浅析超声波流量传感器工作原理

摘要：  超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度(声速，C)在两个方向上传播。

关键字：  传感器，  换能器，  微处理机

超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。当气体不流动时，声脉冲以相同的速度(声速，C)在两个方向上传播。如果管道中的气体有一定流速V(该流速不等于零)，则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。这样，顺流传输时间tD会短些，而逆流传输时间tU会长些。

这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言;根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量传感器。超声波流量传感器是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种。

根据对信号检测的原理，目前超声波流量传感器大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。

其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。

由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大.多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。

相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器价格贵，线路比较复杂。在微处理机普及应用后，这个缺点可以克服。

噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。

超声波流量传感器安装步骤

装超流可按照以下步骤操作：

一：观察安装现场管道是否满足直管段前10D后5D以及离泵30D的距离。(D为管道内直径)

二：确认管道内流体介质以及是否满管。

三：确认管道材质以及壁厚(充分考虑到管道内壁结垢厚度)

四：确认管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳钢材质，最好也采用插入式安装。

五：前四步骤完成后可确认使用何种传感器安装

六：开始向表体输入参数以确定安装距离。

七：非常重要：精确测量出安装距离。

(1)外夹式可选安装传感器大概距离，然后不断调试活动传感器以达到信号和传输比最好的匹配

(2)插入使用专用工具测量管道上安装点距离，这个距离很重要，它直接影响表的实际测量精度，所以最好进行多次测量以求较高精度。

八：安装传感器——调试信号——做防水——归整好信号电缆——清理现场线头等废弃物——安装结束——验收签字。