1 超声波流量计原理

1.1 组成

非接触式超声波测量系统由两部分组成：一个超声波信号换能器和一个远距安装的电子发收器。换能器不断发射一系列的超声波并接收自被检测的液体或固体表面返回的反射回波。发射器中的微处理器将信号作进一步处理，并将数据作为LCD数字显示。

(1)声波是机械波的一种，频率超过2×104 Hz的声波为人耳所听不到的超声波频率。它的波长L、频率f与速度c的关系为

L=c/f

(2)超声波的反射和折射

当声波传播至两介质的分界面，一部分能重返原介质，称为反射波，另一部分能量透过介质面到另一介质面内继续传播，称为折射波。

反射定律：Sina/ Sina'==C1/C2

式中，入射角a，入射波速C1，反射角a'，反射波速C2。

折射定律：SINa/ SINb==C1/C2

式中， 入射角a，折射角b ， C1为第一介质波速， C2为第二介质波速。

1.2 超声波流量计的特点

超声波的显著特征是频率高，因而波长短、绕射现象小、方向性好。能够称为射线而定向传播。在液体、固体中衰减小、穿透本领大，遇到杂质或分界面就会有显著的反射。超声波传感器就是利用超声波的这些显著特征在许多科学领域即工业生产中得到广泛的应用。

1.3 超声波换能器

超声波换能器又称超声波探头，它是实现电能和声能相互转换的一种器件，在超声波检测技术中，把超声波发射出去再接收回来变换成电信号的仪器装置，就是超声波换能器，即探头.用于检测的超声波换能器有多种，如压电型、磁致伸缩型、电磁型、振板型、弹性表面波型等等。检测技术中，主要采用的是压电型。

1.4 优缺点简析

优点：

◆可做非接触式测量;

◆为无流动阻挠测量，无压力损失;

◆可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

◆超声波流量级的最大优点就是无需切断管道，即可作无阻挠流量测量，是真正不接触介质的流量仪表。

缺点：

◆传播时间只能用于清洁液体和气体;而多普勒法只能用于测量含有定量悬浮颗粒和气泡的液体;

◆多普勒法测量精度不高。

2 应用

超声波测量是一种通过测定物位来测量容器储量的方法。超声波传感器自上向物料表面发送超声波脉冲，接收从表面反射回来的回波。它测定超声波的传播时间，并推算出与反射表面的距离。

传播时间是超声波传感器与物位之间距离的直观量纲。声波的传播距离是传播时间和声速的的乘积。如果已知超声波传感器的位置，那末就能换算出物位(以及储量)。空气中的声速变化范围很大，因此，声波传感器需要进行温度补偿，如果用于空气以外的其他气体，就应该进行相应的标定。

3.1 测量流量

在污水处理厂的流量测量仪表中，按照安装形式分类只有两种形式的流量计：管道式和明渠式。

明渠式超声波流量计是一种在污水处理厂应用很广泛的流量计。因此我们在这里仅就明渠式流量计简单说明一下，在明渠中液体的流量与槽上某处的液位具有确定的关系，即：

Q=Kbhm

式中，Q为流量，K为流量系数，b为堰口宽度，h为液位高度 ，m为指数。

对于一定形状的水槽，其中k、b、m 的值是一定的，因此只要测量到液位h就可以计算出流量。由此可见，用于明渠流量计量的超声波流量计实际上是测量液位。

3.2 测量液位

超声波液位计由于属于非接触测量，精确度高，维护量较小，因此在污水处理厂得到了广泛的应用。