新型时差法超声波流量计

超声波时差法测量

题目：超声波传输时差法的测量 姓名： . 学号： . 班级： . 同组成员： . 指导教师： . 日期： .

关键词：超声波流量计，时差法，换能器，脉冲 第一部分:摘要 1.中文摘要： 超声波用于气体和流体的流速有许多优点。和传统的机械式流量仪表，电磁式流量仪表相比它的计量精度高，对管径的适应性强，非接触流体，使用方便，易于数字化管理等。 近年来，由于电子计术的发展，电子元器件的成本大幅度下降，思潮申博流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。 根据其原理，研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了一定的探讨和研究：根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了相关了解。针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响。在多种测量原理及方法下，这里我们则采用的是多脉冲测量法的原理和应用。 当然，我们还要结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行详细的分析和设计，讨论器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了换能器发射和接收超声波的等效电路，当其换能器发射超声波时，相当于换能器给相应的计数环节给以上升沿脉冲使其开始计数，同理，当换能器接收超声波时也产生一个上升沿脉冲，来作用于相对应的计数器使其停止计数。 针对超声波流量计的工作环境，由于条件的限制，我们只能在普通环境下进行我们的课题设计。对造成超声波流量测量误差的各种因素我们也只能进行常规

的分析以及改进。 2.英文摘要： The FV ultrasonic flowmeter is designed to measure the fluid velocity of liquid within a closed conduit. The transducers are a non-contacting, clamp-on type, which will provide benefits of non-foulingoperation and easy installation. The FV transit-time flowmeter utilizes two transducers that function as both ultrasonic transmitters and receivers. The transducers are clamped on the outside of a closed pipe at a specific distance fromeach other. The transducers can be mounted in V-method where the sound transverses the pipe twice,or W-method where the sound transverses the pipe four times, or in Z-method where the transducersare mounted on opposite sides of the pipe and the sound crosses the pipe once. This selection of themounting method depends on pipe and liquid characteristics. The flow meter operates by

超声衍射时差(TOFD)技术原理简介(含图表)

超声衍射时差（TOFD）技术原理简介（含图表） 1.超声衍射时差(TOFD)技术介绍 “TOFD”即Timeofflightdiffraction，译成中文是“超声波衍射时差法检测”，TOFD检测技术原理是利用超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时，将在缺陷尖端发生迭加到正常反射波上的衍射波，探头探测到衍射波，从而判定缺陷的大小和深度。极大地提高了缺陷检出率。TOFD检验技术具有缺陷检出能力强、缺陷定位精度高、节省设备的制造时间等特点，在检测资料上保证安全，并且可以用数字型式永久保存，恰好弥补了常规超声波检测技术的不足。 此技术首先是应用于核工业设备检验，如今在电力、石化、管道、压力容器、钢结构等方面多有应用。 上个世纪七十年代早期，英国原子能管理局(UnitedKingdomAtomicEnergyAuthority，即UKAEA)的国家无损检测研究中心的Harwell实验室提出了了超声波衍射在UT中应用的原理。UKAEA为了开发比常规超声波检测更精确的缺陷定量技术，最早由史可·毛瑞斯(SILKMG)博士开发出了超声衍射时差技术 - 1 -

(TimeofFlightDiffraction，简称TOFD)。后来欧美国家的有关机构进行了大量的试验，到80年代早期证实，对于核反应堆的压力容器和主要部件，TOFD技术作为超声检测是可行的，其可靠性和精度要高于常规超声检测(即脉冲回波)技术；相比常规的脉冲回波技术，当时的TOFD 技术有几个最明显的不同，一是很高的定量精度，绝对误差<±1mm，而裂纹监测的误差<±0.3mm；二是对缺陷的方向和角度不敏感，不向脉冲回波技术那样对某些方向的缺陷有“盲区”；三是对缺陷的定量不是基于信号的波幅，而是基于缺陷尖端衍射信号的声程和时间。 后来开发了便携的设备系统(即国际无损检测中心的ZIPSCAN)，TOFD技术被国际工业界广泛公认。90年代，该项技术开始应用与石油化工管线的检测。此后，BSI、ASTM、ASME以及EN等相继承认了TOFD检测技术，颁布并不断修订了有关标准。而发展到今天，世界上有很多无损检测设备制造商开发了很多数字化的无损检测系统可以满足上述标准进行TOFD检测。当然，顶尖的制造商的设备系统可能还具备或者同时兼容常规超声、超声相控阵(PA)、常规涡流(ECT)和涡流阵列(ECTARRY)检 - 2 -

