超音波流量計：它們如何工作？

超音波流量計工作原理-都普勒效應

都普勒效應，也稱為都普勒頻移，是日常生活中眾所周知的現象，當您聽到救護車鳴笛駛過時，您就會體驗到這種現象。 您可能已經注意到，當救護車接近您時，警報器的音調顯得較高（較高的聲音頻率），而當救護車經過並遠離您時，警報器的音調突然變低（較低的頻率）。 這是因為，當“發射器”以一定速度向您移動時，聲波會在一定程度上被壓縮，從而產生更高的頻率，從而產生更高的音調。 同樣，當發射器移開時，聲波會擴展，從而發出較低的音調。

在超音成像中測量血流速度時會發生類似的情況：當血管中的紅細胞等移動顆粒反射這些波時，超音波頻率會發生變化。 由於頻率的變化與移動（和反射）顆粒的速度直接相關，因此該頻移是反射（和移動）顆粒的流速的量度，因此是包含這些顆粒的流體的流速的量度。 這顯示了都普勒效應對於液體流量測量的限制：液體需要包含反射超音波的顆粒——固體顆粒或夾帶的氣泡。 因此，該技術不適用於含有顆粒的液體。

超音波流量計工作原理 - 傳輸時間原理

使用超音波進行流量測量的另一種傳統方法（不依賴於流動液體中的顆粒）是將超音波發射器放置在流體管的一側，並在管的對角線上放置傳感器。 當液體流經管道時，超音波從發射器到傳感器的上游和下游方向的傳輸時間差是液體流速的直接測量。 結合已知的管橫截面，計算體積流量。

基於傳輸時間的流量測量最適合大直徑管道和高流量範圍，並且具有實際可測量的傳輸時間差，因此不適用於小直徑管道和低流量。 聲音在小直徑管中從發射器傳播到接收器將導致非常小的時間帶； 由於傳感器管的直徑較小，這變得更加困難。

儘管這表明（超音波）可用於流量測量，但應用都普勒效應或傳統傳播時間的原理並不適合純流體或低流量。 為此，還有另一種解決方案：超音波技術。

2. 超音波技術

如何對低至每分鐘 0.4 升的低流速純（以及非純）液體進行流量測量？ 為此，基於超音波在非常小的直傳感器管內傳播而沒有障礙物或死角的技術是合適的，這個技術適用低流量。

實際上，其工作原理如下。 流體流過傳感器管。 在傳感器管的外表面上，多個換能器環沿著管徑向放置，通過振盪產生超聲波。 每個傳感器都可以發射和接收 - 因此所有上游和下游組合都會被記錄和處理。 允許傳感器之間的相互間距足夠大，記錄之間的傳輸時間差足夠大（在納秒範圍內）以計算可靠的流體流速。 通過以智能方式濾除乾擾聲波，可以進一步增強這種效果。

4. 客戶製程中的超音波流量計

在糖果行業：生產糖果

ES-FLOW所包含的直傳感器管沒有障礙物或死角，並且具有自排水性，符合食品和飲料加工所需的衛生標準。 因此，這是ES-FLOW超音波流量計的應用領域之一。 這些儀器用於測量作為糖果生產過程添加劑提供的著色劑、調味劑和酸的量，從而改善製程質量控制。
 

HVOF 噴塗工藝中的超音波流量計

ES-FLOW 超音波流量計系列用於 HVOF 噴塗解決方案，以塗覆可提高耐磨性、耐腐蝕性和耐溫性的塗層。 在此應用中，ES-FLOW 通過控制幫浦以獲得所需的工藝壓力，可以更好地控制塗層質量和厚度。
 

ES-FLOW超音波流量計在mRNA疫苗生產中的應用

在 mRNA 疫苗生產的混合系統中，ES-FLOW 超音波流量計用於 CIP（原位清潔）目的，以便能夠在不同批次之間使用液體清潔劑沖洗生產線。

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