时差法测量流量
时差法超声波流量计的原理和设计
射体 散 射 的 超 声波 多 普勒 频 移 来确 定 流 体 流 量 的 ． 多普 勒 效应 法 需 要流 体 中含 有反 射 物 质 ．适 用 于含 悬 浮 颗 粒 、 气泡 等 两 相 流体
流 量测 量 。 相 关法 是 利 用相 关 技术 测 量 流量 ，原 理 上 ．此法 的测 量 准 确 度 与流 体 中的 声速 无 关 因而 与 流体 温 度 浓 度 等 无 关 ． 因而 测 量 准确 度高 ．适用 范围 广 。但相 关器 材价 格 贵 ．线 路 比较 复杂 。
原 理 、 结 构 和 特 点 ， 设 计 了 具 体 的 实 现 过 程 ， 最 后 给 出 了使 用 时 需 要 注 意 的 事 项 ， 以推 广 和 普 及 超 声 波 流 量
计量技术 。
■臣Ｅ
超声波流量 计；时差法 ；原理 ；设计实现
概 述
流 量 计 包 括 机 械 式 和 非 机 械 式 两 大 类 ．机 械 式 又 分 为旋 翼 式 、螺 翼式 、涡 轮 式等 ．非 机械 式 可 分 为 超声 波 式 、 电磁 式 涡 街 式 等 几类 。机 械 式 流量 计 由 于成 本 较低 得 到 了普遍 应 用 ，但 是 管 路 中 的杂 质 、水垢 容 易 造 成运 行 数 据 不准 ．堵 塞 等现 象 ，虽 然 加 装 滤 网和 磁 性 过 滤器 可 以滤 除较 大 颗粒 杂质 及 磁 性物 质 但 是
体 温 度 变化 带 来 的 误差 ，准确 度 较 高 所 以被 广 泛 采 用 ，本 文 详 细 介绍 时 差法 。
超 声 波流 量 计 主 要用 于 气体 、液 体 、标 准 计 量 等 领 域 有 着 广 泛 的应 用 ，
时差 法 实 际上 是 将 超声 波 传播 速 度 和 液体 流 速 进 行 矢 量叠 加
声学时差法流量计工作原理
声学时差法流量计工作原理分析报告一、引言声学时差法流量计是一种广泛应用于流体流量测量的仪器，其工作原理基于声波在流体中的传播特性。
本文将深入分析声学时差法流量计的工作原理，并通过实例分析阐述其优缺点，最后给出明确的观点。
二、工作原理声学时差法流量计利用声波在流体中的传播速度与流体流速之间的关系进行流量测量。
在静止流场中，声波的传播速度与流体的物理性质有关，而在流动的流场中，声波的传播速度将受到流速的影响。
因此，通过测量声波在流体中的传播速度，可以推算出流体的流速，进而得到流量。
具体来说，声学时差法流量计通过发射器和接收器产生并接收声波，声波在流体中传播的时间与流速有关。
因此，通过测量声波的传播时间，可以推算出流体的流速。
流量可以通过流速和管道截面积的乘积得到。
三、实例分析以某型号声学时差法流量计为例，该流量计采用双声道结构，具有较高的测量精度和稳定性。
在实际应用中，该流量计表现出以下优点：1. 测量范围广：适用于多种流体介质和测量范围，如气体、液体和固体颗粒等。
2. 非接触测量：避免了因接触流体而产生的压力损失和磨损等问题。
3. 高精度测量：采用先进的信号处理技术和算法优化，提高了测量精度和稳定性。
4. 实时监测：能够实时监测流体的流量变化，为生产过程控制提供了便利。
然而，该流量计也存在以下缺点：1. 对流体物性敏感：对流体的物理性质较为敏感，如密度、粘度等。
在某些应用场景中，可能需要针对特定流体进行校准。
2. 易受流体扰动影响：流体的扰动可能影响声波的传播速度和稳定性，进而影响测量精度。
3. 对管道清洁度要求高：如果管道内存在杂质或污垢，可能会影响声波的传播和测量精度。
四、观点总结综合上述分析，我们可以得出以下观点：1. 声学时差法流量计具有非接触测量、高精度测量和实时监测等优点，使其在多种流体介质和测量范围内具有广泛的应用前景。
2. 然而，该流量计也存在对流体物性敏感、易受流体扰动影响和对管道清洁度要求高等缺点。
超声波流量计原理：时差法
超声波流量计: 超声波流量计 信噪比
II. 信噪比 (SNR)
S = 在流体中传播的信号 N = 在管壁内传播的“短路”噪声 在管壁内传播的“短路” • 为了完成优良的测量，要求 为了完成优良的测量， S >> N 或 SNR >> 1. • 高压有助于提高信号 S. • 良好的垫片将减小噪声 N. Pmin (barg)* 气体 N2 H2 SNR ≈ 1 2 7.5 SNR ≈ 4 4 30
层流 过渡流场 湍流 = 0.75 ≈ 0.85 = 0.91 - 0.99
GE Panametrics
kRe =
注释： 注释：
1 1.119 − 0.011 log R e
运动粘度 v变化 10倍导致流量 <1% 的变化。 的变化。
V = 10 m/sec 及内径 (ID) = 6” v = 10×10-6 v = 100×10-6 × × Re = 0.15×106 Re = 0.015×106 × × kRe = 0.932 kRe = 0.922
