超聲波流量計(jì)測量流體的體積流量，即每單位時(shí)間（如分鐘）的加侖或升數(shù)。 現(xiàn)在我們將展示超聲波流量計(jì)需要使用和理解一些基本的物理、機(jī)械和電氣原理，這些原理使超聲波流量計(jì)能夠在廣泛的流量條件下準(zhǔn)確測量流量。
1) 物理原理
當(dāng)流體流經(jīng)管道時(shí)，它以受溫度、壓力、流體粘度和管道尺寸等許多因素影響的速度沿一個(gè)方向流動(dòng)。 管道中某點(diǎn)上游和該點(diǎn)下游的壓差越高，流速越高。 增加溫度通常會(huì)導(dǎo)致流量增加，所有其他因素保持不變。 一些流體是透明的，一些含有顆?；驓馀?。一些流體非常粘稠，如重油，并且不像水等粘度較低的流體那樣容易流動(dòng)。
2) 機(jī)械原理
基于通過流體的振動(dòng)傳輸聲波在流體中移動(dòng)。 流動(dòng)流體的分子之間的這些機(jī)械振動(dòng)傳遞給相鄰的分子，從而將波傳遞給那些相鄰的分子。 聽到汽車?yán)仁且驗(yàn)榭焖僬駝?dòng)的 隔膜通過空氣（在這種情況下是傳輸流體）傳輸高頻波。 我們能夠聽到聲音，因?yàn)檎駝?dòng)頻率在可聽范圍內(nèi)，大約 20 赫茲到 20,000 赫茲。 以振動(dòng)頻率運(yùn)行的超聲波流量計(jì)超出了可聽范圍，即 25 kHz 或更高。這些更高的頻率允許更準(zhǔn)確的測量以及不會(huì)在可聽范圍內(nèi)產(chǎn)生聲音。
3) 電氣原理
超聲波流量計(jì)是如何產(chǎn)生這些聲波的？答案是快速振動(dòng)的壓電晶體。當(dāng)施加電流時(shí)，這些特殊的陶瓷晶體會(huì)變形。 通過快速改變電信號(hào)，晶體將向一個(gè)方向變形，然后向另一個(gè)方向變形，從而產(chǎn)生高頻波。
超聲波流量計(jì)動(dòng)力學(xué) 因此，我們將把這三個(gè)原則放在一起。超聲波流量計(jì)由至少一對(duì)傳感器和換能器組成。該對(duì)中的每個(gè)成員都可以充當(dāng)發(fā)送器和接收器。 傳輸模式 在發(fā)射模式下，振蕩電流在壓電晶體中產(chǎn)生振動(dòng)，并通過流動(dòng)的流體發(fā)送超聲波。 接收模式 當(dāng)處于接收模式時(shí)，通過流體的超聲波在壓電晶體中產(chǎn)生振動(dòng)，并產(chǎn)生電脈沖。 超聲波從發(fā)射元件傳遞到接收元件所需的時(shí)間取決于幾個(gè)因素。 如果兩個(gè)元件沿管道放置在稍微不同的位置，則流體速度將影響信號(hào)到達(dá)接收元件所需的時(shí)間。 在停滯的 流體中，振動(dòng)在可測量的時(shí)間內(nèi)從發(fā)射器傳遞到接收器。在相反方向產(chǎn)生的超聲波脈沖應(yīng)該花費(fèi)相同的時(shí)間。測量環(huán)境是恒定的。 但是，由于超聲波具有機(jī)械特性，因此從發(fā)射器移動(dòng)到接收器所需的時(shí)間會(huì)受到流體 速度的影響。 從上游元件到下游元件的脈沖或隨流傳播的脈沖比沿相反方向返回或逆流返回的脈沖花費(fèi)更少的時(shí)間來完成行程。 將此視為在順流和逆流的兩點(diǎn)之間游動(dòng)所需的時(shí)間。 兩個(gè)脈沖之間的飛行時(shí)間差與流速成正比。 由于體積流量等于速度乘以管道的橫截面積，管道固定在流量計(jì)上，因此該測量得出流量。這種類型的超聲波流量計(jì)被恰當(dāng)?shù)孛麨闀r(shí)差式超聲波流量計(jì)。
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