超声波流量计的原理、结构及主要市场参与者

一、超声波流量计的演进及基本原理

关于超声波流量计的历史，普遍的共识是，20世纪50年代科学家们已经开始了超声波流量计技术的探索；1959年，日本科学家Shigeo Satomura已经在尝试用超声波技术来做血液流量的分析。东京计器株式会社（Tokyo Keiki）在1963年开发了世界上早的一般工业用＂UF-100＂超声波流量计。而近的20年里，超声波技术取得了突飞猛进的发展。

多普勒和时差法是超声波流量计应用广的两种原理。

1.1多普勒法

多普勒法基于多普勒效应，多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家多普勒(Doppler)而命名的，他于1842年提出了这一理论。

多普勒效应阐释了因波源与观察者互相靠近或互相远离时，观察者接收到的波的频率发生变化的现象（频率是由声源决定的，实际频率并未变化）。

多普勒超声波流量计就是通过测量声波频率的变化，进而测量流体流速，完成流量测量的。

v = c (fr - ft) / (2 ft cosΦ) (1)

在这里，

fr =接收频率

ft =发射频率

v =流体流速

Φ=超声波波束与流体流向的夹角

c =流体中的声速

需要注意的是，多普勒超声波流量计适用的流体中有一些反射颗粒或者气泡。因此他可用于其他流量计不工作的地方。比如液体浆料、充气（含大量气泡）液体或有悬浮固体的液体。

但这种方法不适用于洁净的流体。

多普勒流量计的性能高度依赖于流体的物理特性，如声波电导率、颗粒密度和流动特性等。

管道横截面中颗粒分布的不均匀性可能导致计算的平均速度不正确。流量计的精度对速度剖面变化和测量段中声反射器的分布很敏感。

与其他声学流量计不同，多普勒流量计会受到液体声速变化的影响。因此，该仪表对密度和温度的变化也很敏感。这些问题使得多普勒流量计不适合于的测量应用。

1.2时差法

时差原理可以用河上的船来说明。如果两艘船在同一条线上斜向穿过一条河，一艘船朝着水流的方向（流动），另一艘船逆着水流方向行驶，那么朝着水流方向前进的船到达另一条河岸所需的时间要比逆着水流前进的船短得多。超声波在工艺管道中的表现也是如此。声波在流体流动方向上的传播速度比逆着流体流动传播的声波快得多。

流体的流速可以通过如下计算得出：

v = [(t2 - t1) / (t2 t1)] (l / 2cosΦ) (2)

同样的，

v = 流体流速 (m/s)

t1 =传输时间 – 顺流 (s)

t2 =传输时间 – 逆流 (s)

l = 传感器间的距离 (m)

Φ = 超声波波束与流体流向的夹角

相较于多普勒超声波流量计，时差法流量计有这更为广泛的应用；他适用于洁净（少颗粒、气泡等）的流体，无论是气体还是液体；即使针对浆液，或者颗粒均匀的流体，时差法也是胜任的。而且精度要远多普勒法。

如下几点是需要留意的，对于速度型流量计而言，流体的流态与流速的分布是密切相关的；

那么如何提和稳定性呢？目前普遍采用的是多声道的方式。

另外流体中的“过量的”气泡、固体颗粒等会造成声波的反射，高粘度的流体则会造成声波的衰减，这些都会给流量的稳定准确测量造成不利影响（不同品牌都有相应的阈值，可咨询厂家，选择相应的传感器或者测量原理）。

未完待续。