第六章超声波流量计

超声波流量计的原理及应用超声波流量计是一种利用超声波技术来测量流体流量的仪器。

它通过发送超声波脉冲，测量超声波在流体中的传播时间来确定流速，并根据流速和管道截面积计算出流量。

超声波流量计的原理是基于多普勒效应和声速传播原理，广泛应用于工业自动化、环保监测、水利水电、石油化工等领域。

超声波流量计的工作原理主要包括声速传播原理和多普勒效应两部分。

首先是声速传播原理，超声波在流体中传播的速度与流体的流速有关，当超声波沿着流体流动方向传播时，其传播速度会受到流体流速的影响。

根据声速传播原理，测量超声波在流体中传播的时间可以得到流速的信息。

其次是多普勒效应，当超声波遇到流体流动时，因为流体流速的影响导致超声波的频率发生变化，这种变化即为多普勒效应。

通过测量多普勒频移，可以得到流体的流速信息。

超声波流量计的应用范围非常广泛，包括但不限于以下几个方面：一、工业自动化领域在工业生产中，流量是一种重要的工艺参数，对流体的流量进行准确测量是保证工业生产质量的关键。

超声波流量计可以应用于水泥、化工、冶金、造纸等行业，用于测量水、蒸汽、液体或气体等的流量。

其非侵入式的测量方式保证了测量的准确性和稳定性，广泛应用于工业自动化生产中。

二、环保监测领域超声波流量计在环保监测领域也有着重要的应用。

在污水处理厂、水处理设备等环境中，需要对流体的流量进行监测和控制，以保证环境保护的需要。

超声波流量计可以应用于这些领域，通过对流体流速和流量的准确测量，实现对环保设备的高效运行和环境保护的实现。

三、水利水电领域水力发电厂、水库、水泵站等水利水电设施对水流量的监测和管理非常重要。

超声波流量计可以应用于这些领域，用于准确测量水流速和水流量，帮助实现对水资源的合理利用和水利工程的安全运行。

四、石油化工领域在石油化工领域，对流体流量的准确测量是保障生产质量和安全的重要环节。

超声波流量计可以应用于原油、天然气、炼油、化肥等领域，用于测量液体和气体的流量，并实现对生产过程的准确控制。

超声波流量计原理
超声波流量计是一种利用超声波传播特性来测量流体流量的仪器。

其原理基于多普勒效应和时间差法。

多普勒效应是指当发射器和接收器相对于被测流体运动时，接收到的超声波频率与发射时的频率之间存在差异。

如果被测流体是静止的，则接收到的频率与发射时相同。

但如果被测流体在某个方向上运动，则接收到的频率会发生变化。

通过测量频率的变化，可以确定流体的流速。

时间差法是指利用超声波在流体中传播的时间差来计算流速。

超声波在传播过程中，若流体是静止的，则发射器和接收器之间的时间差与流速无关。

但如果流体在某个方向上运动，则超声波在流体中传播的时间将会受到影响。

通过测量发射器和接收器之间的时间差，可以计算出流速。

超声波流量计通常由发射器和接收器组成。

发射器将超声波发射到流体中，接收器接收到从流体中反射回来的超声波，并进行频率或时间的测量。

根据测量结果以及流体特性的已知参数，可以计算出流体的流速和流量。

超声波流量计的组成1. 引言超声波流量计是一种常用于测量液体流速的仪器，它利用超声波的传播特性来确定流体的流速。

本文将介绍超声波流量计的组成部分，包括传感器、信号处理器和显示器等。

2. 传感器超声波流量计的传感器是测量流体流速的关键部件。

传感器通常由发射器和接收器组成。

发射器会发射超声波信号，而接收器则接收反射回来的信号。

根据多普勒效应，当超声波与流体相互作用时，其频率会发生变化。

通过测量接收到的信号频率的变化，可以确定流体的流速。

传感器的设计通常采用了特殊的材料，以确保其对流体的物理性质具有良好的适应性。

此外，传感器还需要具备高灵敏度和高稳定性，以确保测量结果的准确性和可靠性。

3. 信号处理器传感器接收到的超声波信号需要经过信号处理器进行处理，以提取出有关流体流速的信息。

