超聲波流量計(jì)測(cè)量原理：

當(dāng)超聲波束在液體中傳播時(shí)，液體的流動(dòng)將使傳播時(shí)間產(chǎn)生微小變化，并且其傳播時(shí)間的變化正比于液體的流速，其關(guān)系符合下列表達(dá)式

 

其中

θ為聲束與液體流動(dòng)方向的夾角

M 為聲束在液體的直線傳播次數(shù)

D 為管道內(nèi)徑

Tup 為聲束在正方向上的傳播時(shí)間

Tdown為聲束在逆方向上的傳播時(shí)間

ΔT=Tup –Tdown

設(shè)靜止流體中的聲速為c，流體流動(dòng)的速度為u，傳播距離為L，當(dāng)聲波與流體流動(dòng)方向一致時(shí)（即順流方向），其傳播速度為c+u；反之，傳播速度為c-u.在相距為L的兩處分別放置兩組超聲波發(fā)生器和接收器（T1,R1）和（T2,R2）。當(dāng)T1順方向，T2逆方向發(fā)射超聲波時(shí)，超聲波分別到達(dá)接收器R1和R2所需要的時(shí)間為t1和t2,則

t1=L/(c+u)； t2=L/(c-u)

由于在工業(yè)管道中，流體的流速比聲速小的多，即c>>u,因此兩者的時(shí)間差為 ▽t=t2-t1=2Lu/cc 由此可知，當(dāng)聲波在流體中的傳播速度c已知時(shí)，只要測(cè)出時(shí)間差▽t即可求出流速u，進(jìn)而可求出流量Q。利用這個(gè)原理進(jìn)行流量測(cè)量的方法稱為時(shí)差法。此外還可用相差法、頻差法等。

相差法

如果超聲波發(fā)射器發(fā)射連續(xù)超聲脈沖或周期較長的脈沖列，則在順流和逆流發(fā)射時(shí)所接收到的信號(hào)之間便要產(chǎn)生相位差▽O,即▽O=w▽t=2wLu/cc

式中，w為超聲波角頻率。當(dāng)測(cè)得▽O時(shí)即可求出u,進(jìn)而求得流量Q。此法用測(cè)量相位差▽O代替了測(cè)量微小的時(shí)差▽t，有利于提高測(cè)量精度。但存在者聲速c對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

頻差法

為了消除聲速c的影響，常采用頻差法。由前可知，上、下游接收器接受到的超聲波的頻率之差為▽f可用下式表示 ▽f=[（c+u）/L]-[(c-u)/L]=2u/L

由此可知，只要測(cè)得▽f就可求得流量Q，并且此法與聲速無關(guān)。超聲波技術(shù)及其應(yīng)用一、沒測(cè)量水位概況水電站多采用浮子式液位計(jì)或投入式液位計(jì)來進(jìn)行水位測(cè)量。其缺點(diǎn)為：測(cè)量精度低，不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)浮子卡死不動(dòng)和傳感器堵塞導(dǎo)致測(cè)不準(zhǔn)；維護(hù)工作量大，安裝、調(diào)試不便，采集到的僅是模擬告警信號(hào)，不能直接進(jìn)入電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)無人值班電廠不實(shí)用。通過對(duì)攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行了反復(fù)對(duì)比，優(yōu)化得出最后的方案設(shè)計(jì)，采用超聲波液位計(jì)對(duì)柵前、柵后水位進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，超聲波液位計(jì)用PLC對(duì)采集量進(jìn)行處理。并且把實(shí)時(shí)水位和壓差數(shù)據(jù)送到中控室，超聲波液位計(jì)顯示和越限報(bào)警。超聲波液位計(jì)同時(shí)采用RS422/RS232接口，又把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送到大壩集中控制室工控機(jī)，處理成計(jì)算機(jī)通信報(bào)文，最終將采集量送到電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。