[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法

[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波 衍射时差法 摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。 关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究 TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-01 1 TOFD检测中的参数设置的重要性 TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。 脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。

其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。 如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。若PRF设置不当时将采集到空白A扫。 阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。 感抗damping项的单位是欧。知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。 在选择高低通滤波器频率时，推荐滤波器带通宽度的最小范围是0.5到2倍的探头中心频率。选择信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比，设置时间窗口覆盖A扫的有用部分，以便数字化。

时差法超声波流量计

时差法超声波流量计

1 引言 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。 2 超声波流量计分类 根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为多普勒法、波束偏移法、噪声发、相关法等。 2.1 多普勒法 多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。其工作原理如图1所示。 图1 多普勒法工作原理图 Fig.1 Theory of Doppler approach 管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为0f 的连续超声波。根据多普勒效应，在中间相交区的频率为1f ，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为 2f ，当粒子流速均为u 时，其关系为： )sin 21()sin 1()sin 1(02012C u f C u f C u f f β ββ-≈-=- = (1) β sin 2)(020f C f f u -= (2) 多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。 2.2 波束偏移法 波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。其测量原理如图2所示。

图2 波束偏移法原理图 Fig.2 Theory of beam-excursion approach 流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。 3 时差法原理 3.1 时差法 时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。基本原理如图3所示。 图3 时差法工作原理图 Fig.3 Theory of transit-time method 超声波换能器A 、B 是一对可轮流发射或接收超声波脉冲的换能器。设超声波信号在被测流体中的速度为C ，顺流从A 到B 时间为1t ，逆流从B 到A 时间为2t ，外界传输延迟总时间为0t 。则由几何关系可知 01sin cos /t v C d t ++= θ θ (3) 02sin cos /t v C d t +-= θ θ (4) 由于2 C >> θ2 2 sin v ,则

用时差法测量超声声速

用超声波流量计测量超声声速 姓名：田田班级：网络（2）班学号：090602231 摘要：在大学物理实验里，我们学习了用共振干涉法和相位比较法测量超声声速，但在工程中运用的是更为精确的时差法测量超声声速。在此，我们可以使用超声波流量计进行测量。超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。 关键字：时差法，超声声速，超声波流量计 Use ultrasound flowmeter measurement ultrasonic velocity Name:TianTian class: network (2) class student id: 090602231 Abstract:in university physics experiment, we studied the use is also called the resonant interfering method and phase comparison ultrasonic velocity measurement, but in engineering is the use of more precise time difference method for measuring the ultrasonic velocity. Here, we can use the ultrasonic flowmeter measurements. Ultrasonic flowmeter is through testing the fluid flow of ultrasonic beam (or ultrasonic pulse) role to measure flow meter. According to the principle of signal detection ultrasound flowmeter can be divided into velocity differential method (direct time difference method, the method of time difference, the method of phase difference and frequency offset method), beam migration method, doppler method, cross-correlation method, space filter method and noise method, etc. Ultrasonic flowmeter and electromagnetic flowmeter is same, because instrument circulation channel not set any block up pieces, belong to the unimpeded flowmeter is suitable for solving the flow measurement