信号处理器通常包括放大器、滤波器和模数转换器等。

放大器用于增强接收到的信号的幅度，以提高信号的可靠性和稳定性。

滤波器则用于去除噪声和干扰，以确保测量结果的准确性。

模数转换器将模拟信号转换为数字信号，以便后续的数字信号处理。

信号处理器还可以根据需要进行其他的信号处理操作，例如校准和校正。

这些操作可以进一步提高测量结果的准确性和可靠性。

4. 显示器显示器用于显示测量结果，通常以数字或图形的形式呈现。

显示器可以直接连接到信号处理器，以实时显示流体的流速。

一些高级的超声波流量计还可以提供其他的显示功能，例如流速曲线、报警信息等。

显示器的设计通常考虑到易读性和操作性。

它通常具有大尺寸的显示屏幕和友好的用户界面，以便用户可以方便地读取和操作测量结果。

5. 其他组成部分除了传感器、信号处理器和显示器外，超声波流量计还可能包括其他的组成部分，以满足特定的应用需求。

例如，一些超声波流量计可能还包括温度传感器，以测量流体的温度。

温度的测量可以对流速进行修正，以提高测量结果的准确性。

另外，一些超声波流量计还可能包括数据存储和通信模块，以便将测量结果保存或传输到其他设备。

超声波流量计的测量原理超声波流量计超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，近20多年发展迅速，已成为流量测量仪表中一种不可缺少的仪表。

尤其在大管径管道流量测量，含有固体颗粒的两相流的流量测量，对腐蚀性介质和易燃易爆介质的流量侧量，河流和水渠等敞开渠道的流量及非充满水管的流量测量等方面，与其他测量方法相比，具有明显的优点。

超声波流量计的测量原理超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量的。

电磁流量计超声波在流体中传播时，将载上流体流速的信息。

因此，通过接收到的超声波，就可以检测出被测流体的流速，再换算成流量，从而实现测量流量的目的。

利用超声波测量流且的方法很多。

根据对信号检测的方式，大致可分为传播速度法、多普勒法、相关法、波束偏移法等。

在工业生产测量中应用传播速度法最为普遍。

1.传播速度法根据在流动流体中超声波顺流与逆流传播速度的视差与被测流体流速有关的原理，检测出流体流速的方法，称为传播速度法。

很据具体测最参数的不同，又可分为时差法、相差法和频差法。

传播速度法的基本原理如图2.59所示。

远传式水表从两个作为发射器的超声换能器T, , T,发出两束超声波脉冲。

各自达到下、上游两个作为接收器的超声换能器R，和RZ。

设流体静止时超声波声速为C，发射器与接收器的间距为L。

则当流体速度为时，顺流的传播时间为式中，L, C均为常量，所以只要能测得时差At，就可得到流体流速。

，进而求得流最p。

这就是时差法。

时差法存在两方面间题:一是计算公式中包括有声速C，可拆卸螺翼式水表它受流体成分、沮度影响较大，从而给测量带来误差;另一是顺、逆传播时差At的数量级很小(约为10-’一10"9s),测量Lt，过去需用复杂的电子线路才能实现。

相差法是通过测量上述两超声波信号的相位差△lp来代替测量时间差6r的方法。

如图2.61，设顺流方向声波信号的相位为9).二“:;逆流方向声波信号的相位为T2 =则结合式(2.56)可得逆、顺流信号的相位差为式中。

超声波流量计原理及应用1、概述利用超声波测量流速、流量的技术不仅用于工业计量，而且在医疗、海洋观测、河流等的各种计量测试中有着广泛的应用，这里主要说明在工业计量测试中使用的超声波流量计。

超声流量计是超声检测技术的一种运用，超声检测是一种无损检测。

超声波可以穿透电磁波、光波无法穿透的物体，同时又能在两种物质（声阻抗不同的物质）交界面上反射，由于物体内部的不均匀性，使超声波衰减变弱，从而可分体内的裂纹、疏松、气泡、沙眼、夹渣、未焊透和脱层等缺陷。

