日本Toho东邦电子超声波涡街流量传感器工作原理

USL-20L超声波涡街流量传感器的工作原理可以分解为超声波时差法测量机制、卡门涡街测量机制、双原理协同与信号处理以及结构设计与耐腐蚀特性四个核心环节。

在超声波时差法测量机制环节，USL-20L集成了一对超声波换能器，采用时差法原理进行流速测量。两个超声波换能器分别位于测量管道的上游侧和下游侧，交替发射和接收超声波信号。当超声波顺着流体流动方向传播时，流体的流动对超声波起到加速作用，顺流传播时间较短。当超声波逆着流体流动方向传播时，流体的流动对超声波起到阻碍作用，逆流传播时间较长。顺流与逆流的传播时间之差与流体的平均流速之间存在明确的比例关系，流速越高时间差越大。通过**测量这一时间差，结合管道截面积即可计算出体积流量。超声波时差法具有测量精度高、不受流体密度和温度变化影响的优点。

在卡门涡街测量机制环节，USL-20L同时集成了卡门涡街测量原理。在流量传感器的测量管道内，垂直于流体流动方向设置有一个非流线型的钝体。当具有一定流速的流体流经该钝体时，流体在钝体的两侧产生边界层分离，形成交替脱落的旋涡，即卡门涡街。涡旋脱落的频率与流体的平均流速成正比，与钝体的特征尺寸成反比。钝体下游设置的压电传感元件检测到涡旋引起的交替压力变化，将其转换为频率与涡旋脱落频率一致的电脉冲信号。卡门涡街法具有结构简单、无活动部件、适用于较宽流量范围的优点。

在双原理协同与信号处理环节，USL-20L*核心的技术特点在于将超声波测量与卡门涡街测量两种原理集成于同一传感器之中。超声波时差法在低流速和中等流速范围内具有较高的测量精度和稳定性，但在高流速或流动扰动较大的情况下可能受到影响。卡门涡街法在全量程范围内提供与流速成正比的稳定频率信号，抗干扰能力强。两种测量方式同时对流体流速进行检测，微处理器对两组测量数据进行交叉验证和融合处理，有效消除了单一测量原理在特定工况下可能产生的测量偏差，显著强化了整体测量的稳定性。经过运算处理后的流量数据以多种标准信号形式向外输出，用户可选择模拟量输出类型为零至十伏、一至五伏或四至二十毫安，同时具备脉冲输出功能。测量精度为满量程的正负百分之二，测量范围为每分钟二至二十升。流量状态通过绿色LED指示，电源状态通过橙色LED指示，方便现场观察。

在结构设计与耐腐蚀特性方面，USL-20L针对化学液体和纯水等特殊介质的测量需求进行了专门的结构设计。所有接液部件均采用PFA材质，这是一种具有优异耐化学腐蚀性、耐高温性和低溶出特性的全氟树脂材料，能够耐受绝大多数化学药液的腐蚀，并确保测量过程中不会对纯水或化学液体造成污染。流体温度范围为零至一百摄氏度且无冷冻和沸腾状态，*大工作压力为一兆帕。管道连接方式为二分之一英寸规格，对应外径十二点七毫米和内径九点五三毫米。传感器整体尺寸仅为三十六毫米乘三十六毫米乘一百八十五毫米，属于超小尺寸设计，重量约为七十二克，便于在空间有限的设备中安装。安装方向自由，不受水平或垂直限制。由于采用超声波和卡门涡街两种非接触式测量原理，测量管道内部没有任何活动部件，属于免维护结构，不会产生机械磨损或由此引起的颗粒污染，这对于半导体和生物制药等对洁净度要求的行业尤为重要。电缆规格为AWM20276四芯零点二平方毫米长度五百毫米。该产品典型应用包括纯水流量监测、化学药液流量控制、工业用水测量以及气泡水的流量检测等，特别适用于半导体湿法工艺、化学药液输送系统和纯水制备系统等对耐腐蚀性和测量稳定性要求较高的微小流量测量场合。

整体而言，USL-20L超声波涡街流量传感器的工作原理是超声波时差法与卡门涡街法的有机结合。超声波提供高精度的流速测量，卡门涡街提供稳定可靠的频率信号，微处理器对两组测量数据进行交叉验证与融合处理，有效强化了测量稳定性。其PFA耐腐蚀材质和无活动部件的结构特点，使其成为化学液体和纯水等特殊介质微小流量测量的理想选择