注:在上面的推導(dǎo)中,假定被測(cè)流體中懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)速度和流體的流速相同.
目前,隨著電子技術(shù)進(jìn)步,多普勒原理已廣泛應(yīng)用在人們?nèi)粘I钪?,多普勒測(cè)車速、多普勒血流等等,其科學(xué)的測(cè)量原理,越來越為人們所認(rèn)識(shí)。
在液體的流量檢測(cè)方面,多普勒流量計(jì)適合于那些含有懸浮物的液體或漿體測(cè)量。如圖1.3
。
超聲時(shí)差法流量測(cè)量原理
超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)時(shí)對(duì)超聲束(或超聲脈沖)的作用來測(cè)量體積流量的儀表。如果在現(xiàn)場配以溫度、壓力儀表,經(jīng)過密度補(bǔ)償,還可以求得質(zhì)量流量。當(dāng)超聲波在流動(dòng)的介質(zhì)中傳播的時(shí)候,相對(duì)于固定的坐標(biāo)系統(tǒng)而言(如管道中的管壁),其聲波的某些聲學(xué)特性與靜止介質(zhì)中的聲特性是不同的,在其基礎(chǔ)上又疊加上了流體的流速信息,因而根據(jù)超聲波某些聲學(xué)特性隨流速的變化就可以求出介質(zhì)的流速。

時(shí)差法
時(shí)差法就是通過測(cè)量超聲波脈沖順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差來進(jìn)行流量測(cè)量的方法,其基本原理如圖1.1所示。在被測(cè)流體介質(zhì)中,安裝在管道上的發(fā)射器T1和T2,一個(gè)順流發(fā)射超聲波,另一個(gè)逆流發(fā)射超聲波,在與發(fā)射超聲波換能器相同距離處,分別裝有兩個(gè)接收換能器R1和R2,這兩組發(fā)射器與換能器組成了兩個(gè)通道。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),兩個(gè)通道中的超聲波速度是相同的兩個(gè)接收換能器接收到的聲信號(hào)沒有任何差別。但是當(dāng)流體流動(dòng)的時(shí)候,情況就發(fā)生了變化:在順流通道T1→ T2中,由于疊加了流體的流速,超聲波在聲道上的順流聲速CTR1=c+u;同樣,在逆流通道T2→R2中,逆流聲速CTR2=c-u。其中C為聲波在靜止流體中的聲速,u為被測(cè)流體的流速。這樣,兩個(gè)接收換能器所接收到的信號(hào)之間就產(chǎn)生了與流速有關(guān)的差別。假定聲道(即發(fā)射換能器與接收換能器之間的實(shí)際距離)長度為L,則超聲波的順、逆流傳播時(shí)間分別為:


在直管段長度較短的場合,由于上流側(cè)對(duì)流動(dòng)的影響,上述的測(cè)量方式就不十分適用了。在這種情形下,有效的測(cè)量方式是增加測(cè)量線,也就是增加超聲波傳播的途徑,例如,像圖(4)所表示的,在垂直相交的二軸上測(cè)量流速,取平均值。隨著測(cè)量線數(shù)目的增加測(cè)量精度也能提高,一般認(rèn)為有四條測(cè)量線也就足夠了。也提出圖(5)所示配置多測(cè)量線的方案,但用這種方式時(shí),穿過外壁地很困難的(甚至是不可能的),安裝超聲波收發(fā)器的測(cè)量管的構(gòu)造也復(fù)雜。
二合一法
鑒于多普勒法和時(shí)差法的局限性,本公司研發(fā)出新型二合一超聲波流量計(jì),以適應(yīng)測(cè)量介質(zhì)不穩(wěn)定的場合,是一種新型全介質(zhì)流量計(jì)。目前國外發(fā)達(dá)國家也在進(jìn)行該技術(shù)的研究。
目前國內(nèi)外在市場上超聲波流量計(jì)按測(cè)量原理分為兩種,即時(shí)差法(包括頻差法、相位差法)和多普勒法。前者適合測(cè)量比較干凈的液體,后者則適合測(cè)量含有雜質(zhì)的液體。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是利用現(xiàn)代電子技術(shù)和智能化技術(shù),將上述兩種方法設(shè)計(jì)成一體化新型雙功能超聲波流量計(jì),使之既能測(cè)量凈水,也能測(cè)量臟水,大大提高了超聲波流量計(jì)的實(shí)用性。
