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超声波流量计多普勒测量原理

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超声波流量计多普勒测量原理
点击次数: 发布时间:2016-06-18
多普勒超声波流量计的工作原理类似于交通的雷达测速方法。
发射部件以角度α和频率f1(约1MHz~5MHz)向流动的液体发射超声波。该超声波在传播过程中碰到在超声波场中以速度νp运动的粒子。频率为f1的发射波长是
多普勒超声波流量计的工作原理公式
由于粒子以νp速度运动,以运动粒子作为参考系,接收从发射单元发出的超声波波长为
多普勒超声波流量计的工作原理公式
再以接收单元为参考系,得到从粒子上反射的超声波,它的波长变化为
多普勒超声波流量计的工作原理公式
对此得出
多普勒超声波流量计的工作原理公式
由于νp》c,得到的频率差为
多普勒超声波流量计的工作原理公式
次频率差与粒子运动的速度νp呈线性关系(见图5.2)。
多普勒超声波流量计的工作原理图
多普勒超声波流量计的优点:
·在已有的管道中安装简单;
·无活动部件,无摩擦。
多普勒超声波流量计的缺点和限制:
·测量方法要求介质必须连续,并含有足够的反射粒子;
·粒子具有足够大的尺寸,以便能进行良好反射(λ/4);
·在粒子材料中的超声波传播速度应与在被测流体中的传播速度相差很大;
·在被测流体中超声波的传播速度直接包含在测量结果中;
·通常粒子的速度与流体的速度有明显的偏差(滑差);
·大多数情况下超声波声场仅能测反射物质相遇点的速度,这样显示值对流速分布有很大的依赖性;
·流体的流速必须远远大于粒子产生沉锭的临界速度;
·为了保持良好的流体流动的性能需要很长的无干扰入口管道(20倍于管道口径的长度)。
多普勒超声波流量计的主要应用领域如下:
·医学应用(血流量检测)。这里绝对精度不起作用。仅要求良好的动态性能,详细重复诊断在血管中血液的脉动情况〔类似于心电图)。在无干扰情况下简单和无需出血地把测量探头贴放在皮肤上(带耦合脂肪)。
·矿浆的流量测量(如铁矿石)。这里天然的矿粒子溶度很高。粒子的超声波传播速度与在载体介质内的传播速度有足够大的差别。当然,在对未超过临界的速度进行信号化时,与溶度有关的超声波渗透深度和流速分布会产生很明显的测量误差。

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