时差法超声波流量计_2006_硕士论文-

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被供水、石油、化工、电力等部门广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。 本论文通过充分调研及查阅大量的文献资料，选择时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究，并设计了具体的硬件电路，主要工作及创新有： 1.研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式； 2.针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响；介绍了几种常用提高超声波测时精度方法的同时，讨论并采用了超声波时差测量的新方法——多脉冲测量法的原理和应用； 3.结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行了详细的分析和设计，讨论了器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了匹配性能良好的发射、接收电路；在信号调理上，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路来提高信号的可靠性；而且，采用主从单片机协同工作的方式，提高了系统的稳定性；在软件方面，给出了系统的软件流程图并较详细地叙述了算法的实现； 4.针对流量计的工作环境，对流量计系统的抗干扰性进行了研究，并采取了相应的软、硬件措施； 5.对造成超声波流量测量误差的各种因素进行了详细的分析、研究，并应用误差理论，对时差法超声波流量计的各种可能的误差进行了误差分配和合成；对硬件电路和软件进行了试验性的验证，给出了实验结果。 关键词：超声波流量计，时差法，传播时间

超声波时差法原理介绍

时差法超声波流量计的原理和设计 王润田 1 引言 超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。作为普及，我们将陆续撰写一些专题文章，来介绍一些相关知识，以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。本文主要介绍目前最为常用的测量方法：时差法超声波流量计的原理和设计。 2 时差法超声波流量计的原理 时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。 图1 时差法超声波流量测量原理示意图 图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：

式中X是两个换能器在管线方向上的间距。 为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。即：

图2 超声波流量计的电原理框图 4 结语 时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。无论何种安装方式其原理大同小异。比如介入式就是取上面公式中的θ=0。 超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法：多卜勒频移法、相位差法和相关法等等，各有优缺点，可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。 随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高，我们相信，超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。 参考文献：

超声波流量计的测量原理

超声波流量计的测量原理 超声波流量计 超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，近20多年发展迅速，已成为流量测量仪表中一种不可缺少的仪表。尤其在大管径管道流量测量，含有固体颗粒的两相流的流量测量，对腐蚀性介质和易燃易爆介质的流量侧量，河流和水渠等敞开渠道的流量及非充满水管的流量测量等方面，与其他测量方法相比，具有明显的优点。 超声波流量计的测量原理 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性实现流量测量的。电磁流量计超声波在流体中传播时，将载上流体流速的信息。因此，通过接收到的超声波，就可以检测出被测流体的流速，再换算成流量，从而实现测量流量的目的。 利用超声波测量流且的方法很多。根据对信号检测的方式，大致可分为传播速度法、多普勒法、相关法、波束偏移法等。在工业生产测量中应用传播速度法最为普遍。 1.传播速度法 根据在流动流体中超声波顺流与逆流传播速度的视差与被测流体流速有关的原理，检测出流体流速的方法，称为传播速度法。很据具体测最参数的不同，又可分为时差法、相差法和频差法。 传播速度法的基本原理如图2.59所示。远传式水表从两个作为发射器的超声换能器T, , T,发出两束超声波脉冲。各自达到下、上游两个作为接收器的超声换能器R，和RZ。设流体静止时超声波声速为C，发射器与接收器的间距为L。则当流体速度为时，顺流的传播时间为式中，L, C均为常量，所以只要能测得时差At，就可得到流体流速。，进而求得流最p。这就是时差法。 时差法存在两方面间题:一是计算公式中包括有声速C，可拆卸螺翼式水表它受流体成分、沮度影响较大，从而给测量带来误差;另一是顺、逆传播时差At的数量级很小(约为10-’一10"9s),测量Lt，过去需用复杂的电子线路才能实现。 相差法是通过测量上述两超声波信号的相位差△lp来代替测量时间差6r的方法。如图2.61，设顺流方向声波信号的相位为9).二“:;逆流方向声波信号的相位为T2 =则结合式(2.56)可得逆、顺流信号的相位差为式中。—声波信号的角频率。 此方法可通过提高。来取得较大的相位差乙甲，滴水计数水表从而可提高测量精度。但此方法仍然没有解决计算公式中包含声速C的影响。 频差法是通过测量顺流和逆流时超声波脉冲的重复频率差来测量流量的方法。该方法是将发射器发射的超声波脉冲信号，经接受器接受并放大后，再次切换到发射器重新发射，形成“回鸣”，并如此重复进行。由于超声波脉冲信号是在发射器一流体一接收器一放大电路一发射器系统内循环的，故此法又称为声还法。脉冲在生还系统中一个来回所需时间的倒数称为声还频率(即重复频率)，它的周

