有许多类型的过程流量计。科里奥利质量流量计；容积式流量计，例如涡轮流量计；和体积流量计，如超声波流量计，仅举几例。
事实上，至少有十八种不同类型的流量计。你可能会问，为什么有这么多不同的类型？每种类型的流量计都根据不同的物理、机械和电气原理工作。
在本文中，我们将探讨超声波流量计的工作原理。我们将演示如何使用简单的物理属性声音来测量在管道中移动的流体的流速。
什么是超声波流量计？
超声波流量计测量流体的体积流量，即每单位时间（如分钟）的加仑或升数。
超声波流量测量的基本原理
我们将展示超声波流量计需要使用和理解一些基本的物理、机械和电气原理，这些原理使超声波流量计能够在广泛的流量条件下准确测量流量。
1) 物理原理
当流体流经管道时，它以受温度、压力、流体粘度和管道尺寸等许多因素影响的速度沿一个方向流动。
管道中某点上游和该点下游的压差越高，流速越高。
增加温度通常会导致流量增加，所有其他因素保持不变。
一些流体是透明的，一些含有颗粒或气泡。一些流体非常粘稠，如重油，并且不像水等粘度较低的流体那样容易流动。
2) 机械原理
基于通过流体的振动传输声波在流体中移动。
流动流体的分子之间的这些机械振动传递给相邻的分子，从而将波传递给那些相邻的分子。
听到汽车喇叭是因为快速振动的 隔膜通过空气（在这种情况下是传输流体）传输高频波。
我们能够听到声音，因为振动频率在可听范围内，大约 20 赫兹到 20,000 赫兹。
以振动频率运行的超声波流量计超出了可听范围，即 25 kHz 或更高。这些更高的频率允许更准确的测量以及不会在可听范围内产生声音。
3) 电气原理
超声波流量计是如何产生这些声波的？答案是快速振动的压电晶体。当施加电流时，这些特殊的陶瓷晶体会变形。
通过快速改变电信号，晶体将向一个方向变形，然后向另一个方向变形，从而产生高频波。
超声波流量计动力学
因此，我们将把这三个原则放在一起。超声波流量计由至少一对传感器和换能器组成。该对中的每个成员都可以充当发送器和接收器。
传输模式
在发射模式下，振荡电流在压电晶体中产生振动，并通过流动的流体发送超声波。
接收模式
当处于接收模式时，通过流体的超声波在压电晶体中产生振动，并产生电脉冲。
超声波从发射元件传递到接收元件所需的时间取决于几个因素。
如果两个元件沿管道放置在稍微不同的位置，则流体速度将影响信号到达接收元件所需的时间。
在停滞的 流体中，振动在可测量的时间内从发射器传递到接收器。在相反方向产生的超声波脉冲应该花费相同的时间。测量环境是恒定的。
但是，由于超声波具有机械特性，因此从发射器移动到接收器所需的时间会受到流体 速度的影响。
从上游元件到下游元件的脉冲或随流传播的脉冲比沿相反方向返回或逆流返回的脉冲花费更少的时间来完成行程。
将此视为在顺流和逆流的两点之间游动所需的时间。
两个脉冲之间的飞行时间差与流速成正比。
由于体积流量等于速度乘以管道的横截面积，管道固定在流量计上，因此该测量得出流量。这种类型的超声波流量计被恰当地命名为飞行时间 流量计。
超声波流量计设计注意事项
为了消除管道中流量分布的差异，添加了额外的传感器对以确保准确测量。
每对发射器和接收器形成所谓的和弦。每个弦被放置以在管道圆周的不同位置提供测量。
传感器安装在飞行时间超声波流量计中的方式有很多种。声波脉冲可以直接从发射器传播到接收器，也可以使用管壁反射声波。
传感器可以是润湿的，或者内置在流量计的壁中，这样传感器就可以接触流体。或者传感器可以绑在管道外部，传感器不接触流体。
非接触式传感器不太准确，因为声波必须穿过管壁和流体，管壁可能会吸收一些脉冲信号。
另一种超声波流量计使用多普勒效应来测量流量。在这种方法中，气泡或夹带的粒子用于将声波从发射器反射到接收器。
与火车远离观察者时火车鸣笛的下降音调或频率一样，在接收器处观察到的频率变化可用于确定流量。
超声波流量计用在什么地方？
既然我们已经演示了超声波流量计的工作原理，您可能会问，这些流量计在哪里使用？
超声波流量计是天然气管道等高压、大流量应用的绝佳选择。
对于这些应用，飞行时间计与四个或更多和弦一起使用以确保准确性。
市政供水和下水道系统通常使用外部安装的超声波流量计来测量流量，因为安装流量计不需要穿入管道。
此外，在某些情况下，飞行时间和多普勒可在同一流量计设计中用于处理流体，这可能会随着时间的推移而改变成分。
当检测到颗粒或沉积物时，仪表可以从飞行时间模式更改为多普勒模式，以保持流量测量精度。
概括
本文概述了超声波流量测量的工作原理。
超声波流量计用途极其广泛，对于某些流体流，例如天然气管道和城市水系统流量，超声波是最佳选择。
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