时差法超声流量计

原理

　　时差法实际上是将超声波传播速度和液体流速进行矢量叠加为基础的。可简单比喻为在河流上渡船摆渡的过程。虽然顺流和逆流时渡船自身的速度是一样的，但由于受水流速度的影响，顺流时渡船到达对岸所需的时间要比逆流的少，如图所示。流速越大，顺流的速度越快，而逆流所需的时间越长。顺流和逆流的时间差与流速成正比。

构成

　　时差法超声流量计是由超声流量换能器和控制器（变送器）构成，种类和规格颇多。口径范围25~15000mm，甚至更大；准确度0.15% ~2 %（因厂家和型号而有所不同）。

　　（1）换能器时差法所采用的换能器安装、固定形式颇多，习惯上可以分为便携式和固定式，如表。表中所列为各种换能器使用的方式。用何种方式由现场条件和要求而定，追求准确度应选择多声道标准管段型。超声换能器使用的工作频率1~2MHz者居多。

　　（2）控制器（变送器）时差法超声流量计控制器的硬件构成。它由CPU和控制单元、发射单元、接收单元、键盘和显示单元组成。

　　CPU系统是中央控制单元和数据处理单元在软件支持下控制工作程序，并进行数据处理，完成各种运算、补偿、定标等。其还能进行在线自诊断，用来检查故障的部位。发射电路的单元主要是有一个平衡电容放电电路，高速可控硅作为充电元件，控制发射功率和脉宽。所产生的高压发射讯问经切换电路的开关传给指定的换能器。发射的周期和脉宽视管径大小而异，周期为10ms左右，脉冲越窄越好，发射电压达数百伏。

　　当对面的换能器收到声脉冲信号以后，经切换电路的开关，就进入了接收单元。信号首先被前置放大器放大后，通过一个中心频率为1MHz、带宽为数十千赫兹的带通滤波器，再次被可调增益放大器放大后，进入检波器。检波器实际上是一种比较器，将训于一定幅度的电压信号转化为数字脉冲信号，作为计时的停止指令，随后进行逆向声传播间测量。这一过程不断地交替进行。

特点

　　对于小管径时差测量比较困难。目前可测的最小管径为Φ25mm、采用V型或W形声道以扩大声程长度，增加顺逆向声传播时间。对于Z型声道一般用于Φ50mm以上管道。

　　用途比较广泛，适用于各种液体和不同管径。除管道外，还可用于渠道、河流等的流速、流量的测量。

　　时差法较适于测量纯净液体。有较多气泡的液体或悬浮物会阻碍声脉冲正常传播，导致不能正常测量。

　　超声换能器表面若附着污物，会影响正常测量，严重时无法进行测量。

　　多声道流量计测量准确度较高，不低于0.5级。对直管段的要求不大于前5D 后2D。

　　多声道流量计具有大量程范围1︰100以上，可测流速范围在0.02m/s－20m/s。

　　多声道流量计测量低流速在0.05m/s准确度可达到0.3%（DN300以上 ）。

安装

　　1.安装位置上游有缩经、扩经、弯头、T字三通、阀门、泵时，根据流量计的具体性能参数要保留足够的直管段。

　　2.流量计尽可能水平或垂直安装为佳；管内必须充满液体。

　　3.对于外夹式的换能器，应特别注意安装尺寸要准确，声耦合要好；插入式换能器和内置式换能器的每对换能器之间应相互对准；声程应精确测量。

　　4.管内径尺寸应精确测量。