无损检测技术,衍射时差法超声TOFD检测基本原理

目录 1.TOFD检测技术定义及原理 2.TOFD检测技术基本知识 3.TOFD检测技术的盲区 4.TOFD检测技术的特点 5.几种典型缺陷TOFD图谱 1TOFD检测定义及基本原理 1.1TOFD检测的定义 衍射时差法超声检测（Time of Flight Diffraction ，英文缩写 TOFD）是依靠超声波与被检对象中的缺陷尖端或端部相互作用后发出的衍射信号来检测缺陷并对缺陷进行定位、定量的一种无损检测技术。 概况起来说 TOFD技术就是一种基于衍射信号实施检测的技术。 1.2 TOFD检测原理 1.2.1 衍射现象 衍射现象：是指波在传播过程中，遇到障碍物，能够绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象。 缺陷端点衍射现象可以用惠更斯－菲涅尔原理解释： 惠更斯提出，介质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。 菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加。

图1.1缺陷端部衍射信号的解释 由图示可见:当一束超声波入射到裂纹缺陷时： （1）在裂纹中部会形成有一定方向的反射波，其方向满足反射定律。反射波接近平面波，其波阵面是由众多子波源反射波叠加构成; （2）在裂纹尖端则没有叠加现象发生。这种裂纹尖端以独立的子波源发射的超声波即为衍射波。 衍射波的重要特点： 1.没有明显的方向性； 2.衍射波强度很弱。 衍射波的这两个特点都是由于裂纹尖端独立发射超声波没有波的叠加所造成的 图1.2裂纹端点衍射波特点 裂纹的上下端点都可以产生衍射波。 衍射波信号比反射波信号弱得多，且向空间的各个方向传播，即没有明显的指向性。

