超聲波時(shí)差法精確測(cè)量小管路內(nèi)液體流量
瀏覽次數(shù):761 發(fā)布日期:2023-10-11
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超聲波時(shí)差法是一種先進(jìn)的流量測(cè)量技術(shù),可以用來(lái)監(jiān)測(cè)管道內(nèi)液體的流量和累積體積等。
在生物制藥、醫(yī)療器械以及半導(dǎo)體芯片制造等領(lǐng)域的高端裝備中,大量使用3mm至30mm不同直徑的塑料管傳輸液體,對(duì)其流量的精準(zhǔn)監(jiān)控有利于判斷系統(tǒng)的工作狀態(tài),如泵是否出現(xiàn)故障、管路是否暢通、管材是否老化等,以提升系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化和智能化水平,達(dá)到安全運(yùn)行、節(jié)能降本并提高工作效率的多重目的。
超聲波流量傳感器將一對(duì)或多對(duì)超聲波換能器以一定的傾角安裝在管路兩側(cè),并分列上下游。某一時(shí)刻傳感器電路系統(tǒng)使用高頻電壓脈沖激發(fā)上游換能器以產(chǎn)生超聲波。超聲波以一定的入射角穿過(guò)管壁和液體,被下游換能器接收。隨后下游換能器發(fā)射聲波,以相反的方向穿過(guò)管壁和液體,被上游換能器接收。
有限元模擬的超聲波
在管路中不同方向上的傳播
當(dāng)管內(nèi)液體流動(dòng)時(shí),順流和逆流方向的超聲波傳播時(shí)間有微小的差別。這類(lèi)似于一個(gè)人在河中順流和逆流游泳,游過(guò)相同的距離所用的時(shí)間會(huì)有差別。這個(gè)時(shí)差和液體的流速大小成正比關(guān)系。傳感器電路系統(tǒng)通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)量該時(shí)差可以計(jì)算出液體的流速,綜合管路的尺寸信息,可以得到液體流量。這就是超聲波時(shí)差法的基本工作原理。
超聲波在順流和逆流
方向上的傳播時(shí)間差
當(dāng)液體流速較高,管路直徑較大的時(shí)候,時(shí)差相應(yīng)也大,容易被電路系統(tǒng)解析,因此相關(guān)的應(yīng)用,如石油、天然氣的輸送和居民用水計(jì)量等,已經(jīng)有很多成熟的解決方案。而當(dāng)管路較小,流速較低時(shí),時(shí)差很小,需要非常精確穩(wěn)定的軟硬件系統(tǒng)才能解析,這也是全世界擁有小管徑超聲波流量測(cè)量能力的公司數(shù)量稀少的重要原因。
外夾式流量傳感器:軟管的安裝