超聲波流量計基本原理

超聲波流量計基本原理
超聲波流量計的基本原理及類型超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量。
根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。起聲波流量計是近十幾年來隨著集成電路技術迅速發展才開始應用的一種非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體以及大管徑流量。它與水位計聯動可進行敞開水流的流量測量。使用超聲波流量比不用在流體中安裝測量元件故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力，儀表的安裝及檢修均可不影響生產管線運行因而是一種理想的節能型流量計。
工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，這是因為一般流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不僅這些缺點，超聲波流量計均可避免。因為各類超聲波流量計均可管外安裝、非接觸測流，儀表造價基本上與被測管道口徑大小無關，而其它類型的流量計隨著口徑增加，造價大幅度增加，故口徑越大超聲波流量計比相同功能其它類型流量計的功能價格比越優越。被認為是較好的大管徑流量測量儀表，多普勒法超聲波流量計可測雙相介質的流量，故可用于下水道及排污水等臟污流的測量。在發電廠中。
流體特性
流體類型流體分為液體、氣體、蒸汽。有些傳感器（如電磁式）不能測氣體；插入熱式則不能測液體。
溫度、壓力、密度它們是選擇傳感器提供的重要參數，特別是在工況下的參數，對于氣體流量還應了解其體積流量是工作狀態，還是標準狀態。
粘性液體粘性相差較大會影響選型，如粘性大的液體宜用容積式流量傳感器，而不宜選用渦輪、浮子、渦街等流量傳感器。
腐蝕、結垢、臟污對于這類流體，不宜選用有轉動件及有檢測件的傳感器。即使對于超聲、電磁式流量傳感器，也會因腐蝕管道帶來誤差。如口徑50MM，結垢0.5～1MM，將帶來0.5～1%的誤差。
特殊參數某些流體參數會影響傳感器的工作，如壓縮性系數影響差壓式；比熱及熱傳導系數影響熱式；電導率影響電磁；聲速影響超聲。
單相、多相相是指在一個系統中具有相同的物理、化學性質的物質，不同的相有較明顯的界面，通常工業中大多為單相，隨著工業的發展出現了多相流（氣固、氣液、液固或氣固液）等的流量測量問題。
流動的狀態
與許多物理參數（如壓力、溫度、物位、成分）不同的是，流量必須以流體流動為前提，沒有流動就不存在流量。
滿管、非滿管一般流體均應充滿管道，但當液體流量較小，管道又處于水平時，則可能出現非滿管流動，已有非滿管流量傳感器。
技術參數
總量、流量總量（單位為M3或KG），多用于貿易核算，準確度居于首位。流量（瞬時量單位為M3/H，KG/H），多用于流程工業，是控制系統的信息源頭，重復性是首位。
連續，開關一般流量傳感器的輸出為連續量，而開關量可用于簡單的二位式控制或設備保護，要求可靠性良好。
準確度準確度不僅取決傳感器本身，還取決于校驗系統，是外加特性。要說明在什么流量范圍內的準確度，如果用于控制系統，還應考慮與整個系統準確度相匹配。注意：廠家注明的誤差是%FS（上限）；還是%RD（測值）。
重復性重復性是指環境條件介質參數不變時，對某一流量值多次測量的一致性，是傳感器本身的特征。在流程工業控制系統中，重復性往往比準確度還重要。不少廠家把重復性誤導為準確度，準確度應包括重復性與標定裝置的流量不確定度。
量程比在一定準確度范圍內，最大與最小流量之比。差壓式流量傳感器，從傳感器本身可以有較大量程比，但受二次表制約，一般只有3：1。
壓力損失流量傳感器（除電磁、超聲）都有檢測件（如孔板、渦輪等），以及強制改變流向（如彎頭、科氏）都將產生不可恢復壓力損失，它將額外增加輸送的動力，才能維持正常運，有些數額很大，在提倡節能的今天應引起重視。
輸出信號一般為標準的模擬信號（0～10V，4～20MA等）已不能適應系統發展要求。通訊要求數字信號，ROSEMOUNT推出了HART協議，RS232/RS485轉換器，RS232限于2KM以內，RS485可達10KM。
響應時間輸出信號隨流量參數變化反應的時間，對控制系統來說，越短越好；對脈動流，則希望有較慢的輸出響應。
綜合性能傳感器的性能指標是相互制約的，如樣本中壓力上限為2MPA；溫度為250℃，口徑為1M；則當口徑為1M時，壓力可能只能為1.5MPA，溫度只能是200℃，不可能同為極限值。