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1、班级： 09计控1、2班 日期：2023年6月23日 编号：18-1教 学 目 的 与 要 求项目四 液位和流量检测 单元三 流量的检测1熟悉常用超生波传感器检测组件的外形和基本原理；2掌握工业常用的流量检测方法；3学会超生波流量传感器检测系统安装和调试的目的。 (时间安排：2课时； 任课教师：朱其祥)本 课 重 点 与 难 点重点、难点: 工业常用的流量检测方法。课 堂 进 程顺序内 容1一、了解流量检测的意义及常见方法2二、传播速度差法3三、多谱勒式超声波流量传感器4四、思维训练5五、课堂提问6六、小结7七、板书安排复习上节课内容：（略）一、了解流量检测的意义及常见方法1、流量的检测意义
2、流量的检测对于实现生产过程中的自动化，提高生产效率，保证产品质量，保障安全生产，促进科学技术的进步，都具有十分重要的意义。 在工农业生产、军事工程、航天技术和平常生活中，流量检测在占有重要地位。 目前，随着科学技术的发展，流量检测引入超声波、激光、电磁、核技术及微计算机等新技术，使得无接触无活动部件的间接测量技术迅速发展，为流量检测开拓新的领域。 2、液体流量的常用检测方法流量是指流体在单位时间内通过某一截面的体积数或质量数，分别称为体积流量和质量流量。若将瞬时流量对时间进行积分，求出累计体积或阶级质量的总和，称为累计流量，也称之为总量。即: 体积流量: 单位：M3/H ； 质量流量: 单位：
3、T/H； 累计流量: 单位：T/H。 影响流量测量有很多外部和内部的因素。因此，要准确的检测流量，就必须研究不同流体在不同条件下的流量检测方法。 超声波流量计可以做成非接触式传感器，常用于强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量。3、起声波流量计检测液体流量的方法根据检测的方式，超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法和相关法等。按照换能器的配置方法不同，超声波流量计又可分为Z法(透过法)、V法(反射法)和X法(交叉法)等， Z法(透过法) V法(反射法) X法(交叉法)二、传播速度差法传播速度差法是检测超声波在流体顺流和逆流的速度之差反映其流量的，根据两束超声波
4、速度之差，检测出液体的平均速度和流量。它又可以分为时间差、相位差和频率差等检测方法。1、时间差式设超声波的传播方向与液体的流动方向的夹角为，液体在管道内平均速度为V，在静止液体中声速为C，管道的内径为D。则超声波的顺流与逆流传播时间差为： 则：体积流量约为： 当管道条件、换能器安装位置和声速拟定以后，C、D、即为常数，流体流速和时间差T成正比，通过测量时间差就可得到流体流速，进而求得流体流量。2、相位差式相位差式超声波流量计的换能器加正弦波信号电源。超声波的顺流与逆流传播相位差为： 则：体积流量约为： 当管道条件、换能器安装位置、发射频率和声速拟定以后，其、C、D、即为常数，流体流速和相位差成
5、正比，通过测量相位差就可得到流体流速，进而求得流体流量。3、频率差式超声波的顺流与逆流传播频率差为：则：体积流量约为： 当管道条件、换能器安装位置拟定以后，其D、即为常数，流体流速和频率差F成正比，通过测量频率差就可得到流体流速，进而求得流体流量。三、多谱勒式超声波流量传感器在平常生活中，我们都会有这种经验：当一列鸣着汽笛的火车通过某观测者时，他会发现火车汽笛的声调由高变低. 为什么会发生这种现象呢？这是由于声调的高低是由声波振动频率的不同决定的，假如频率高，声调听起来就高；反之声调听起来就低.这种现象称为多普勒效应，它是用发现者克里斯蒂安多普勒的名字命名的，多普勒是奥地利物理学家和数学家.他
6、于1842年一方面发现了这种效应。为了理解这一现象，就需要考察火车以恒定速度驶近时，汽笛发出的声波在传播时的规律.其结果是声波的波长缩短，仿佛波被压缩了.因此，在一定期间间隔内传播的波数就增长了，这就是观测者为什么会感受到声调变高的因素；相反，当火车驶向远方时，声波的波长变大，仿佛波被拉伸了。 因此，声音听起来就显得低沉.定量分析得到f1=（u+v0）f /（u-vs） ，其中vs为波源相对于介质的速度，v0为观测者相对于介质的速度，f表达波源的固有频率，u表达波在静止介质中的传播速度. 当观测者朝波源运动时，v0取正号；当观测者背离波源（即顺着波源）运动时，v0取负号. 当波源朝观测者运动时
7、vs前面取负号；前波源背离观测者运动时vs取正号. 从上式可以很容易得知，当观测者与声源互相靠近时，f1f ；当观测者与声源互相远离时f1f 设声源S，观测者L分别以速度Vs,Vl在静止的介质中沿同一直线同向运动，声源发出声波在介质中的传播速度为V，且Vs小于V，Vl小于V。当声源不动时，声源发射频率为f,波长为X的声波，观测者接受到的声波的频率为： f=(V-Vl)V/(V-Vs)X=(V-Vl)f/(V-Vs) 所以得 （1）当观测者和波源都不动时，Vs=0,Vl=0,由上式得f=f （2）当观测者不动，声源接近观测者时，观测者接受到的频率为F=Vf/(V-Vs) 显然此时频率大于本来的频
8、率 1、多谱勒效应换能器F1发射频率为F1的超声波，通过管道内液体中的悬浮颗粒或气泡其频率将发生偏移，以F2的频率反射到换能器F2，这种现象就是多谱勒效应。F2与F1的频差之差，即为多谱勒频差F。定义2：相对运动体之间有电波传输时，其传输频率随瞬时相对距离的缩短和增大而相应增高和减少的现象2、多谱勒式超声波流量传感器的原理设流体流速为V，超声波声速为C，多谱勒频移F正比于流体流速V，即：则： 体积流量约为： 当管道条件、超声波换能器安装位置、发射频率和声速拟定以后，参数C、D、F1、即为常数，其流体流速和超声波多谱勒频移成正比。通过检测多谱勒频移就可得到流体流速，进而求得流体的流量。四、思维训
9、练1、根据所检测液体高度和电流的变化，能判断出它是什么液体吗？ 2、电容式物位传感器除了检测液位外，可以检测粘液和粒状、粉末状材料（如仓储的粮食、洗衣粉、砂、水泥和煤粉等物质）的物面吗？ 3、电容式物位传感器检测液位，是否规定被测材料的介电常数保持恒定？ 4、根据检测液体的密度和体积流量的变化，能计算出它的质量密度变化吗？5、超声波传感器除了检测纯净液体的流量外，能否检测混合液体的流量？可以检测气体、粒状和粉末状材料（如有害的气体、仓储的粮食、洗衣粉、砂、水泥和煤粉等物质）的流量？ 6、为了消除与超生波速度有关的温度漂移，应选用那种检测方式的超声波传感器？ 7、根据检测液体的密度和体积流量的变化，你能计算出它的质量密度变化吗？ 8、超声波传感器除了检测纯净液体的流量外，能否检测混合液体的流量？可以检测气体、粒状和粉末状材料（如有害的气体、仓储的粮食、洗衣粉、砂、水泥和煤粉等物质）的流量？ 9、为了消除与超生波速度有关的温度漂移，应选用那种检测方式的超声波传感器？ 五、课堂提问：六、小结：七、板书安排黑板分为三个部分：左边为标题，不擦除。中部为具体讲解，更新擦除。右边以图形为主，也可以写临时性内容。
