氣體超聲波流量計(jì)高溫高壓換能器的研究.pdf

1、超聲波流量計(jì)以其不需在流體中間安裝組件；無(wú)損節(jié)能型的：不受介質(zhì)的溫度、粘度等性質(zhì)的影響，輸出特性范圍寬；可用于測(cè)量不易接觸和觀察的流體；組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；通用性好，特別適合大口徑測(cè)量，儀表價(jià)格隨口徑的變化不大，故對(duì)大口徑而言是物美價(jià)廉等突出的優(yōu)點(diǎn)而具有強(qiáng)大的生命力。由于受壓電晶片居里溫度的限制，超聲波換能器的使用溫度一般不能太高，同時(shí)為了使超聲波換能器在高壓狀態(tài)下使用也需要對(duì)換能器的結(jié)構(gòu)作一些特殊的研究。本文針對(duì)氣體超聲波流量計(jì)

2、的高溫高壓換能器，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了一些研究：1.引入有限元方法對(duì)聲場(chǎng)流體問(wèn)題中的矩陣推導(dǎo)、聲場(chǎng)吸聲問(wèn)題及聲場(chǎng)流固耦合問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，得到了空氣流體中的聲場(chǎng)有限元計(jì)算方法。2.研究了圓柱體換能器和圓柱體后接圓錐體換能器的聲波傳播理論，得到了它們的聲場(chǎng)分布方程、頻率方程以及振幅比的計(jì)算公式。3.采用ANSYS軟件，通過(guò)有限元模擬，計(jì)算了三種結(jié)構(gòu)氣體超聲波換能器的頻率特征，換能器在空氣中的聲場(chǎng)分布，以及換能器軸線上的

3、聲壓分布。4.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三種直徑為30mm的圓柱形氣體超聲波換能器，在距離為10cm時(shí)，信號(hào)幅值為1300mV、415mV和370mV，在距離為50cm時(shí)，信號(hào)的幅值為330mV、90mV和80mV，共振頻率與理論計(jì)算的誤差為4KHz。5.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了二種圓柱直徑為30mm長(zhǎng)度為500mm圓錐直徑為45mm的圓柱錐形超聲波換能器，在距離為10cm時(shí)，信號(hào)幅值為930mV和91OmV，在距離為50cm時(shí)，信號(hào)的幅值為495mV和

4、410mV，共振頻率與理論計(jì)算的誤差為6-10KHz。該換能器現(xiàn)已用于溫度200℃，壓力20KPa的高爐煤氣流量的測(cè)量。6.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了二種法蘭直徑為90mm，圓錐直徑為45mm，圓柱直徑為30mm，圓柱長(zhǎng)度分別為220mm和25mm的法蘭式圓柱錐形氣體超聲波換能器，在距離為1Ocm時(shí)，信號(hào)幅值為800mV和900mV，在距離為50cm時(shí)，信號(hào)的幅值為290mV和300mV，共振頻率與理論計(jì)算的誤差為2KHz。該兩種換能器現(xiàn)已分