的。超聲波流量計具有上述一些優點因此它（tā）越來越受到重視並且向產品（pǐn）係列化、通用化發展，現已製成不同聲道的（de）標準（zhǔn）型（xíng）、高溫型、防爆型、濕式型儀表以適應不同介（jiè）質，不同場合和不同管道（dào）條件的流量測量。 

超聲波流量計目前所存在的缺點主要是可測流體的溫度範圍受超聲波換能（néng）鋁及換（huàn）能器與管道之間的耦（ǒu）合材料耐溫程度的限製，以及高溫下被測流體傳聲速度的原始數據不全。目前我國隻能用於測量200℃以下的（de）流體（tǐ）。另（lìng）外，超聲波流量計的測量線（xiàn）路（lù）比一般流量計（jì）複雜。這是因為，一般工業計量中液體的流速常常是每秒（miǎo）幾米，而（ér）聲波（bō）在液體中的傳播速度約為1500m/s左（zuǒ）右，被測流體流速(流（liú）量)變化帶給聲速的變化量（liàng）*大也是10－3數量級．若要求測量流速的準確（què）度為1%，則（zé）對聲速的測量準確度需為10-5～10-6數量級，因此必須有完善的（de）測量線路才能實（shí）現，這也正是超聲波（bō）流（liú）量計（jì）隻有在集成（chéng）電路技術迅速發展的前題（tí）下才能得到實際應用的原因（yīn）。 

超聲波流（liú）量計由超聲波換能器（qì）、電子線路（lù）及流量顯示和累積係統三（sān）部分組（zǔ）成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，並將（jiāng）其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大並轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀（yí）表（biǎo）進行顯示和（hé）積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示（shì）。 

超聲波流量計（jì）常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓（yā）電效（xiào）應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波（bō）振勸。超聲波以某一角（jiǎo）度射（shè）入（rù）流體中傳播，然（rán）後由接收換能器接收（shōu），並經壓電元（yuán）件變（biàn）為電能，以便檢測。發（fā）射換（huàn）能器利用（yòng）壓電元件（jiàn）的逆壓電效應，而接收換能器則是（shì）利用壓電效（xiào）應。 

超聲波流量計換能器的壓電元件（jiàn）常做成圓形薄（báo）片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動（dòng）的方向（xiàng）性。壓電元件材料（liào）多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使（shǐ）超聲波以合（hé）適的角度射入到流體中，需把元件故人（rén）聲（shēng）楔中，構成換（huàn）能器整體(又（yòu）稱探頭)。聲楔的材料不僅要（yào）求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲（shēng）楔（xiē）後能量損失小即（jí）透射係數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為（wéi）它透明（míng），可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料（liào）及膠木也（yě）可作聲楔材料。 

超聲波流量計的電子線路包括發（fā）射、接收、信號（hào）處理和顯示（shì）電（diàn）路。測得的瞬時流（liú）量和累積流量值用數字（zì）量或模擬量顯示。 

根據對信號檢測的原理（lǐ），目前（qián）超聲波流量計大致可分傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)波（bō）束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及噪聲法等類型，如圖所示。其中以噪聲法原理及結構*簡單（dān），便（biàn）於測量和攜帶，價（jià）格便宜但準確度較低，適於在流量測（cè）量準確度要求不高的場合使用。由於直接時差法、時差法、頻差（chà）法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈衝順流和逆流傳報時速度之差來反映流體的流（liú）速的，故又統稱為傳播速度（dù）差法。其中頻差法和時差法克服了聲速隨流（liú）體溫度（dù）變化帶來（lái）的誤差，準確度較高，所以被廣泛采用。按照換能器的配置方法不同，傳播速度差撥又分為：Z法(透過法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是（shì）利用超聲波束在流（liú）體中的（de）傳播方向隨流體流速變化而產（chǎn）生偏移來反映流體流速的，低流速時，靈敏（mǐn）度很低適用性不大．多普勒法是利用聲學多普（pǔ）勒原理，通（tōng）過測量不均勻流體中散射體散射的超聲波多普 

勒頻移來確定流體流量的，適用於含懸浮顆（kē）粒、氣泡等流體（tǐ）流量測量。相（xiàng）關法是利用（yòng）相關技術測量流量（liàng），原理上，此（cǐ）法的測量準確度與流體中的聲速無關（guān），因而與流體溫度，濃度等無關，因（yīn）而（ér）測量準確度高，適用（yòng）範圍廣。但相關器價格貴，線路比較複雜。在微處理機普及應（yīng）用後，這個（gè）缺點可以克服。噪聲法(聽音法（fǎ）)是利用管道內（nèi）流體流動時產生的噪聲與（yǔ）流體的流速有關的原理，通過檢測噪聲（shēng）表示流速或流量值（zhí）。其方法（fǎ）簡單，設備價格便宜，但準確度低。 

以上幾種方法各（gè）有特點，應根據被測流體性質．流速分布情況、管路安裝地點以及對（duì）測量準確度的要（yào）求等因素進行選（xuǎn）擇。一般說來（lái）由於工業生（shēng）產中工質的（de）溫度常不能保持恒定，故多采用頻差法及時差法。隻有在管徑很（hěn）大時才采用直接時差（chà）法。對換能器安裝方法的選擇原則一般是：當流（liú）體沿管軸平行流動時，選用Z法；當流動方向與管鈾不（bú）平行或管路安裝地點使（shǐ）換能器安裝間隔（gé）受（shòu）到限製時，采用V法或X法。當流（liú）場分布不均勻而表前直管段又較短時，也可采用多聲（shēng）道(例如雙聲道（dào）或四聲道)來克（kè）服流速擾動帶來的流量測量誤差。多普勒法適於（yú）測（cè）量（liàng）兩相流，可避免常規儀表由懸浮粒或氣泡造成的堵塞、磨損、附著而不能運行的弊病，因而得以迅速發展（zhǎn）。隨著工業的發展（zhǎn）及（jí）節能工作的開展，煤（méi）油混合()、煤水泥（ní）合(CWM)燃料的輸送和（hé）應用以及燃料油加水助燃等節（jiē）能方（fāng）法的發展，都為多普勒超聲波流量計應用開辟廣闊前景。