時(shí)差法超聲波流量計(jì)(Transit Time Ultrasonic Flowmeter)其工作原理如圖1所示。他是利用一對(duì)超聲波換能器相向交替(或同時(shí))收發(fā)超聲波,通過(guò)觀測(cè)超聲波在介質(zhì)中的順溜和逆流傳播時(shí)間差來(lái)間接測(cè)量流體的流速,在通過(guò)流速來(lái)計(jì)算流量的一種間接測(cè)量方法。
圖1中有兩個(gè)超聲波換能器:順流換能器和逆流換能器,兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側(cè)并相距一定距離,管線的內(nèi)直徑為D,超聲波行走的路徑長(zhǎng)度為L(zhǎng),超聲波順流速度為tu,逆流速度為td,超聲波的傳播方向與流體的流動(dòng)方向加角為θ。由于流體流動(dòng)的原因,是超聲波順流傳播L長(zhǎng)度的距離所用的時(shí)間比逆流傳播所用的時(shí)間短,其時(shí)間差可用下式表示:
其中:c是超聲波在非流動(dòng)介質(zhì)中的聲速,V是流體介質(zhì)的流動(dòng)速度,tu和td之間的差為
式中X是兩個(gè)換能器在管線方向上的間距。
為了簡(jiǎn)化,我們假設(shè),流體的流速和超聲波在介質(zhì)中的速度相比是個(gè)小量。即:
上式可簡(jiǎn)化為:
也就是流體的流速為:
由此可見(jiàn),流體的流速與超聲波順流和逆流傳播的時(shí)間差成正比。
流量Q可以表示為:
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