我們?cè)敿?xì)解析超聲波流量計(jì)的工作原理及其主要工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。

一、超聲波流量計(jì)工作原理詳解

超聲波流量計(jì)的核心原理是：利用超聲波在流動(dòng)流體中傳播的特性來(lái)測(cè)量流速，再結(jié)合管道截面積計(jì)算出體積流量。

其主要工作原理分為兩種：時(shí)差法 和 多普勒法。這兩種方法決定了其適用的場(chǎng)景。

1. 時(shí)差法超聲波流量計(jì)

這是最常用、精度較高的一種原理，尤其適用于潔凈流體。

工作原理：
在管道兩側(cè)斜向安裝一對(duì)超聲波換能器（A和B），它們既是發(fā)射器也是接收器。

• 順流傳播： 換能器A向換能器B發(fā)射超聲波。超聲波傳播方向與流體方向相同，其速度會(huì) 加快。傳播時(shí)間 tdowntdown? 較短。

• 逆流傳播： 換能器B向換能器A發(fā)射超聲波。超聲波傳播方向與流體方向相反，其速度會(huì) 減慢。傳播時(shí)間 tuptup? 較長(zhǎng)。

關(guān)鍵計(jì)算：
流量計(jì)內(nèi)部的微處理器會(huì)精確測(cè)量這個(gè)時(shí)間差 Δt=tup−tdownΔt=tup?−tdown?。流體的流速 VV 與時(shí)間差 ΔtΔt 成正比。流速越快，時(shí)間差就越大。

體積流量 = 流速 VV × 管道橫截面積

技術(shù)特點(diǎn)：

• 優(yōu)點(diǎn)： 精度高（可達(dá)±0.5%甚至更高），無(wú)活動(dòng)部件，無(wú)壓損。

• 缺點(diǎn)： 對(duì)流體中的氣泡、固體顆粒非常敏感，會(huì)散射或衰減超聲波信號(hào)，影響測(cè)量。

• 為提升精度，在大管徑或流場(chǎng)復(fù)雜的情況下，會(huì)采用多聲道（如雙聲道、四聲道）測(cè)量，以計(jì)算平均流速，補(bǔ)償流速分布不均的影響。

2. 多普勒法超聲波流量計(jì)

這種方法適用于含有大量懸浮顆?；驓馀莸牧黧w。

工作原理：
在管道一側(cè)安裝一個(gè)超聲波換能器，它持續(xù)向流體中發(fā)射固定頻率的超聲波。

• 當(dāng)流體中存在懸浮顆粒、氣泡或其它不連續(xù)體時(shí)，超聲波會(huì)被這些“反射體”反射回去。

• 根據(jù)多普勒效應(yīng)，當(dāng)反射體相對(duì)于換能器運(yùn)動(dòng)時(shí)，反射回來(lái)的超聲波頻率會(huì)發(fā)生偏移（頻移）。

• 換能器接收到的反射波頻率與發(fā)射波頻率之間存在一個(gè)頻率差，即“多普勒頻移”。

關(guān)鍵計(jì)算：
這個(gè)多普勒頻移的大小與流體中反射體的移動(dòng)速度（即流體的流速）成正比。通過(guò)測(cè)量頻移，即可計(jì)算出流速，進(jìn)而得到流量。

技術(shù)特點(diǎn)：

• 優(yōu)點(diǎn)： 非常適合測(cè)量臟污、含有雜質(zhì)的流體，如污水、泥漿等。

• 缺點(diǎn)： 精度相對(duì)較低（通常為±1%~±5%），其測(cè)量精度依賴于流體中反射體的數(shù)量和大小。如果流體過(guò)于潔凈，將無(wú)法測(cè)量。

二、主要工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)其工作原理，超聲波流量計(jì)在以下場(chǎng)景中表現(xiàn)出色：

時(shí)差法超聲波流量計(jì)的典型應(yīng)用：

1. 潔凈液體與氣體測(cè)量：

   • 水和污水處理： 原水、飲用水、循環(huán)冷卻水的計(jì)量與監(jiān)控。

   • 石油化工： 測(cè)量輕質(zhì)油品（如汽油、柴油）、液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）以及各種潔凈的化學(xué)溶劑。

   • 電力工業(yè)： 測(cè)量鍋爐給水、蒸汽冷凝水等。

   • 食品與制藥： 測(cè)量純水、牛奶、果汁、酒類等衛(wèi)生要求高的介質(zhì)。

2. 大管徑流量測(cè)量：

   • 這是超聲波流量計(jì)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。在城市的供水主干管、電廠循環(huán)水、江河引水等DN500以上的大管道中，安裝電磁流量計(jì)成本極高，而夾鉗式超聲波流量計(jì)安裝簡(jiǎn)便，成本優(yōu)勢(shì)巨大。

3. 能源管理與流量核查：

   • 由于其便攜性和非侵入式安裝，常用于工廠的能源審計(jì)、查找管道泄漏、校驗(yàn)已安裝的其他流量計(jì)（如電磁流量計(jì)）是否準(zhǔn)確。

多普勒法超聲波流量計(jì)的典型應(yīng)用：

1. 兩相流與不潔凈流體：

   • 污水處理： 測(cè)量未經(jīng)處理的原污水、回流污泥、濃縮污泥等。

   • 礦業(yè)與冶金： 測(cè)量礦漿、煤粉漿、浮選藥劑等。

   • 造紙行業(yè)： 測(cè)量紙漿。

   • 化工行業(yè)： 測(cè)量含有固體顆粒的化學(xué)反應(yīng)液。

總結(jié)與選型要點(diǎn)

結(jié)論： 選擇哪種超聲波流量計(jì)，首要判斷依據(jù)就是流體的潔凈程度和所含雜質(zhì)情況。時(shí)差法追求高精度，多普勒法則解決“臟”介質(zhì)的可測(cè)性問(wèn)題。如想了解更多流量計(jì)相關(guān)信息或者流量計(jì)選型，可咨詢艾絲特流量計(jì)廠家技術(shù)客服：180 1926 2426（微信同號(hào)）獲取幫助。