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超聲波流量傳感器
關鍵字：超聲波流量計傳感器,超聲波流量計,流量計 日期：2012-9-18 8:32:15
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超聲波流量計傳感器是超聲流量計的重要組成部分，包含換能器、管道（或標準管段），以及
安裝附件等。換能器質量優劣、聲道尺寸（聲程、聲道角、管經、管段等）、耐壓、耐環境
溫度、耐腐蝕性能對超聲波流量計傳感器來講均十分重要。
超聲波流量計傳感器中，超聲（或聲）換能器數目從1個到10個以上都有。在無源的流量開關中，
僅用一個。通常超聲波流量計傳感器使用1～5對換能器，甚至更多，以提高流速測量的精確度。每一對換
能器都是可逆的，即它們可以交替發射和接收聲信號。聲傳播的路線通常稱之為聲道，按幾
何聲學聲道應是線狀的單聲道的形狀有Z式、V式、W式等。2～5聲道的多平行于圓管直徑等
距離排列，或采用矩陣式排列，使聲道在流速剖面上呈網狀分布，如圖1所示。
圖1 多聲道超聲波流量計傳感器聲道布置方式
另一種選擇是取侵入式（穿透管壁的）還是非侵入式的超聲換能器。侵入式的與流體直接
相接觸，聲道多樣化，機械尺寸較為精確。而且穿過流體（這里指液體）的檢測角（或稱聲
道角）比非侵入式的大約45°。這樣，對流速的變化較為靈敏。一定情況下，超聲換能器所產
生的聲脈沖信號前沿也可以做的很陡。為了使用方便，將侵入式傳感器設計成帶有法蘭的標
準管段，并成系列化。對于水泥管，可將超聲換能器置于管內壁上，常稱內置式。
非侵入式傳感器，或稱夾緊式，用于安裝在已有管道上，亦可做成管段式。其基本的構成
如圖2所示。超聲波通過聲契（塑料或金屬材料）進入管道和液體，按照斯奈爾定律，始發的
聲波為縱波，在鋼管的界面上出現 （z式聲道，還可以是V、w、x式聲道等）橫波和縱波，
僅使橫波進入液體，而將縱波全反射掉。超聲波進入液體后又變成縱波，穿越液體后，經對面
的管壁、聲楔，為另一超聲換能器所接收。從超聲換能器1到超聲換能器2的聲信號為順向；反
之為逆向。非侵入式超聲波流量計傳感器的優點是不破壞管壁的完整性，不影響流體。若聲楔為塑
料制成，角口約40°聲波由于折射而多次改變方向，超聲信號損耗較大，并伴有形狀變化，尤
其對脈沖信號。
圖2 非侵入式超聲傳感器律
各種超聲波流量計傳感器的用途和適用范圍如下。
(1)夾裝式傳感器換能器在管道外安裝，適用于固定式或便攜式。換能器不接觸液體，不干
擾流場，不受流體壓力的影響，特別適合封閉管道中高壓、強腐蝕和放射性液體流量的長期
或短時測量。
(2)插入式傳感器用于管壁允許打通孑L的管道。可以是標準管段式的或現有管道。不少產
品維修可不影響管道正常工作。
(3)內置式傳感器安裝于混凝土管或其管壁不允許打孔、換能器不能在管外進行安裝的管道。
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