所以，检测超声技术应用非常广泛。

它的突出优点是检测可靠、测定迅速、操作简便、便于在现场使用，对人体无害，对系统不改变运行状态，超声仪器可用性好，寿命长，携带方便。

在国外已成功应用于船舶、冶金、机械、石油、化工、食品、电子、航天、建筑、农林、水产及医疗等领域。

原理一般所谓超声波流量计的测量原理如图表1所示。

测量原理是多种多样的，如传播速度差法――声循环法，时间差法和多普勒法，这里对其他方法则只做简单的说明。

从古至今一直在研究利用声波测量液体和气体的流速，但直到二次世界大战为止没有太大的进展。

战后爆发的技术革新首先在美国兴起，继相位差法之后，应用声循环法（两组型）的马克森流量计于1995年首先作为航空燃料用流量计得到应用。

这刺激了利用超声波测量流量、流速技术的迅速进步，如上所述，在很多方面进行了研制，结果出现了时间差法和射束位移法等等。

以后一段时期虽然继续进行了研制，但实用的计量测试仪器并未占有牢固的地位。

进入二十世纪七十年代以后，由于IC（集成电路）技术的迅猛发展，可以使用高性能、工作非常稳定的PLL（锁相环路）回路技术，因此产生了将这种技术用于流量计的设想，结果，陆续出现了作为实用计量测试仪器的超声波流量计。

而现在，随着声循环法的发展，以PLL（锁相环路）技术为基础的超声波流量计在实际中也得到了应用。

另一方面，在苏联虽然也广泛地进行了理论研究，论述了基于流速分布的流量修正系数问题，而一般来说，包括西欧各国在内，其研究创新不如美国进行的活跃。

超声波流量计的工作原理超声波流量计是一种利用超声波技术来测量流体流速的仪器。

它主要由传感器、转换器和显示器等部分组成，通过超声波的发射和接收来实现对流体流速的测量。

超声波流量计具有测量精度高、稳定性好、无移动部件、不易受介质影响等优点，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。

超声波流量计的工作原理是基于多次超声波脉冲在流体中的传播时间差来计算流速的。

当超声波沿着流体流动方向传播时，其传播速度会受到流体速度的影响，从而导致传播时间的变化。

通过测量超声波在流体中的传播时间差，可以计算出流体的流速。

具体来说，超声波流量计主要包括以下几个步骤：首先，超声波传感器会向流体中发射一束超声波脉冲，然后接收流体中反射回来的超声波信号。

在无流动状态下，超声波的传播时间是固定的，但是当流体流动时，超声波在流体中的传播时间会发生变化。

这是因为超声波在流体中的传播速度会受到流体速度的影响，从而导致超声波的传播时间发生变化。

接着，超声波转换器会将接收到的超声波信号转换成电信号，并传输给显示器进行处理。

显示器会根据接收到的电信号计算出超声波在流体中的传播时间差，并进一步转换成流体的流速。

通过这种方式，超声波流量计可以实现对流体流速的准确测量。

需要注意的是，超声波流量计的测量精度受到多种因素的影响，如流体的密度、温度、粘度等。

因此在实际使用中，需要对流体的性质进行适当的校正，以确保测量结果的准确性。

总的来说，超声波流量计通过测量超声波在流体中的传播时间差来实现对流体流速的测量。

它具有测量精度高、稳定性好、无移动部件等优点，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。

然而，在实际使用中需要注意对流体性质的校正，以确保测量结果的准确性。

超声波明渠流量计使用手册目录第一章 总论功能说明 规格说明 第二章 安装与接线 仪表尺寸 仪表安装接线第三章 按键及显示界面主界面按键第四章 参数界面及说明 第五章 历史流量查询 第六章 简要安装调试步骤第七章 量水堰槽构造及安装的技术参考 附录一 水槽代码表及巴歇尔槽构造尺寸 附录二 巴歇尔槽水位-流量公式 附录三 附485通讯说明深圳市云传物联技术有限公司第一章总论功能说明1.组成仪表由主机（控制器）与传感器两部分组成,主机与传感器之间由5芯屏蔽电缆连接。

