在使用氣體超聲波流量計進行氣體流量測量實驗時，流場中流速分布、溫度、壓力對實驗結(jié)果的影響較大，必須予以考慮。本節(jié)內(nèi)容將對這三種影響因素進行分析討論。
    1)流體流速分布的影響    理想中的流場狀態(tài)是指管道中流體流動方向都平行于管道的軸向，不存在徑向流動。實際中，由于氣體屬于粘性介質(zhì)，流動時氣體與管壁、氣體與氣體之間會存在相互作用，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Re<2300時，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Re>4000時，流體處于湍流狀態(tài)，流體在沿軸向流動的同時，還存在橫向的脈動，各流層之間存在動量的交換，此時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)。當工作環(huán)境確定時，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，因此流體流動狀態(tài)主要跟流速相關(guān)。當v比較小時，流體處于層流狀態(tài)，而當v大于臨一界值后，流體則處于湍流狀態(tài)。    流速計算公式2.10計算的流速結(jié)果為聲道位置的流速，而由于流場的流速分布特性，線流速并不能完全反映管道內(nèi)流體的實際流速，因此需要對流速結(jié)果進行校正，校正公式為:

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

    其中，在使用修正系數(shù)K的經(jīng)驗公式時必須保證超聲波流量計的安裝比較理想，測量管段的前后都有足夠長直管段。否則，管道內(nèi)的流動狀態(tài)過于復雜，上述經(jīng)驗公式難以使用。通常情況下超聲波流量計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速度會受到溫度的影響。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，因此在進行流速計算時必須對溫度進行補償。
   壓力對氣體流量測量的影響主要表現(xiàn)在壓力變化時氣體的壓縮因子會發(fā)生改變，在進行流量計算時需要引入氣體壓縮因子z進行校正，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，必須考慮壓力和溫度的影響。

小結(jié)：
  本章首先對超聲波流量計的不同測量原理進行介紹，并討論了它們在氣體流量測量時的優(yōu)缺點;之后對比分析時差法中渡越時間的常用計時方法，重點介紹了本論文采用的互相關(guān)算法計時原理;接下來對多聲道超聲波流量計的測量原理和超聲波換能器安裝方式進行概述;***后，對影響超聲波氣體流量計工作的因素進行討論。