超声波衍射时差法(TOFD)技术分析

超声波衍射时差法(TOFD）技术分析 发表时间：2018-12-05T16:15:38.130Z 来源：《科技新时代》2018年10期作者：陈拥军 [导读] 针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。 （中国能建葛洲坝集团机电建设有限公司，湖北宜昌 443000） 摘要：针对超声波衍射时差法，在介绍其原理、优缺点的基础上，对其与A型脉冲检测和射线探测两种方法进行了对比，明确其优势和特点所在，为其推广应用提供参考依据。 关键词：超声波衍射时差法；A型脉冲检测；射线探测 超声波衍射时差法（Time of Flight Diffraction，TOFD）最初主要用于缺陷测高，经过多年的完善和发展，正不断取代传统检测技术，在缩短检测周期的同时保证检测结果准确性。 1超声波衍射时差法基本原理 在不具连续性缺陷尖端进行波形转换，如果完成转换后有衍射波，则该衍射波将覆盖很大范围，继而对缺陷进行检测。通过对飞越时间的准确记录，就能对缺陷高度进行测量，进而实现缺陷的准确定量，对于缺陷的尺寸，一般被定义成信号对应的飞越时间差，但要注意的是信号波幅和缺陷的定量之间没有关系。 该技术由两部分组成，分别为超声波发射（存在一定间隔距离）和超声波接收探头，因缺陷尖端所在方向波往往较弱，所以常用角度相对较大的探头在一定长度范围内进行一次扫查，这一过程中应做到精确，声波脉冲被探头接收以后，将得到侧向波，该侧向波于工件表面以下进行传播。若未检出缺陷，则底面回波将被探头接收[1]。 以上信号均可作为参考，若未考虑变形波，则缺陷信号处在这两个信号之间。当两个信号均已到达以后，发射与接收探头之间的路径会有明显的长短，一般是指缺陷下尖端对应的信号。对缺陷而言，其高度是指尖端之间的飞越时间，需要注意的是，侧向波和底面回波，两者相位完全相反，同时上、下尖端相位同样完全相反。 2超声波衍射时差法优缺点 2.1优点 （1）在一次扫查中可覆盖所有区域，但不包括处在上、下表面的盲区，能有效提高检测作业速度。 （2）具有良好的可靠性，对中部缺陷有着极高的检出率。 （3）可发现多种不同的缺陷，而且对其走向往往不敏感。 （4）能识别出不断向表面方向延伸的各类缺陷。 （5）通过对D-扫描成像的合理应用，能使对缺陷作出的判断更为直观。 （6）能对缺陷在垂直方向上进行准确定位与定量，最大精度误差在1mm以内。 （7）若与脉冲反射法等充分结合，能进一步保证检测效果，具有100%的覆盖率。 2.2缺点 （1）在近表面等位置有盲区，对这一区域进行检测时，可靠性相对较低。 （2）缺陷的定性难度相对较大。 （3）当对图像进行判断时，要具备丰富的相关经验。 （4）对于横向缺陷，有很大的检出难度。 （5）当对粗晶材料进行检测时，会有很大的检出难度。 （6）当工件有很复杂的形状时，测量难度相对较大。 （7）对噪声比较敏感，夸大了一些等良性缺陷，如 气孔，冷夹层，内部未熔合。 3超声波衍射时差法和其它方法的对比 3.1和A型脉冲检测之间的对比 （1）可靠性 因超声波衍射时差法借助衍射波完成检测，衍射信号不会收到声束这一因素的影响，所有方向上的缺陷均可被检出，进而有着良好的检出率。国外作出的相关试验可得：当采用手工UT时，检出率为50%-70%；当采用TOFD时，检出率为70%-90%；当采用机械扫查和TOFD相结合的方法时，检出率为80%-95%。从中可以看出，这种方法与传统方法相比，具有更高的可靠性[2]。 （2）定量精度 借助TOFD法对缺陷进行定量，其精度远比传统手工方法高。通常情况下，对于面积型与线性缺陷，该方法的定量误差不会超过 1mm。而对于裂纹缺陷及未熔合缺陷，该方法的测量误差仅仅为零点几毫米。 （3）检测操作 目前应用频率最高的非平行扫查，通常仅需一人就能完成，检测探头仅需在焊缝的两侧进行移动，无需进行锯齿扫查，具有很高的检测效率，而且操作成本还很低。 （4）信息处理 在整套检测系统中，装有自动扫查单元，可准确定位探头和缺陷之间的相对位置，经处理的信号能得到图像，而且其信息量直接显示远大于传统A扫描。对于A型显示，屏幕上中可以显示出一条信号，但采用TOFD得出的图像，是多个信号的整合结果。相较于A型信号及其波形显示，信息量更大的TOFD图象对缺陷准确识别与分析更有利。 （5）检测系统 目前常用的以TOFD为核心的检测系统，均为性能强劲的数字化仪器，能克服传统探伤仪器在信号记录方面的劣势，除了能对信号进行全过程记录，还能长时间的保存数据，并且还能以较高的速度处理大量信号。

衍射波时差法超声检测技术(TOFD).

衍射波时差法超声检测技术(TOFD 王庆军 大连西太平洋石油化工有限公司 116600 简介:本文简要介绍了工业发达国家正在兴起和应用的TOFD技术的起源,原理,优缺点,标准规定和在实际产品订货中节约的费用和时间。 主题词:TOFD起源原理优缺点相关费用 1. 衍射波时差法检测技术(TOFD的起源 TOFD(Time-of-flight-diffraction technique检测技术是在1977年,由Silk根据超声波衍射现象提出来,意大利AEA sonovatiion公司在TOFD应用方面,已经有15年历史,此技术首先是应用于核工业设备在役检验,现在在核电,建筑,化工,石化,长输管道等工业的厚壁容器和管道方面多有应用,TOFD技术的成本是脉冲回声技术的 1/10。现在,TOFD检测技术在西方国家是一个热门话题,现在已经开始推广应用,经过几年以后,将有取代RT趋势的可能。 2. TOFD原理及系统组成 2.1 TOFD原理是当超声波遇到诸如裂纹等的缺陷时,将在缺陷尖端发生叠加到正常反射波上的衍射波,探头探测到衍射波,可以判定缺陷的大小和深度。 TOFD原理 当超声波在存在缺陷的线性不连续处,如裂纹等处出现传播障碍时,在裂纹端点处除了正常反射波以外,还要发生衍射现象。衍射能量在很大的角度范围内放射出并且假定此能量起源于裂纹末端(图1。这与依赖于间断反射能量总和的常规超声波形成一个显著的对比。 图1

