超声波流量计原理

时间：2020-02-14

超声波流量计是容积式流量计，用于测量液体、气体或蒸汽的流量。它们常用于油气、制药、食品饮料职业。流量计利用翱翔时间或多普勒技术测量流量。超声波流量计选用时差式测量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接收到，同时，*二个探头相同发射信号被* 一个探头接收到。由于受到介质流速的影响，二者存在时间差Δt，根据计算能够得出流速V和时间差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而能够得到流量值Q。
选用翱翔时间原理的流量计有一对或多对传感器。测量超声波沿两个方向的发射时间，由此便可计算流量。这种技术通常需求相对纯净的介质，颗粒量应小于5%。它能够完成优于1%的精度。

选用多普勒方法时，超声压力波被流体中的运动颗粒反射。这些颗粒的速度在回波信号中产生一个多普勒偏移，由此便可确定流量。在实践应用中，这种测量方法的精度通常不**过3%。

超声波流量计包括电源、传感器激励、信号调理、模数转转器、处理器、显示屏、键盘和多种通信选项(如4 mA至20 mA、HART、RS-485、无线等)。

 

工业超声波流量计系统规划考虑和首要挑战方向

本解决方案指南重要点关注基于翱翔时间原理的超声波流量计。下面所述的信号链合适要求较高性能的应用，尤其是具有多对传感器的应用。除了需求完成较高测量精度以外，这些规划常常还有相当严格的空间限制。

液体超声波流量计常用MHz超声波频率。系统精度与上游和下游翱翔时间测量的精度直接相关。因而，一般运用FPGA来控制发射和接收脉冲的时序。此外，必须认真对待发射和接收信号路径延迟的任何可能偏差。

另一个重要方面是接收信号链需求高增益。此增益需求动态可调以适应不同的流动条件和管道尺寸，典型范围是60 dB或更高，因而需求低噪声的接收信号链路径。传感器激励可所以开/关式，或者波形发生器。波形发生器通常会添加本钱和复杂度，但用户能够更好地控制输出信号，完成更精确、更鲁棒的流量计规划。信号处理需求大量滤波和FFT分析以确定接收信号的准确时间戳，这能够利用DSP处理器完结，它还能支撑所需的接口协议。

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