超聲波流量計主機與探頭原理探討  十一

2.時差法超聲波流量計的理論研究

2.1 流量的基本概念

單位時間內，流體流過管道或設備某處橫截面的數量稱為流量。流體流量可用單位時間內流過通道橫截面的流體體積或質量來表示，前者稱為體積流量，用Q表示，單位為m 3 /s，后者成為質量流量，用G 表示，單位為kg/s[9]。

體積流量Q 的計算式為：

Q= v A (2-1)

式中，A 為與流速v 相垂直的通道橫截面積，m 2 ；v 為沿通道橫截面上的流體平均速度，m/s。

質量流量G 的計算式為：G=  Q=  vS （2-2）

式中，  為流體密度，kg/m 3 。

2.2 超聲波技術概述

由于超聲波傳播時，其聲速、衰減和聲阻抗都和媒質的特性與狀態有關，不同性質的媒質不但影響超聲波的穿透深度，也影響接收波的強度。因此，要準確地檢測到超聲信號并非易事，在投入設計前要對超聲波及相關的知識進行介紹。

2.2.1 超聲波的傳播特性

超聲波通常指頻率高于20KHz 的機械波，它可以在氣體、液體和固體中傳播。因為本課題主要是研究針對供水行業的超聲波流量計，所以我們只以水為介質進行分析：

⑴超聲波的傳播速度

超聲波在水中的傳播速度不但溫度有關，還受水深h 和水中含鹽量S 的影響，

圖2-1 為水中聲速與溫度T 的關系曲線。當0≤T≤35℃，0≤S≤45‰，0≤h

≤1000m 時，水中聲速可用下式計算[9]：C  1449.2  4.6T  0.55T 2  0.00029T 3  (1.34  0.01T)(S  35)  0.016h

超聲波流量計