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德國西門子超聲波流量計工作原理
閱讀：1950 發布時間：2014-12-11 德國西門子超聲波流量計工作原理 SIEMENS超聲波流量計由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。
SIEMENS超聲波流量計常用壓電換能器。它利用壓電材料的壓電效應，采用適出的發射電路把電能加到發射換能器的壓電元件上，使其產生超聲波振勸。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，并經壓電元件變為電能，以便檢測。發射換能器利用壓電元件的逆壓電效應，而接收換能器則是利用壓電效應。
SIEMENS超聲波流量計換能器的壓電元件常做成圓形薄片，沿厚度振動。薄片直徑超過厚度的10倍，以保證振動的方向性。壓電元件材料多采用鋯鈦酸鉛。為固定壓電元件，使超聲波以合適的角度射入到流體中，需把元件故人聲楔中，構成換能器整體(又稱探頭)。聲楔的材料不僅要求強度高、耐老化，而且要求超聲波經聲楔后能量損失小即透射系數接近1。常用的聲楔材料是有機玻璃，因為它透明，可以觀察到聲楔中壓電元件的組裝情況。另外，某些橡膠、塑料及膠木也可作聲楔材料。
根據對信號檢測的原理，SIEMENS超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。
1、時差法 測量順逆傳播時傳播速度不同引起的時差計算被測流體速度。
它采用兩個聲波發送器(SA和SB)和兩個聲波接收器RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成θ角(一般θ=45°)。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時間差與流速成正比。也可以發送正弦信號測量兩組聲波之間的相移或發送頻率信號測量頻率差來實現流速的測量。
2、相位差法 測量順逆傳播時傳播時由于時差引起的相位差計算速度。它的發送器沿垂直于管道的軸線發送一束聲波，由于流體流動的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。
3、頻差法 測量順逆傳播時傳播時的聲環頻率差。
當超聲波在不均勻流體中傳送時，聲波會產生散射。流體與發送器間有相對運動時，發送的聲波信號和被流體散射后接收到的信號之間會產生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測流體的區域位于發射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角θ不致受到波束寬度影響。也可只采用一個變換器既作為發送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道多普勒血液流量計中，發送器間隔地發送聲脈沖信號，在兩個聲脈沖間隔的時間中，接收從血管壁和血管內紅血球反射回來的聲脈沖信號。采用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號,通過比較后得到多普勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時可得到血液流量。
德國西門子超聲波流量計工作原理