超聲波明渠流量計(jì)的類型及原理
發(fā)布時(shí)間：2014.02.28 新聞來(lái)源：超聲波流量計(jì)_超聲波明渠流量計(jì)_多普勒流速儀-南京卓瑪機(jī)電有限公司 瀏覽次數(shù)：
按測(cè)量原理分類
(1)力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
(2)電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。
(3)聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測(cè)量的有超聲波式．聲學(xué)式(沖擊波式)等。
(4)熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測(cè)量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。
(5)光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。
(6)原于物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表．
(7)其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。
按流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理分類
按當(dāng)前流量計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：
1．容積式流量計(jì)
容積式流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對(duì)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計(jì)的原理比較簡(jiǎn)單，適于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測(cè)量液體流量的橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì))、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計(jì)；適于測(cè)量氣體流量的伺服式容積流量計(jì)、皮膜式和轉(zhuǎn)簡(jiǎn)流量計(jì)等．
2．葉輪式流量計(jì)
葉輪式流量計(jì)的工作原理是將葉輪置于被測(cè)流體中，受流體流動(dòng)的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來(lái)反映流量的大小。典型的葉輪式流量計(jì)是水表和渦輪流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)可以是機(jī)械傳動(dòng)輸出式或電脈沖輸出式。一般機(jī)械式傳動(dòng)輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)，并標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。電脈沖信號(hào)輸出的渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0．2%一0．5%。
3．差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì))
差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測(cè)量元件，它安裝在被測(cè)流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示．差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表．差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開(kāi)平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國(guó)一般都用在比較重要的場(chǎng)合，約占各種流量測(cè)量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計(jì)、楔形流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)、平均皮托管
4．變面積式流量計(jì)(等壓降式流量計(jì))
放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動(dòng)的流體的作用力而移動(dòng)。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時(shí)，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計(jì)的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)上下部分的壓力差相等，因此該型流量計(jì)稱變面積式流量計(jì)或等壓降式流量計(jì)。該式流量計(jì)的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)。
5．動(dòng)量式流量計(jì)