1 =发射波 2 =反射波 3 =穿透波 4 =顶部裂纹端衍射波 5 =底部裂纹端衍射波 除了发现由缺陷衍射的能量变化以外,TOFD方法也探测到一个直接穿过两个探针的表面(横向波和达到试块底部(测试对面没有受到缺陷干涉的底部反射波(图1中的注1和4。 图. 2 1- 横向波 2 - 顶部裂纹端衍射波 3 - 底部裂纹端衍射波 4- 对面器壁反射波 这种现象的研究产生了用于下列应用衍射波时差法无损检测方法: ■探伤检验因为来自于缺陷范围的信号可记录。 ■裂纹定尺寸因为衍射波分离的空间(或时间与裂纹高度直接相关。 用一对发射接受配对的单探头组(见图2的TOFD技术,通常应用的纵向探头的入射角是450~ 700,通过接受探头接受衍射信号,同时根据超声系统来评估B-扫描图像。 图. 3 裂纹定位原理图 图. 4

影响超声波流量计(热量表)测量精度的主要因素

淮安嘉可自动化仪表有限公司 影响超声波流量计（热量表）测量精度的主要因素 1、上下游直管段的影响 由于时差式超声波流量计标定系数K值是雷诺数函数，所以当流体从层流过渡到紊流时，其流速分布不均匀，标定系数K值将产生较大的变化，从而影响测量准确度。根据设计要求换能器应安装在上游直管段为10倍管径、下游直管段5倍管径的位置，对于上游存在泵、阀等设备时，需要按照“距离紊流、震动、热源、噪声和射线源越远越好”的要求做，换能器应安装在上游直管段30倍管径以上的位置。直管段长度是保证时差式超声波流量计测量准确度的重要因素之一。 2、安装管道参数设置的影响 根据时差式超声波流量计流量计量公式q v=（π/4）D2v，（q v瞬时流量，D管道直径，V流体流速m/s）当管道材质及尺寸设置与实际管道尺寸不符时，将使理论管道流通截面积与实际管道流通截面积产生误差，导致计算结果不准确。换能器的安装距离是根据流体性质、管道材质、内外管径、安装方式等参数综合运算的结果。据有关资料介绍，如果管道内径误差±1%，则引起约±3%的流量误差。如果安装距离误差±1 mm将产生±1.5%以内的流量误差。由此可见，只有正确设置管道参数，换能器才能安装正确。因此，管道参数设置的准确性直接影响着时差式超声波流量计测量准确度。

