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超聲波流量計的測流原理及其應用

作者：時間：2013-05-18 來源：網絡

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以上各式中：d為垂直于水流方向上兩換能器之間水平投影的距離，為聲道數，S為兩聲道之間的過水斷面面積。

2.2多普勒法測量原理

多普勒法測量原理，是依據聲波中的多普勒效應，檢測其多普勒頻率差。超聲波發生器為一固定聲源，隨流體以同速度運動的固體顆粒與聲源有相對運動，該固體顆粒可把入射的超聲波反射回接收器。入射聲波與反射聲波之間的頻率差就是由于流體中固體顆粒運動而產生的聲波多普勒頻移。由于這個頻率差正比于流體流速，所以通過測量頻率差就可以求得流速，進而可以得到流體流量，如圖3。

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圖3多普勒超聲波流量計測流原理圖

當隨流體以速度v運動的顆粒流向聲波發生器時，顆粒接收到的聲波頻率f1為：

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因此，聲波接收器和發生器間的多普勒頻移Δf為：

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以上各式中：θ為聲波方向與流體流速v之間的夾角，f0為聲源的初始聲波頻率，c為聲源在介質中的傳播速度。若c>>vcosθ則

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式(11)、(12)是按單個顆粒考慮時，測得的流體流速和流量。但對于實際含有大量粒群的水流，則應對所有頻移信號進行統計處理。超聲波多普勒流量計的換能器通常采用收發一體結構，見圖4。換能器接收到的反射信號只能是發生器和接收器的兩個指向性波束重疊區域內顆粒的反射波，這個重疊區域稱為多普勒信號的信息窗。換能器所收到的信號就是由信息窗中所有流動懸浮顆粒的反射波的疊加，即信息窗內多普勒頻移為反射波疊加的平均值。

平均多普勒頻移Δ-f可以表示為：

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式中Δ-f——信息窗內所有反射粒子的多普勒頻移的平均值；
ΣNi——產生多普勒頻移Δfi的粒子數；
Δfi——任一個懸浮粒子產生的多普勒頻移。

由上可知，該流量計測得的多普勒頻移信號僅反映了信息窗區域內的流體速度，因此要求信息窗應位于管渠內接近平均流速的部位，才能使其測量值反映管渠內流體的平均流速。

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圖4多普勒信息窗示意圖

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關鍵詞： 超聲波流量計 時差法 多普勒

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