超声测量原理

    超声流量计是通过检测流体流动时对超声束（或超声脉冲）的作用来测量体积流量的仪表。如果在现场配以温度、压力仪表，经过密度补偿，还可以求得质量流量。当超声波在流动的介质中传播的时候，相对于固定的坐标系统而言（如管道中的管壁），其声波的某些声学特性与静止介质中的声特性是不同的，在其基础上又叠加上了流体的流速信息，因而根据超声波某些声学特性随流速的变化就可以求出介质的流速。

         时差法就是通过测量超声波脉冲顺流传播和逆流传播的时间差来进行流量测量的方法，其基本原理如图1.1所示。在被测流体介质中，安装在管道上的发射器T1和T2，一个顺流发射超声波，另一个逆流发射超声波，在与发射超声波换能器相同距离处，分别装有两个接收换能器R1和R2，这两组发射器与换能器组成了两个通道。当被测介质处于静止状态时，两个通道中的超声波速度是相同的两个接收换能器接收到的声信号没有任何差别。但是当流体流动的时候，情况就发生了变化：在顺流通道T1→ T2中，由于叠加了流体的流速，超声波在声道上的顺流声速CTR1=c+u;同样，在逆流通道T2→R2中，逆流声速CTR2＝c-u。其中C为声波在静止流体中的声速，u为被测流体的流速。这样，两个接收换能器所接收到的信号之间就产生了与流速有关的差别。假定声道（即发射换能器与接收换能器之间的实际距离）长度为L，则超声波的顺、逆流传播时间分别为：  

　　在直管段长度较短的场合，由于上流侧对流动的影响，上述的测量方式就不十分适用了。在这种情形下，有效的测量方式是增加测量线，也就是增加超声波传播的途径，例如，像图（4）所表示的，在垂直相交的二轴上测量流速，取平均值。随着测量线数目的增加测量精度也能提高，一般认为有四条测量线也就足够了。也提出图（5）所示配置多测量线的方案，但用这种方式时，穿过外壁地很困难的（甚至是不可能的），安装超声波收发器的测量管的构造也复杂。