利用測(cè)量流體的動(dòng)量來(lái)反映流量大小的流量計(jì)稱動(dòng)量式流量計(jì)．由于流動(dòng)流體的動(dòng)量P與流體的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，當(dāng)通流截面確定時(shí)，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設(shè)比例系數(shù)為A，則Q=A 因此，測(cè)得P，即可反映流量Q．這種型式的流量計(jì)，大多利用檢測(cè)元件把動(dòng)量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測(cè)量流量。這種流量計(jì)的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式流量計(jì)。
6．沖量式流量計(jì)
利用沖量定理測(cè)量流量的流量計(jì)稱沖量式流量計(jì)，多用于測(cè)量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來(lái)測(cè)泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測(cè)量范圍從每小時(shí)幾公斤到近萬(wàn)噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計(jì)，其測(cè)量原理是當(dāng)被測(cè)介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測(cè)板上產(chǎn)生一個(gè)沖力，沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比，故測(cè)量這個(gè)水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(hào)(九)的檢測(cè)方式，該型流量計(jì)分位移檢測(cè)型和直接測(cè)力型。
康納森ISOIL電磁流量計(jì)
康納森ISOIL電磁流量計(jì)
7．電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比，通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)來(lái)反映管道流量的原理而制成的。其測(cè)量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量?？蓽y(cè)***大管徑達(dá)2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。
電磁流量計(jì)造價(jià)較高，且信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾，影響了在工業(yè)管流測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新，向微機(jī)化發(fā)展．
8．超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測(cè)介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的。它也是由測(cè)流速來(lái)反映流量大小的。超聲波流量計(jì)雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計(jì)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行開(kāi)口流量測(cè)量，對(duì)流體又不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計(jì)。
康納森氣體超聲波流量計(jì)
康納森氣體超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)的分類：1 多譜勒式超聲波流量計(jì)：換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2時(shí)差式超聲波流量計(jì)： 時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的。
9．流體振蕩式流量計(jì)
流體振蕩式流量計(jì)是利用流體在特定流道條件下流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計(jì)的．當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量．這種流量計(jì)是70年代開(kāi)發(fā)和發(fā)展起來(lái)的．由于它兼有無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。
10．質(zhì)量流量計(jì)
由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時(shí)需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達(dá)到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計(jì)就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量，目前常用的有量熱式、角動(dòng)量式、振動(dòng)陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計(jì)。間接式質(zhì)量流量計(jì)是用密度計(jì)與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。
還有適用于明渠測(cè)流的各種堰式流量計(jì)、槽式流量計(jì)；適于大口徑測(cè)流的插入式流量計(jì)；測(cè)量層流流量的層流流量計(jì)；適于二相流測(cè)量的相關(guān)法流量計(jì)；以及激光法、核磁共振法流量計(jì)和多種示蹤法、稀釋法測(cè)流等。
