介紹順儀儀表超聲波流量計探頭

摘要：介紹了一種新型的適于安裝在管道上的外夾式超聲波多普勒流量計探頭。詳細介紹了超聲多普勒流量計傳感器的原理、結(jié)構(gòu)，各主要組成部件的材料、外形、功能及重要參數(shù)等，并闡述了探頭的發(fā)射電路基本結(jié)構(gòu)、原理圖及仿真結(jié)果。經(jīng)實踐檢驗，該超聲波換能器具有良好而穩(wěn)定的性能，且有廣泛的應(yīng)用前景。
　　　　
　　引言
　　
　　超聲多普勒探頭，即換能器是多普勒流量計的傳感原件，通常安裝在被測流體的管道外部，不接觸被測流體，不干擾流體的流動，無壓力損失，維修方便，特別適用于有毒、有害、有腐蝕性和帶有磨料的液體。其突出優(yōu)點是可實現(xiàn)高分辨率，對流速變化響應(yīng)快，對流體的壓力、粘度、溫度、密度及導(dǎo)電率等因素不敏感，沒有零點漂移問題。它直接影響流量計的測量準確度，因此無論是流量計的設(shè)計制造者還是
　　
　　使用部門，對換能器的選型、材料、結(jié)構(gòu)、工藝及安裝都非常重視，渴求獲得精度高、性能穩(wěn)定的傳感器。
　　
　　1、超聲傳感器
　　
　　超聲傳感器，也即*，是產(chǎn)生超聲波和接收超聲波的裝置，是超聲定位系統(tǒng)中的重要組成部分。
　　
　　通常所說的超聲傳感器是指電聲換能器，是一種既可以把電能轉(zhuǎn)化為聲能、又可以把聲能轉(zhuǎn)化為電能的器件或裝置。用來發(fā)射聲波的傳感器稱為發(fā)射器，當傳感器處在發(fā)射狀態(tài)時，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再將機械能轉(zhuǎn)換為聲能來接收聲波的傳感器稱為接收器，當傳感器處在接收狀態(tài)時，將聲能轉(zhuǎn)換為機械能，再轉(zhuǎn)換為電能。超聲傳感器的工作原理大體是相同的，通常都有一個電儲能元件和一個機械振動系統(tǒng)。當用作發(fā)射器時，從激勵電源的輸出級送來的電振蕩信號將引起傳感器中電儲能元件中電場或磁場的變化，這種電場或磁場的變化對傳感器的機械振動系統(tǒng)產(chǎn)生一個推動力，使其進入振動狀態(tài)，從而推動與傳感器機械振動系統(tǒng)相接觸的介質(zhì)發(fā)生振動，向介質(zhì)中輻射超聲波。接收超聲波的過程正好與此相反，在接收超聲波的情況下，外來超聲波作用在傳感器的振動面上，從而使傳感器的機械振動系統(tǒng)發(fā)生振動，借助于物理效應(yīng)引起傳感器儲能元件中的電場或磁場發(fā)生相應(yīng)的變化，從而引起傳感器的電輸出端產(chǎn)生一個相應(yīng)于聲信號的電壓和電流。通過對電壓或是電流信號的數(shù)字處理，獲取所需信息。超聲多普勒流量計探頭正是應(yīng)用這種原理制造的。
　　
　　2、超聲多普勒流量計探頭結(jié)構(gòu)
　　
　　超聲多普勒流量計的外夾式探頭，測量、安裝和維修均不影響管道流體狀態(tài)，無流動壓力損失，且便攜性好，拆卸方便。其探頭結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。