2.字幕（显示屏内容）显示选槽信息显示时间显示累计流量显示瞬时流量显示液位或距离显示继电器状态显示瞬时流量柱状比列图3.密码保护保护仪表内部参数不被随意修改。

4．校准方法液位校准方法：传感器底部到0液位距离设定。

5．类比输出（电流输出）提供一组4-20mA输出（0-20mA需预订）,16位高精度D/A，可达750欧负载。

4mA和20mA电流点由用户根据需求自行设定。

6.继电器输出控制器由4个继电器输出。

(1)脉冲输出继电器(K1)：累计值达到脉冲流量累计值，闭合1次（50ms）(2)高报警继电器(K2)(3)低报警继电器（K3）(4)备用继电器（K4）：需要时按客户要求设计。

7.通讯RS485接口8.历史记录历史小时流量记录128条历史日流量记录64条历史月流量记录32条历史年流量记录4条规格说明1. 流量范围：0升/秒～100米3/秒 （由配用的量水堰槽的种类、规格确定）2. 累计流量：12位十进制数，累满后自动回零3. 流量精度：3％4. 测距范围：3米5. 测距精度：0.25％6. 液位分辩：1毫米7. 工作环境温度：-20～70℃8. 仪表防护等级：仪表显示部分：IP65；探头部分：IP679. 供电电源：交流供电 220V或DC24V（按接线座标注）10. 4～20mA电流输出：(对应瞬时流量)最大负载电阻：750Ω11. RS485接口（附485通讯说明）12. 继电器输出: 4路继电器输出脉冲输出继电器(K1)：累计值达到脉冲流量累计值，闭合1次（50ms）高报警继电器(K2)低报警继电器（K3）备用继电器（K4）：需要时按客户要求设计。

超声波流量计求流速公式
一、超声波流量计的测量原理
超声波流量计是一种非接触式流量计。

工作原理是：超声波在流体中传播时其传播速度要受到流体流速的影响，通过测量超声波在流体中传播速度可以检测出流体的流速而换算出流量来。

以使用最广泛的时差法超声波流量计为例，当超声波在流体中传播时顺流方向超声波的传播速度会增大、逆流方向则减小，即同一传播距离就有不同的传播时间，再利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速而换算出流量。

即当超声波束在管道内水介质流动方向上的“上游传感器”与“下流传感器”之间传播时，水的流动会使超声波束的传播时间相对于静态传播产生一个微小变化，并且这个传播时间的变化与水的流速成正比，这就是时差式超声波流量计的测量原理。

其关系的理论表达式如下式：
V=MD/sin2θ×△T/TupTdown式中，M—为超声波束在水中的直线传播次数
θ—为超声波束与水流动方向的夹角
Tup—为超声波束在正方向上的传播时间(由上游传感器到下游传感器间的传播时间)
Tdown—为超声波束在逆方向上的传播时间(由下游传感器到上游传感器间的传播时间)
△T= Tup—Tdown。

一、超声波流量计工作原理: 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。

因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。

超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。

当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。

如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。

这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。

这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。

起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种。

根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。

其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。

由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。

其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。

按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。

相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。

杭州美仪自动化有限公司杭州美仪自动化有限公司第6版超声波流量计使用说明书U-SUP-1158-J-JHCN6前言●感谢您购买本公司产品。

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注意●因本产品的性能和功能不断改进，本手册内容如有更改，恕不另行通知。

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版本U-SUP-1158-J-JHCN6 第六版2021年1月安全注意事项为了安全使用本产品，操作时请务必遵守此处描述的安全注意事项。

关于本手册●请将本手册交于操作者阅读。

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本产品保护、安全及改造相关注意事项●为了确保安全使用本仪表以及由其控制的系统，操作时请务必遵守本手册中所述说明和注意事项。

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