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隨著有效利用過程的驅(qū)動(dòng)，以及無污染檢測的需求，非入侵式測量技術(shù)的需求越來越大。這里，我們聊一聊超聲波流量傳感器的工作原理，以及相比較侵入式測量方法有哪些優(yōu)點(diǎn)

非侵入式傳感器優(yōu)點(diǎn)

非侵入式傳感器不會(huì)對(duì)流動(dòng)的液體產(chǎn)生物理影響，只是簡單地從外部夾在管子上。而侵入式傳感器會(huì)直接影響液體，也不可避免產(chǎn)生一些污染。另外，侵入式傳感器“侵入”液體通道，實(shí)際上會(huì)引起流體擾動(dòng)、不對(duì)稱或者壓力損失，從而導(dǎo)致測量結(jié)果不正確。

超聲波流量傳感器 工程原理

換能器是超聲波流量傳感器的核心。它們由壓電陶瓷和復(fù)合材料組成。當(dāng)施加直流電壓時(shí)，它們會(huì)根據(jù)電壓正極或者負(fù)極產(chǎn)生膨脹或者收縮。當(dāng)施加交流電壓時(shí)，壓電陶瓷會(huì)周期性地膨脹和收縮，同時(shí)發(fā)射出相同頻率的聲波。

這種聲波從激勵(lì)換能器以脈沖超聲波束的形式發(fā)出，并由接收換能器檢測。傳遞出電子信號(hào)，并通過各種信號(hào)端口輸出。

超聲波流量傳感器 物理原理

有幾種方法可以通過超聲信號(hào)計(jì)算出流量大小。一種典型的方法是傳輸時(shí)間差值測量方法。這種方法既不會(huì)導(dǎo)致壓降，也不會(huì)導(dǎo)致泄露風(fēng)險(xiǎn)。適用于幾乎所有液體，包括不同粘性、顏色、密度和電磁特性的流體。

傳輸時(shí)間差值測量方法如何工作？

左一圖是超聲波傳輸方向與流動(dòng)方向相同

中間圖是超聲波傳輸方向與流動(dòng)方向相反

右一圖是有兩組超聲波，一組傳輸方向與流動(dòng)方向相同，另一組相反。

通過時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，可以高精度測量出超聲波在介質(zhì)流向方向和相反方向上的傳輸時(shí)間。在流動(dòng)方向上，超聲波的傳輸時(shí)間要比相反方向要快。兩個(gè)方向的時(shí)間差就可以計(jì)算出流量大小。

為了提高測量效果，使用兩組超聲波換能器（共4個(gè)），如下圖所示。4個(gè)超聲波換能器X形式布置。一端換能器發(fā)出脈沖超聲波，以給定的頻率傳輸?shù)搅硪欢恕蓚€(gè)方向的傳輸時(shí)間差與平均流速成正比。平均流速乘以管子橫截面積得到流量。