設(shè)計(jì)了一種超聲波流量計(jì)是通用性大,不僅能用來(lái)測(cè)量液體的流量,而且還能測(cè)量氣體的流量,其精度為1%. 我們?cè)O(shè)計(jì)了一種流量計(jì),其工作原理如圖1所示. 由于在很多專著中都已講到了超聲流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),因此在這里只討論該流量計(jì)與一般超聲流量計(jì)的區(qū)別. 脈沖式流量計(jì)需要應(yīng)用相當(dāng)復(fù)雜的儀器設(shè)備,這種流量計(jì)的主要缺點(diǎn)在于:它雖能指出與聲波傳播速度變化有關(guān)的示值,但由于要求發(fā)送脈沖的頻率嚴(yán)格地穩(wěn)定,故不能用來(lái)足夠精確地測(cè)量流體的小流速. 文中所述流量計(jì)的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單（用電位差計(jì)能將平衡減小到零）,使用簡(jiǎn)便流量計(jì)在最寬流速范圍內(nèi)（從每秒幾厘米到幾十米）具有高度的精確性.這種流量計(jì)可用來(lái)測(cè)量任何一種均勻介質(zhì)的流量.用共振頻率相同的壓電石英片作超聲輻射器和接收器,從高頻振蕩器得到能源的輻射石英能保證產(chǎn)生良好的超聲射束,調(diào)節(jié)接收石英,使每塊石英上可接收到的聲束幾乎相同.無(wú)論是輻射石英還是接收石英,它們都夾緊在管道的外面,超聲束沿直徑方向橫過(guò)管道（在高頻工作時(shí)管壁不會(huì)阻礙超聲波的傳播,也不會(huì)使聲束產(chǎn)生失真）,接收石英片的連接直使兩石英片上所產(chǎn)生的電壓反相.困此,當(dāng)管道內(nèi)容物在流動(dòng)時(shí),在接收石英片的聲束作用范圍將重新分布,這種重新分布的特性可從超聲束中能流矢量的表達(dá)式中明顯看出: 在介質(zhì)位移速度恒定的情況下,矢量I的周期平均值將偏差一個(gè)角度: 式中 v為介質(zhì)粒子位移速度的相加矢量;ρ為流過(guò)管道的介質(zhì)密度;P為超聲束中的聲壓. 式中 c為聲速;v為介質(zhì)的位移速度 若輻射石英和接收石英之間的距離己知（這里必須取管道的內(nèi)徑）,即可求出聲束沿接收石英傳播的距離,聲束在接收石英片中的傳播會(huì)引起其上的電壓發(fā)生變化,并使放大器的輸入失去平衡,工作信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、檢波輸至指示器中,而這儀器的刻度可以刻成流體或氣體的流量計(jì)量單位.應(yīng)該注意,當(dāng)介質(zhì)的移動(dòng)速度很低時(shí),α角很小,而使超聲束沿著聲波接收器而稍有移動(dòng),結(jié)果由于管道的可能變形（例如溫度變形）使流速的測(cè)量有顯著誤差.這種變形是因?yàn)槌曒椛淦骱徒邮掌鞯南鄬?duì)移動(dòng)而產(chǎn)生的.因此,當(dāng)測(cè)量結(jié)果要求很精確時(shí),應(yīng)盡量減小管道測(cè)量段的可能變形. 對(duì)于10%的NaCl溶液,ρ=1.0707g/cm3,c=1470m/s;對(duì)于20%的NaCl溶液,ρ=1.1478g/cm3,c=1650m/s.計(jì)算結(jié)果指出:在后一種情況下,放大器的電壓變化只有8.5%,而聲速的變化為22%.通過(guò)內(nèi)插法,則在聲波傳播速度變化2.5%時(shí)測(cè)量精度為±1%. 由于在所測(cè)流量的介質(zhì)中,聲波傳播速度變化時(shí)流量計(jì)工作原理的本身將會(huì)產(chǎn)生局部的補(bǔ)償,所以在某些情況下,允許介質(zhì)物理性能略有變化（由溫度、濃度等變化所引起）,而不致顯著防礙測(cè)量的精度.簡(jiǎn)化公式（2）,則可得到所有速度范圍內(nèi)都具有足夠精度的式子: 由此可見,α角與聲波在介質(zhì)中的傳播速度有關(guān).如果這一速度發(fā)生變化,則α角也將相應(yīng)變化.這樣就能使超聲束沿著聲波接收器移動(dòng),這種移動(dòng)將為聲速的增加或減少而引起介質(zhì)聲阻抗的相應(yīng)增高或減低所補(bǔ)償.當(dāng)介質(zhì)的聲阻抗改變時(shí),輻射器的輸出隨之改變,其輸出變化如下:如聲速增加時(shí)α角減小,則能流密度增大;輸入到放大器輸入端的電壓將與能流密度成正比.因?yàn)棣两堑臏p小會(huì)使此電壓降低,而液體的密度和能量的增大都會(huì)使該電壓升高,所以此電壓與聲波傳播速度的變化關(guān)系很小.此外,由于與聲速成正比的波長(zhǎng)的變化,輻射器的指向性圖象發(fā)生銳度變化,從而降低了測(cè)量的精確度.因?yàn)檫@方面的詳細(xì)研究超出本文范圍,我們只討論下面的具體例子: 上述流量計(jì)在極不均勻的介質(zhì)中或是它們的尺寸很大時(shí),以及在管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)有突變的可能性的情況下,均不適用.對(duì)于聲阻抗和聲速非常特殊的介質(zhì)的流量測(cè)定,則應(yīng)以儀表的另一種刻度來(lái)讀出流量. 超聲流量計(jì)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)試用,在該流量計(jì)中曾采用厚度為1mm、共振頻率為2.86MHz、表面有效面積為1cm2的X—石英片作輻射器和接收器,輻射器與接收器之間的距離為80mm.輻射器的輸入電壓約為6V.應(yīng)用這種流量計(jì)可以測(cè)出每秒十分之幾毫米的速度.推薦產(chǎn)品.電磁流量計(jì),壓力變送器,新型靶式流量計(jì),超聲波流量計(jì),渦街流量計(jì),渦輪流量計(jì),熱電偶.