淮安嘉可自动化仪表有限公司 3、换能器安装的影响 时差法超声波流量计测量器件换能器声波的传输分为直线式和反射式，反射式按安装方式又有V式、Z式、W式，可根据管径、所测流体性质，有无管衬以及现场安装条件进行选择。另外换能器必须安装在与管线正切的方向，否则会影响声波的发射和接收，进而影响时差法超声波流量计的测量准确度。 4、被测流体含气量的影响 不溶气体具有非常低的声阻抗，可能造成声束分散，含气量大时，将减弱声波信号强度，因此被测流体含气量对超声波流量计测量数据有很大影响。在实际供热生产中，所有热量表安装的外部条件匀已很好地满足设计要求，但当锅炉出水温度低于80℃时，热量表工作正常，当锅炉出水温度高于80℃时，管道内会有细小的气泡产生，在闭环的锅炉系统中，这些气泡使终裹挟在流体里，从而影响时差法超声波流量计测量准确度，造成热量值的误差，影响热量调节工作。 要想消除这些气泡，可以在锅炉出口安装一个大于出口管径的聚气装置，加长流量计上游的直管段距离，还可以采取安装紊流装置的设施，以减少和消除被测介质内的含气量，保证热量表的测量准确性。5、耦合剂的影响 为了保证换能器能够与管道充分接触，安装换能器时需要在管道表面均匀地涂一层耦合剂，一般厚度为1mm，并将耦合剂内的气泡和颗粒挤出去，换能器的发射面应紧密地贴在管壁上。

大功率河道超声波时差法流量计

大功率河道超声波时差法流量计 超声波多声道—时差法 天津市求精科技发展有限公司 https://www.wendangku.net/doc/8719113150.html,

目录 第一章概述------------------------------------------2 第二章性能指标--------------------------------------4 第三章主要技术参数----------------------------------4 第四章传感器安装方式--------------------------------7 第五章数据输入输出接口协议-----------------------10 第六章主机结构尺寸---------------------------------15 第七章产品定制服务---------------------------------15

第一章概述 随着超声波测量技术发展,速度面积法超声波流量计在渠道的流量测量中获得广泛应用,与传统的堰槽法相比,采用速度面积法测量时的水位和流速变化范围要大的多,准确度和稳定性也明显好于堰槽法,因此具备比较规范的渠道的流量测量首选速度面积法超声波流量计。 从超声波测量原理来讲，时差法适合测量纯净和杂质比较少的液体，如自来水，江河海水，污水处理厂出水等。多普勒法适合测量杂质含量比较多的液体和浆体，如城市排水，泥浆，矿浆等。从本公司多年实践经验来看，两种测量方式针对所测量介质的杂质含量定量指标比较模糊，主要原因是目前还没有测量液体杂质含量的有效仪器仪表。 本公司为保证客户测量准确性稳定性,在水质不确定情况下免费为客户互换时差法和多普勒法传感器直至达到客户满意的测量结果。 由于渠道的流速分布随水位变化，建议： 水位1000—2000mm安装2或3声道传感器 水位2000mm以上安装4或5声道传感器 雷达式非接触测量是最新国际先进测量技术,安装使用十分方便,测量稳定可靠,与超声波测量相比雷达式测量的是水流表面流速,按照水利学的流速分布理论进行计算,与超声波多声道测量相比测量精度略低。

超声波衍射时差法(带翻译)

国外超声波检测衍射时差法（带翻译） Time-of-flight diffraction (TOFD) The Time of Flight Diffraction (TOFD) ultrasonic testing method is relatively new and was first developed at Harwell laboratory in the late1977's by Maurice Silk. TOFD testing has been gaining in profile over the last three or four years with much interest focussing on whether or not it can be used to replace more established NDT methods. Recent survey shows that the annual average growth rate (AAGR) of the TOFD market is 10-20% higher than other NDT technique. The TOFD method is gaining and increasing popularity because of its high probability of detection, low false call rate, portability and most important its intrinsic accuracy in flaw sizing, especially in depth. There is another NDT method called radiography testing (RT/ X-ray) usually employed for flaw sizing. It should be noted that RT/X-ray technique shows better accuracy for lateral flaw sizing but it demonstrates insufficient accuracy in depth assessment. As the standards for radiation safety become tighter by the new European law, many NDT companies are trying to substitute X-ray technique by TOFD technique for cost effectiveness and mostly for safety and environment protection reasons. 1 Theory and Principles The most significant distinction between TOFD and the other UT methods is that it monitors only forward-scattered diffracted energies from the tips of defects rather than reflected ultrasonic energies. Two wide beam angle probes are used in transmitter-receiver mode. Broad beam probes are used so that the entire crack area is flooded with ultrasound and, consequently, the entire volume is inspected using a single scan pass along the inspection line. Because the technique relies on detection of the forward scattered diffracted signals originating at the flaw edges, precise measurement of flaw size, location, and orientation is possible. Mr. Udo Schlengermann was one of the creators of the TOFD prestandard ENV583 and was also involved in the development of the British standard BS7709.The principle of the TOFD techniques according to that report mention in the below: The TOFD method only evaluates diffracted echoes, which are 20dB less than the reflected echoes. ●Diffracted waves have a different velocity than reflected longitudinal waves. ●Diffraction is stronger for longitudinal waves than for shear waves. ●The standard is the use of longitudinal probes, 50 to 70 degree, small crystal, with widely spread sound beam to cover the whole defect. ●The two diffracted signals of the crack tip are generated with a 180-degree phase shift. The distance between the two signals on the time scale is nonlinear. ●TOFD always uses RF signals to display images, (minus = black, plus = white),

