超聲波技術(shù)在工業(yè)測量中的應(yīng)用
１ 引言
超聲波技術(shù)的聲學(xué)特性早已為人們所認(rèn)識。但是，把超聲波技術(shù)運(yùn)用到工業(yè)測量中，則是近一、二十年來，隨著微電腦及電子技術(shù)的發(fā)展，對超聲波信號發(fā)射、捕捉及處理手段的日益完善才得以實現(xiàn)的。目前，超聲波物位計和超聲波流量計已被廣泛使用。
２ 超聲波的聲學(xué)特性
超聲波是指頻率超過２０ｋＨｚ的聲波。為了充分認(rèn)識超聲儀表，有必要了解其相關(guān)的特性。
（１）聲速特性
超聲波可以在固體、液體和氣體中以不同的速度進(jìn)行傳播，其速度受介質(zhì)溫度、壓力等因素的影響，但在相同外部環(huán)境下，超聲波在同一介質(zhì)中的傳播速度是一常數(shù)。這是所有超聲儀表進(jìn)行測量的基礎(chǔ)。
（２）反射特性
超聲波從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時，由于兩種介質(zhì)密度不同，因而在兩種介質(zhì)分界面，其方向傳播會發(fā)生改變：其中一部分折射入另一種介質(zhì)，另一部分被反射回來。
當(dāng)超聲波以氣體傳播到固體或液體時，由于兩種介質(zhì)密度相差懸殊，聲波幾乎全部被反射，超聲波物位計充分利用了這一特性。
當(dāng)超聲波以固體傳播到液體（或反過來）時，聲波因為傳播的介質(zhì)密度相近而幾乎全部折射，超聲波流量計則利用了這一特性。
（３）衰減特性
超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計還是超聲波物位計，對所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要對各種衰減進(jìn)行抑制。
３ 超聲波流量計及其應(yīng)用概況
３．１兩類超聲波流量計
目前應(yīng)用于工業(yè)測量的超聲波流量計主要有兩類，即多譜勒式超聲波流量計和時差式超聲波流量計。它們都采用了現(xiàn)代高精技術(shù)來處理超聲波信號，都應(yīng)用了超聲波的相關(guān)聲學(xué)特性，但其工作原理及應(yīng)用場合等方面仍有很大不同，如表１所示。
３．２兩類超聲波流量計測量原理
表１為了正確選型和合理使用超聲波流量計，并且對實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、總結(jié)和解決，需要了解兩類儀表的工作原理。
（１）多譜勒超聲波流量計
兩個探頭對稱地裝在待測流體管路兩側(cè),發(fā)射探頭發(fā)射頻率為ｆ１的超聲波信號，經(jīng)過管道內(nèi)液體中的懸浮顆粒或氣泡后，頻率發(fā)生偏移，以ｆ２的頻率反射到接收探頭，這就是多譜勒效應(yīng)，ｆ２與ｆｌ之差即為多譜勒頻移ｆｄ。
設(shè)流體流速為ｖ，超聲波聲速為ｃ，多譜勒頻移ｆｄ正比于流體流速ｖ：
即：ｆｄ＝ｆ２－ｆ１＝
