超聲波流量計主機與探頭原理探討  五十七

目前已經投入應用的多通道超聲波流量計中，以確定截面流速分布為目的多通道測量的通道數量最大可達到9 個，再加上精確的數學分析，如插值等，其測量精度可以達到≤±0.1～0.2％[37]。

7.2 寬波束測量[38]

寬波束測量實際就是利用能夠使管道產生共振的超聲波（lamb 波）來進行測量。目前時差法超聲波流量計中發射的都是窄聲束超聲波，窄聲束時差法存在下述問題：

①接收探頭必須精確安裝在聲束到達的位置上，要求聲速為已知且保持常數；

②當溫度變化引起流體中聲速變化時，超聲波在流體中的傳播方向會發生變化，有部分聲束會越出接收探頭的接收區，降低了信號的強度，甚至探頭可能接收不

到超聲波；

③部分聲波會沿管子圓周壁到達探頭(而不是通過流體)，這部分超聲波與另一部分穿過被測介質的超聲波在接收頭上疊加造成測量誤差；

④窄聲束時差法一般只能用于測單相、均勻流體的流量。

采用寬聲束發射技術，可放寬對接收探頭的安裝要求；因聲束很寬，沿管壁的環形分量很小；當流體溫度變化引起聲速變化時也不影響測量。超聲波信號在管壁內軸向運動后，像下雨般地發射至接收探頭，信號密度得以增強。因而既適于單相流，也適用于不同溫度、流速、含有氣泡和顆粒的液體。寬聲束方式需按管材和其壁厚決定探頭的形式及對管壁的發射角，以保證所發射的寬聲束超聲波沿管壁縱向傳播，源源不斷地向對面管壁折射聲波一般來說，管道的壁厚與材質的規格不是很多，且許多管道壁厚相同，所以一種形式的探頭甚至可以適用于不同的管徑。美國Controlotron 公司推出的990 系列夾裝式時差法超聲波流量計，采用寬聲束發射技術，配合可變頻率傳送線路，使探頭可適用于不同的管材和管徑，還可測知管道里面被測液體的種類。據稱，可測最小管徑達6．35mm。

超聲波流量計