Toho东邦电子UX超声波流量传感器工作原理

UX超声波气体流量计的工作原理可以分解为超声波时差法测量原理、信号检测与数据处理、流量计算与输出以及小流量与大流量型号的规格差异与适用场景四个核心环节。

在超声波时差法测量原理环节，UX超声波气体流量计利用的是超声波在流动气体中传播速度受气体流速影响的基本物理规律。流量计的测量管道上安装有一对超声波换能器，分别位于管道的上游侧和下游侧，两个换能器交替作为发射端和接收端工作。当上游换能器发射超声波信号时，超声波顺着气体流动的方向传播，气体的流动对超声波起到加速作用，因此顺流传播时间较短。当下游换能器发射超声波信号时，超声波逆着气体流动的方向传播，气体的流动对超声波起到阻碍作用，因此逆流传播时间较长。在气体流速为零即静止气体状态下，顺流与逆流的传播时间相等。在气体流速不为零的状态下，顺流与逆流的传播时间之差与气体的平均流速之间存在明确的比例关系，流速越高，两个方向上的时间差越大。通过**测量这一微小的时间差，结合管道截面积和已知的超声波在静止气体中的传播速度，即可计算出管道内气体的平均流速和体积流量。这种时差法测量原理的优势在于不受气体密度、温度和压力变化的影响，因为温度和压力对顺流和逆流传播时间的影响在差值运算中被相互抵消。

在信号检测与数据处理环节，UX超声波气体流量计采用了高精度的计时电路和信号处理算法以应对超声波在气体中传播时信号衰减较大且时间差极其微小的挑战。换能器发射的超声波脉冲在气体中传播后到达接收端，接收电路对微弱的超声波信号进行放大、滤波和整形处理，然后由高分辨率的时间数字转换器测量从发射到接收的**时间。微处理器控制两个换能器交替进行顺流和逆流的测量，以极高的频率重复这一过程，获取多个测量值后进行数字滤波和平均处理，消除流动扰动和噪声对测量结果的影响。小流量机型UX15和UX25具备压力补偿功能，能够根据气体压力的变化对流量测量结果进行实时校正，确保在不同供气压力条件下测量数据的准确性和稳定性。

在流量计算与输出环节，经过微处理器运算处理后，气体的瞬时流量值以多种信号形式向外输出。UX系列支持三种类型的输出信号以满足不同系统的集成需求。模拟量输出为标准的两线制四至二十毫安电流信号，可远距离传输至PLC、DCS或记录仪表，适用于连续的流量监测和控制。脉冲输出将流量转换为频率脉冲信号，每个脉冲代表一个固定的体积量，适用于与计数器或积算仪连接实现累积流量计量。RS485数字通讯输出采用ModBUS协议，可实现与上位机或数据采集系统的双向数字通信，不仅能够传输瞬时流量和累积流量数据，还可传输气体温度等辅助信息，并支持远程参数配置和诊断。UX系列的防护等级为IP64，能够有效防止粉尘侵入和各个方向的飞溅水，适用于工业现场环境。

在型号规格与适用场景方面，UX系列根据流量大小分为小流量测量机型和大流量测量机型两个类别。小流量机型包括UX15和UX25，接口尺寸分别为Rc二分之一和Rc一英寸，测量范围为零点一二至每小时六立方米，适用于煤气、丁烷、丙烷和氮气等多种气体的小流量测量。其精度指标在每小时零点六至六立方米的流量范围内为读数的正负百分之二，在每小时零点一二至零点六立方米的流量范围内为满量程的正负百分之零点五。温度测量精度为正负一点五摄氏度。*大工作压力为一百千帕，压力损失在二百帕以下。小流量机型的一个重要特点是无需安装过滤器，适用于灰尘较多的环境，这得益于其超声波测量原理不受气体中固体颗粒影响以及优化的流道设计。大流量机型包括UX40和UX50，接口尺寸分别为Rc一又二分之一英寸和Rc二英寸，测量范围根据气体类型有所不同。对于煤气和氮气，UX40的测量范围为一六至每小时八十立方米，UX50为三至每小时一百五十立方米。对于丁烷和丙烷，UX40的测量范围为一六至每小时八十立方米，UX50为三至每小时八十立方米。大流量机型的精度为读数的正负一点五，在二十三摄氏度和一百千帕标准条件下测得，适用于大型燃烧炉的燃气测量，如玻璃熔化炉等工业燃烧炉，能够提供*佳的空燃比控制以提高燃烧效率。大流量机型的*大工作压力同样为一百千帕。流量低限方面，UX40为零点三立方米每小时，UX50为零点六立方米每小时。UX系列的一个显著设计特点是可以安装于弯管前后处，对上下游直管段的要求较低，这大大提高了安装的灵活性和现场适应性。UX15和UX25的电源供应可选择二十四伏直流电或一百伏交流电，UX40和UX50则同时支持直流电和交流电两种供电方式。整体而言，UX超声波气体流量计的工作原理是一个基于超声波时差法的高精度气体流量测量过程。上游和下游换能器交替发射和接收超声波，微处理器**测量顺流与逆流的传播时间差，通过物理公式计算出气体的平均流速和体积流量，并以标准工业信号输出。其无活动部件、零压损、安装灵活以及无需过滤器等特点，使其成为煤气、丁烷、丙烷和氮气等气体流量监测的理想选择，尤其适用于燃气燃烧系统的空燃比优化控制场景。

型号：UX15(25)-0DC，UX15(25)-0AC，UX40，UX50