在使用氣體超聲波流量計(jì)進(jìn)行氣體流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)時(shí)，流場(chǎng)中流速分布、溫度、壓力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較大，必須予以考慮。本節(jié)內(nèi)容將對(duì)這三種影響因素進(jìn)行分析討論。
    1)流體流速分布的影響    理想中的流場(chǎng)狀態(tài)是指管道中流體流動(dòng)方向都平行于管道的軸向，不存在徑向流動(dòng)。實(shí)際中，由于氣體屬于粘性介質(zhì)，流動(dòng)時(shí)氣體與管壁、氣體與氣體之間會(huì)存在相互作用，使得管道中的流速分布與理想情況大相徑庭。
   管道中的流動(dòng)狀態(tài)一般分為兩種:層流和湍流，它們與流體的雷諾數(shù)Re密切相關(guān)。當(dāng)Re<2300時(shí)，流體處于層流狀態(tài)，管道內(nèi)各層的流速與管道軸線平行，軸線流速大，管壁處流速小，流場(chǎng)的整體分布為拋物線形狀，示意圖如圖2.10所示。

圖2.10層流示意圖
    當(dāng)Re>4000時(shí)，流體處于湍流狀態(tài)，流體在沿軸向流動(dòng)的同時(shí)，還存在橫向的脈動(dòng)，各流層之間存在動(dòng)量的交換，此時(shí)靠近管道軸線位置的流速比較均勻，而在靠近管壁的位置，流速急速下降，流速分布圖如圖2.11所示。

圖2.11湍流示意圖

雷諾數(shù)的計(jì)算公式如式2.14所示：
    式中，P為流體密度，d為管道直徑，v為流體流速，刀為粘性系數(shù)。當(dāng)工作環(huán)境確定時(shí)，流體密度、管道直徑以及粘性系數(shù)都是固定的，只有流體流速v是變化的，因此流體流動(dòng)狀態(tài)主要跟流速相關(guān)。當(dāng)v比較小時(shí)，流體處于層流狀態(tài)，而當(dāng)v大于臨一界值后，流體則處于湍流狀態(tài)。    流速計(jì)算公式2.10計(jì)算的流速結(jié)果為聲道位置的流速，而由于流場(chǎng)的流速分布特性，線流速并不能完全反映管道內(nèi)流體的實(shí)際流速，因此需要對(duì)流速結(jié)果進(jìn)行校正，校正公式為:

式中，V為聲道流速，K為流速修正系數(shù)，VA為流體的實(shí)際流速。當(dāng)流體處于層流狀態(tài)時(shí)，K的經(jīng)驗(yàn)公式為：

    其中，在使用修正系數(shù)K的經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)必須保證超聲波流量計(jì)的安裝比較理想，測(cè)量管段的前后都有足夠長直管段。否則，管道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)過于復(fù)雜，上述經(jīng)驗(yàn)公式難以使用。通常情況下超聲波流量計(jì)的上游需要有大于等于10D的長直管段，下游必需要有至少5D的長直管段。
   2)溫度和壓力的影響    由流速計(jì)算公式2.10可知，流體流速與超聲波傳播速度有著密切的聯(lián)系，而超聲波在氣體中傳播時(shí)速度會(huì)受到溫度的影響。超聲波傳播速度與溫度之間的關(guān)系為：

    式中，c為超聲波傳播速度，T為溫度。由公式2.18可以發(fā)現(xiàn)，超聲波的傳播速度受溫度的影響很大，溫度每變化1度，超聲波波速要變化約0.6m/s，因此在進(jìn)行流速計(jì)算時(shí)必須對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償。
   壓力對(duì)氣體流量測(cè)量的影響主要表現(xiàn)在壓力變化時(shí)氣體的壓縮因子會(huì)發(fā)生改變，在進(jìn)行流量計(jì)算時(shí)需要引入氣體壓縮因子z進(jìn)行校正，其校正公式如式2.19所示:

    從式2.19可以看出，隨著溫度升高，壓縮因子變大，隨著壓力變大，壓縮因子變小，因此使用壓縮因子修正氣體流量時(shí)，必須考慮壓力和溫度的影響。

小結(jié)：
  本章首先對(duì)超聲波流量計(jì)的不同測(cè)量原理進(jìn)行介紹，并討論了它們?cè)跉怏w流量測(cè)量時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn);之后對(duì)比分析時(shí)差法中渡越時(shí)間的常用計(jì)時(shí)方法，重點(diǎn)介紹了本論文采用的互相關(guān)算法計(jì)時(shí)原理;接下來對(duì)多聲道超聲波流量計(jì)的測(cè)量原理和超聲波換能器安裝方式進(jìn)行概述;***后，對(duì)影響超聲波氣體流量計(jì)工作的因素進(jìn)行討論。