(1)力學(xué)原理：屬于此類原理的儀表有利用伯努利定理的差壓式、轉(zhuǎn)子式；利用動(dòng)量定理的沖量式、可動(dòng)管式；利用牛頓第二定律的直接質(zhì)量式；利用流體動(dòng)量原理的靶式；利用角動(dòng)量定理的渦輪式；利用流體振蕩原理的旋渦式、渦街式；利用總靜壓力差的皮托管式以及容積式和堰、槽式等等。
(2)電學(xué)原理：用于此類原理的儀表有電磁式、差動(dòng)電容式、電感式、應(yīng)變電阻式等。
(3)聲學(xué)原理：利用聲學(xué)原理進(jìn)行流量測(cè)量的有超聲波式．聲學(xué)式(沖擊波式)等。
(4)熱學(xué)原理：利用熱學(xué)原理測(cè)量流量的有熱量式、直接量熱式、間接量熱式等。
(5)光學(xué)原理：激光式、光電式等是屬于此類原理的儀表。
(6)原于物理原理：核磁共振式、核輻射式等是屬于此類原理的儀表．
(7)其它原理：有標(biāo)記原理(示蹤原理、核磁共振原理)、相關(guān)原理等。
按流量計(jì)結(jié)構(gòu)原理分類
按當(dāng)前流量計(jì)產(chǎn)品的實(shí)際情況，根據(jù)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)原理，大致上可歸納為以下幾種類型：
1．容積式流量計(jì)
容積式流量計(jì)相當(dāng)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容積的容器，它接連不斷地對(duì)流動(dòng)介質(zhì)進(jìn)行度量。流量越大，度量的次數(shù)越多，輸出的頻率越高。容積式流量計(jì)的原理比較簡(jiǎn)單，適于測(cè)量高粘度、低雷諾數(shù)的流體。根據(jù)回轉(zhuǎn)體形狀不同，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：適于測(cè)量液體流量的橢圓齒輪流量計(jì)、腰輪流量計(jì)(羅茨流量計(jì))、旋轉(zhuǎn)活塞和刮板式流量計(jì)；適于測(cè)量氣體流量的伺服式容積流量計(jì)、皮膜式和轉(zhuǎn)簡(jiǎn)流量計(jì)等．
2．葉輪式流量計(jì)
葉輪式流量計(jì)的工作原理是將葉輪置于被測(cè)流體中，受流體流動(dòng)的沖擊而旋轉(zhuǎn)，以葉輪旋轉(zhuǎn)的快慢來(lái)反映流量的大小。典型的葉輪式流量計(jì)是水表和渦輪流量計(jì)，其結(jié)構(gòu)可以是機(jī)械傳動(dòng)輸出式或電脈沖輸出式。一般機(jī)械式傳動(dòng)輸出的水表準(zhǔn)確度較低，誤差約±2%，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，國(guó)內(nèi)已批量生產(chǎn)，并標(biāo)準(zhǔn)化、通用化和系列化。電脈沖信號(hào)輸出的渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度較高，一般誤差為±0．2%一0．5%。
3．差壓式流量計(jì)(變壓降式流量計(jì))
差壓式流量計(jì)由一次裝置和二次裝置組成．一次裝置稱流量測(cè)量元件，它安裝在被測(cè)流體的管道中，產(chǎn)生與流量(流速)成比例的壓力差，供二次裝置進(jìn)行流量顯示。二次裝置稱顯示儀表。它接收測(cè)量元件產(chǎn)生的差壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的流量進(jìn)行顯示．差壓流量計(jì)的一次裝置常為節(jié)流裝置或動(dòng)壓測(cè)定裝置(皮托管、均速管等)。二次裝置為各種機(jī)械式、電子式、組合式差壓計(jì)配以流量顯示儀表．差壓計(jì)的差壓敏感元件多為彈性元件。由于差壓和流量呈平方根關(guān)系，故流量顯示儀表都配有開(kāi)平方裝置，以使流量刻度線性化。多數(shù)儀表還設(shè)有流量積算裝置，以顯示累積流量，以便經(jīng)濟(jì)核算。這種利用差壓測(cè)量流量的方法歷史悠久，比較成熟，世界各國(guó)一般都用在比較重要的場(chǎng)合，約占各種流量測(cè)量方式的70%。發(fā)電廠主蒸汽、給水、凝結(jié)水等的流量測(cè)量都采用這種表計(jì)。目前生產(chǎn)的產(chǎn)品分：孔板流量計(jì)、楔形流量計(jì)、文丘里管流量計(jì)、平均皮托管
4．變面積式流量計(jì)(等壓降式流量計(jì))
放在上大下小的錐形流道中的浮子受到自下而上流動(dòng)的流體的作用力而移動(dòng)。當(dāng)此作用力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所受流體的浮力)相平衡時(shí)，俘子即靜止。浮子靜止的高度可作為流量大小的量度。由于流量計(jì)的通流截面積隨浮子高度不同而異，而浮子穩(wěn)定不動(dòng)時(shí)上下部分的壓力差相等，因此該型流量計(jì)稱變面積式流量計(jì)或等壓降式流量計(jì)。該式流量計(jì)的典型儀表是轉(zhuǎn)子(浮子)流量計(jì)。
5．動(dòng)量式流量計(jì)
利用測(cè)量流體的動(dòng)量來(lái)反映流量大小的流量計(jì)稱動(dòng)量式流量計(jì)．由于流動(dòng)流體的動(dòng)量P與流體的密度 及流速v的平方成正比，即p v2，當(dāng)通流截面確定時(shí)，v與容積流量Q成正比，故p Q2。設(shè)比例系數(shù)為A，則Q=A 因此，測(cè)得P，即可反映流量Q．這種型式的流量計(jì)，大多利用檢測(cè)元件把動(dòng)量轉(zhuǎn)換為壓力、位移或力等，然后測(cè)量流量。這種流量計(jì)的典型儀表是靶式和轉(zhuǎn)動(dòng)翼板式流量計(jì)。