該項(xiàng)目實(shí)施后不僅滿足欄污柵柵前、柵后水位及壓差的多點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及報(bào)警功能，而且結(jié)束了攔污柵測(cè)量系統(tǒng)獨(dú)立工作，無法與電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊的局面。實(shí)現(xiàn)與閘門系統(tǒng)的監(jiān)視功能、控制功能以及故障時(shí)ON-CALL尋呼系統(tǒng)功能的集成。滿足了無人值班電站的需要。該技術(shù)在云南省電力系統(tǒng)還是第一家。

超聲波液位計(jì)測(cè)量水位的原理以及安裝要求超聲波液位計(jì)工作時(shí)，高頻脈沖聲波由換能器（探頭）發(fā)出，遇被測(cè)物體（水面）表面被反射，折回的反射回波被同一換能器（探頭）接收，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。脈沖發(fā)送和接收之間的時(shí)間（聲波的運(yùn)動(dòng)時(shí)間）與換能器到物體表面的距離成正比，聲波傳輸?shù)木嚯xS和聲速C和傳輸時(shí)間T之間的關(guān)系可以用公式表示：S=　CⅩT/2

例如：聲速C=344m/s，傳輸時(shí)間為50ms，即可算出傳輸?shù)木嚯x為17.2m，測(cè)定距離為8.6m。

三．可編程超聲波式攔污柵水位測(cè)量系統(tǒng)在田壩電站應(yīng)用產(chǎn)生的效果

用超聲波液位計(jì)測(cè)量大壩水位在當(dāng)今國內(nèi)尚不普遍，技術(shù)上尚無經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。在這樣的情況下，我們充分利用PLC與超聲波液位計(jì)這一領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，按照總體規(guī)劃，長遠(yuǎn)考慮，一次到位，避免重復(fù)改造，重復(fù)投資的這一原則，對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，全面順利地完成了這一課題。在該領(lǐng)域取得了較有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。為目前我國國內(nèi)水電站實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)可以借鑒的范例。

特點(diǎn)

◆獨(dú)特的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。

◆無機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長。

◆電路更優(yōu)化、集成度高；功耗低、可靠性高。

◆智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供您任意選擇。

◆管段式小管徑測(cè)量經(jīng)濟(jì)又方便，測(cè)量精度高。

超聲波流量計(jì)常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應(yīng)，采用適出的發(fā)射電路把電能加到發(fā)射換能器的壓電元件上，使其產(chǎn)生超聲波振動(dòng)。超聲波以某一角度射入流體中傳播，然后由接收換能器接收，并經(jīng)壓電元件變?yōu)殡娔埽员銠z測(cè)。發(fā)射換能器利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)，而接收換能器則是利用壓電效應(yīng)。

外夾式超聲波流量計(jì)AFTU-2W的技術(shù)參數(shù)如下：

安裝方式：掛墻式

流速范圍：0~5m/s

準(zhǔn)確度：測(cè)量值的±1%

重復(fù)性：0.2%

鍵盤：16（4×4）輕觸按鍵

顯示屏：20×2點(diǎn)陣字符背光液晶顯示

電源：10~36VDC/1Amax

外殼材質(zhì)：PC/ABS塑料

防護(hù)等級(jí)：IP65

環(huán)境溫度：-10℃~+50℃

輸出：頻率輸出0-5kHz，OCT方式：4-20mA輸出

通訊：RS-485通訊接口，支持Modbus協(xié)議

特點(diǎn)：

可做非接觸式測(cè)量

無流動(dòng)阻撓測(cè)量,無壓力損失

可測(cè)量非導(dǎo)電性液體
 

適用口徑: DN6-DN6500適用溫度: -30 to 400℃ (適用防爆區(qū)).測(cè)厚探頭（可選）測(cè)量范圍: (1.0 - 200) mm分辨率: 0.01 mm線性度: 0.1 mm標(biāo)準(zhǔn)型: -20℃ to +60℃高溫型: 0℃ to +200℃短時(shí)間可達(dá)+540℃應(yīng)用領(lǐng)域

量程比寬，用途廣泛

多種功能主機(jī)，攜帶方便