时差法超声波流量计的原理和设计

88 概述 流量计包括机械式和非机械式两大类，机械式又分为旋翼式、螺翼式、涡轮式等，非机械式可分为超声波式、电磁式、涡街式等几类。机械式流量计由于成本较低得到了普遍应用，但是管路中的杂质、水垢容易造成运行数据不准，堵塞等现象，虽然加装滤网和磁性过滤器可以滤除较大颗粒杂质及磁性物质，但是仍有微粒杂质无法滤除，一定累积后会影响计量精度，严重的造成堵塞。 超声波流量计主要用于气体、液体和蒸汽的体积流量测量，在冶金、化工、食品加工、标准计量等领域有着广泛的应用，和传统的机械式流量计相比，它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。 超声波流量测量原理 当超声波在流动的媒质中传播时，相对于固定的管道管壁而言，超声的传播速度与在静止媒质中的传播速度是不同的，其变化值与媒质流速有关。通过测量流动媒质中超声传播速度的变化，可以测量出流体的流速，由流速可以得出流量。 利用超声波测量流量大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。超声波流量测量时，测量声传播路径上的介质流动线平均流速，并通过与修正系数相乘转换为管道截面上的面平均流速，从而可以用截面积和面平均流速的乘积计算瞬时流量。声道长度与传播时间的测量是超声波流量测量的两个最关键的因素。 波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。 多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散 时差法超声波流量计的原理和设计 □ 济南热电有限公司 邹蓬 □ 中国石油大学胜利学院 吕传玉 李凤名 摘要 关键词 本文在分析了超声波流量计各种测量方法的测量原理和特点的基础上详细介绍了时差法超声波流量计的原理、结构和特点，设计了具体的实现过程，最后给出了使用时需要注意的事项，以推广和普及超声波流量计量技术。 超声波流量计；时差法；原理；设计实现 射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，多普勒效应法需要流体中含有反射物质，适用于含悬浮颗粒、气泡等两相流体流量测量。 相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。但相关器材价格贵，线路比较复杂。 噪声法(听音法)是利用管道内流体流动时产生的噪声与流体的流速有关的原理，通过检测噪声表示流速或流量值。其方法简单，设备价格便宜，但准确度低。 直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速的，统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用，本文详细介绍时差法。 时差法超声流量原理是通过测量随超声波传播速度而变化的 逆流与顺流的时间差 △t 来确定被测流体的流速的超声流量计，时间差 △t 与流速成正比关系，其比例系数称流量修正系数。如今时差法超声流量计已成熟，它具有准确度高和可靠性好的特点。 时差法超声波流量计的原理 时差法实际上是将超声波传播速度和液体流速进行矢量叠加为基础的。可简单比喻为在河流上渡船摆渡的过程。虽然顺流和逆流时渡船自身的速度是一样的，但由于受水流速度的影响，顺流时渡船到达对岸所需的时间要比逆流的少，流速越大，顺流的速度越快，而逆流所需的时间越长。顺流和逆流的时间差与流速成正比。 时差法超声波流量计其工作原理如图1所示。它是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。