6．沖量式流量計(jì)
利用沖量定理測(cè)量流量的流量計(jì)稱沖量式流量計(jì)，多用于測(cè)量顆粒狀固體介質(zhì)的流量，還用來(lái)測(cè)泥漿、結(jié)晶型液體和研磨料等的流量。流量測(cè)量范圍從每小時(shí)幾公斤到近萬(wàn)噸。典型的儀表是水平分力式?jīng)_量流量計(jì)，其測(cè)量原理是當(dāng)被測(cè)介質(zhì)從一定高度h自由下落到有傾斜角 的檢測(cè)板上產(chǎn)生一個(gè)沖力，沖力的水平分力馬質(zhì)量流量成正比，故測(cè)量這個(gè)水平分力即可反映質(zhì)量流量的大小。按信號(hào)(九)的檢測(cè)方式，該型流量計(jì)分位移檢測(cè)型和直接測(cè)力型。
康納森ISOIL電磁流量計(jì)
康納森ISOIL電磁流量計(jì)
7．電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是應(yīng)用導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)又和流量大小成正比，通過(guò)測(cè)電動(dòng)勢(shì)來(lái)反映管道流量的原理而制成的。其測(cè)量精度和靈敏度都較高。工業(yè)上多用以測(cè)量水、礦漿等介質(zhì)的流量?？蓽y(cè)***大管徑達(dá)2m，而且壓損極小。但導(dǎo)電率低的介質(zhì)，如氣體、蒸汽等則不能應(yīng)用。
電磁流量計(jì)造價(jià)較高，且信號(hào)易受外磁場(chǎng)干擾，影響了在工業(yè)管流測(cè)量中的廣泛應(yīng)用。為此，產(chǎn)品在不斷改進(jìn)更新，向微機(jī)化發(fā)展．
8．超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)是基于超聲波在流動(dòng)介質(zhì)中傳播的速度等于被測(cè)介質(zhì)的平均流速和聲波本身速度的幾何和的原理而設(shè)計(jì)的。它也是由測(cè)流速來(lái)反映流量大小的。超聲波流量計(jì)雖然在70年代才出現(xiàn)，但由于它可以制成非接觸型式，并可與超聲波水位計(jì)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行開(kāi)口流量測(cè)量，對(duì)流體又不產(chǎn)生擾動(dòng)和阻力，所以很受歡迎，是一種很有發(fā)展前途的流量計(jì)。
康納森氣體超聲波流量計(jì)
康納森氣體超聲波流量計(jì)
超聲波流量計(jì)的分類：1 多譜勒式超聲波流量計(jì)：換能器1發(fā)射頻率為f1的超聲波信號(hào)，經(jīng)過(guò)管道內(nèi)液體中的懸浮顆?；驓馀莺?，頻率發(fā)生偏移，以f2的頻率反射到換能器2，這就是多譜勒將就，f2與f1之差即為多譜勒頻差fd。設(shè)流體流速為v，超聲波聲速為c，多譜勒頻移fd正比于流體流速v。當(dāng)管道條件、換能器安裝位置、發(fā)射頻率、聲速確定以后，c、f1、θ即為常數(shù)，流體流速和多譜勒頻移成正比，通過(guò)測(cè)量頻移就可得到流體流速，進(jìn)而求得流體流量。2時(shí)差式超聲波流量計(jì)： 時(shí)差式超聲波流量計(jì)是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差與流體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量流體流量的。
9．流體振蕩式流量計(jì)
流體振蕩式流量計(jì)是利用流體在特定流道條件下流動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生振蕩，且振蕩的頻率與流速成比例這一原理設(shè)計(jì)的．當(dāng)通流截面一定時(shí)，流速與導(dǎo)容積流量成正比。因此，測(cè)量振蕩頻率即可測(cè)得流量．這種流量計(jì)是70年代開(kāi)發(fā)和發(fā)展起來(lái)的．由于它兼有無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件和脈沖數(shù)字輸出的優(yōu)點(diǎn)，很有發(fā)展前途。目前典型的產(chǎn)品有渦街流量計(jì)、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)。
10．質(zhì)量流量計(jì)
由于流體的容積受溫度、壓力等參數(shù)的影響，用容積流量表示流量大小時(shí)需給出介質(zhì)的參數(shù)。在介質(zhì)參數(shù)不斷變化的情況下，往往難以達(dá)到這一要求，而造成儀表顯示值失真。因此，質(zhì)量流量計(jì)就得到廣泛的應(yīng)用和重視。質(zhì)量流量計(jì)分直接式和間接式兩種。直接式質(zhì)量流量計(jì)利用與質(zhì)量流量直接有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量，目前常用的有量熱式、角動(dòng)量式、振動(dòng)陀螺式、馬格努斯效應(yīng)式和科里奧利力式等質(zhì)量流量計(jì)。間接式質(zhì)量流量計(jì)是用密度計(jì)與容積流量直接相乘求得質(zhì)量流量的。
還有適用于明渠測(cè)流的各種堰式流量計(jì)、槽式流量計(jì)；適于大口徑測(cè)流的插入式流量計(jì)；測(cè)量層流流量的層流流量計(jì)；適于二相流測(cè)量的相關(guān)法流量計(jì)；以及激光法、核磁共振法流量計(jì)和多種示蹤法、稀釋法測(cè)流等。
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