封閉管道用USF按測量原理分類有:①傳播時間法;②多普勒效應法;③波束偏移法;④相關法;⑤噪聲法。本文將討論用得zui多的傳播時間法和多普勒效應法的儀表。
傳播時間法
聲波在流體中傳播,順流方向聲波傳播速度會增大,逆流方向則減小,同一傳播距離就有不同的傳播時間。利用傳播速度之差與被測流體流速之關系求取流速,稱之傳播時間法。按測量具體參數不同,分為時差法、相位差法和頻差法。現以時差法闡明工作原理。
(1) 流速方程式
如圖1所示,超聲波逆流從換能器1送到換能器2的傳播速度c被流體流速Vm所減慢,反之,超聲波順流從換能器2傳送到換能器1的傳播速度則被流體流速加快。 從中可以看出,相位差法本質上和時差法是相同的,而頻率與時間有時互為倒數關系,三種方法沒有本質上的差別。目前相位差法已不采用,頻差法的儀表也不多。
(2) 流量方程式
傳播時間法所測量和計算的流速是聲道上的線平均流速,而計算流量所需是流通橫截面的面平均流速,二者的數值是不同的,其差異取決于流速分布狀況。因此,必須用一定的方法對流速分布進行補償。此外,對于夾裝式換能器儀表,還必須對折射角受溫度變化進行補償,才能的測得流量。