测量非稳定性流体的流量计-超声流量计    设计了一种流量计、其特点是通用性大,不仅能用来测量液体的流量,而且还能测量气体的流量,其精度为1%.     由于在很多专著中都已讲到了超声流量计的优缺点,因此在这里只讨论该流量计与一般超声流量计的区别. 脉冲式流量计需要应用相当复杂的仪器设备,这种流量计的主要缺点在于:它虽能指出与声波传播速度变化有关的示值,但由于要求发送脉冲的频率严格地稳定,故不能用来足够精确地测量流体的小流速. 文中所述流量计的特点是调节简单（用电位差计能将平衡减小到零）,使用简便流量计在最宽流速范围内（从每秒几厘米到几十米）具有高度的精确性.这种流量计可用来测量任何一种均匀介质的流量. 我们设计了一种流量计,其工作原理如图1所示.     用共振频率相同的压电石英片作超声辐射器和接收器,从高频振荡器得到能源的辐射石英能保证产生良好的超声射束,调节接收石英,使每块石英上可接收到的声束几乎相同.无论是辐射石英还是接收石英,它们都夹紧在管道的外面,超声束沿直径方向横过管道（在高频工作时管壁不会阻碍超声波的传播,也不会使声束产生失真）,接收石英片的连接直使两石英片上所产生的电压反相.困此,当管道内容物在流动时,在接收石英片的声束作用范围将重新分布,这种重新分布的特性可从超声束中能流矢量的表达式中明显看出:                 （1）     式中 v为介质粒子位移速度的相加矢量;ρ为流过管道的介质密度;P为超声束中的声压.     在介质位移速度恒定的情况下,矢量I的周期平均值将偏差一个角度:         （2）     式中 c为声速;v为介质的位移速度     若辐射石英和接收石英之间的距离己知（这里必须取管道的内径）,即可求出声束沿接收石英传播的距离,声束在接收石英片中的传播会引起其上的电压发生变化,并使放大器的输入失去平衡,工作信号经过放大、检波输至指示器中,而这仪器的刻度可以刻成流体或气体的流量计量单位.应该注意,当介质的移动速度很低时,α角很小,而使超声束沿着声波接收器而稍有移动,结果由于管道的可能变形（例如温度变形）使流速的测量有显著误差.这种变形是因为超声辐射器和接收器的相对移动而产生的.因此,当测量结果要求很精确时,应尽量减小管道测量段的可能变形.         由于在所测流量的介质中,声波传播速度变化时流量计工作原理的本身将会产生局部的补偿,所以在某些情况下,允许介质物理性能略有变化（由温度、浓度等变化所引起）,而不致显著防碍测量的精度.简化公式（2）,则可得到所有速度范围内都具有足够精度的式子:         上述流量计在极不均匀的介质中或是它们的尺寸很大时,以及在管道内流动介质有突变的可能性的情况下,均不适用. 超声流量计经过实验试用,在该流量计中曾采用厚度为1mm、共振频率为2.86MHz、表面有效面积为1cm2的X—石英片作辐射器和接收器,辐射器与接收器之间的距离为80mm.辐射器的输入电压约为6V.应用这种流量计可以测出每秒十分之几毫米的速度. 由此可见,α角与声波在介质中的传播速度有关.如果这一速度发生变化,则α角也将相应变化.这样就能使超声束沿着声波接收器移动,这种移动将为声速的增加或减少而引起介质声阻抗的相应增高或减低所补偿.当介质的声阻抗改变时,辐射器的输出随之改变,其输出变化如下:如声速增加时α角减小,则能流密度增大;输入到放大器输入端的电压将与能流密度成正比.因为α角的减小会使此电压降低,而液体的密度和能量的增大都会使该电压升高,所以此电压与声波传播速度的变化关系很小.此外,由于与声速成正比的波长的变化,辐射器的指向性图象发生锐度变化,从而降低了测量的精确度.因为这方面的详细研究超出本文范围,我们只讨论下面的具体例子:     对于10%的NaCl溶液,ρ=1.0707g/cm3,c=1470m/s;对于20%的NaCl溶液,ρ=1.1478g/cm3,c=1650m/s.计算结果指出:在后一种情况下,放大器的电压变化只有8.5%,而声速的变化为22%.通过内插法,则在声波传播速度变化2.5%时测量精度为±1%.     对于声阻抗和声速非常特殊的介质的流量测定,则应以仪表的另一种刻度来读出流量.     参考文献     [1] 菊池喜充.超声探伤法[M].广州:广东科技出版社.1981.     [2] 川西欲郎,小官勤一,山崎弘郎.流量测量手册[M].北京:计量出版杜,1982.     [3] J.szilard.超声波检测新技术[M].北京:科学出版杜,1991.推荐产品.电磁流量计,压力变送器,孔板流量计,V锥型流量计,超声波流量计,涡街流量计,涡轮流量计,热电偶.