tup > tdn ∆ t = tup − tdn
超声波流量计原理： 超声波流量计原理：时差法
流体流速
GE Panametrics
V Η
C2 ×∆t 2L
体积流量测定
θ P
L
V
Q = 流速 × 横截面积 Q = V×A 声速
tup = tdn =
P c -Vsin θ P c+Vsin θ
c=
P tavg
超声波流量计: 超声波流量计 Re修正 修正
修正系数
GE Panametrics
时差法超声波流量检测三步互相关算法研究
时差法超声波流量检测三步互相关算法研究柏思忠;张加易【摘要】Based on the analysis of the problem of computing a large amount about cross⁃correlation algorithm for ultrasonic flow detec⁃tion by time⁃difference method,the authors pointed out the three aspects of reducing the amount of calculation,firstly operation data quantity,secondly multiply⁃add operation quantity of each correlation operation, and lastly correlation operation quantity. A three⁃step cross⁃correlation algorithm was proposed,which is based on preprocessing,rough correlation and fine correlation.It can decrease the cal⁃culation quantity by 3~5 orders of magnitude;lambda type ultrasonic flow detection method was also applied as an example,the overall computation time was controlled in mslevel,which has met the real⁃time requirement.Finally,it has provided an effective solution to greatly reduce computation of cross⁃correlation algorithm for Z type,V type time⁃difference method of ultrasonic flow detection.%对时差法超声波流量检测中互相关算法计算量大的问题进行了研究，指出了减少计算量的3个方面———参与运算的数据容量、每次相关运算乘加次数和相关运算的累计次数，提出了一种采用预处理、粗相关和精相关三步相关算法，将计算量减少3～5个数量级；并以λ型超声波流量检测方法中的三步互相关算法为例，将整体运算时间控制在ms级，达到了实时性要求，为Z型、V型等时差法超声波流量检测的互相关算法大幅度减少计算量提供了一种有效的解决方案。
超声波流量计时差法测量原理
超声波流量计时差法测量原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊超声波流量计时差法测量原理。
你说这超声波啊，就像是我们生活中的小侦探，能帮我们搞清楚流体的流量呢！想象一下，超声波在流体里穿梭，就像我们在人群中跑来跑去一样。
这个时差法呢，简单来说，就是利用超声波在顺流和逆流时传播时间的不同来测量流量的。
这不就好比我们跑步，顺着风跑和逆着风跑，花费的时间肯定不一样呀！
咱先说说这顺流的时候，超声波一路畅通无阻，“嗖”的一下就过去了，时间相对较短。
可到了逆流呢，它就像是遇到了阻碍，得费点劲儿才能过去，这时候花费的时间就长啦。
然后呢，通过测量这顺流和逆流的时间差，再经过一系列复杂又精妙的计算，嘿，流量就被我们给算出来啦！是不是很神奇呀！
这就像是我们解一道很难的数学题，看似复杂，其实只要找到关键的线索，就能一步步解开啦。
超声波流量计时差法就是这样的关键线索呢！
你想想看，如果没有这个巧妙的方法，我们要怎么准确知道流体的流量呢？那可就麻烦多啦！所以说呀，这个方法可真是帮了大忙了。
在很多工业领域，都离不开它呢！比如石油化工呀，水的处理呀，各种需要精确测量流量的地方。
它就像一个默默无闻的小英雄，在背后为我们的生活和生产提供着重要的数据支持。
而且啊，它还很可靠呢！只要安装正确，使用得当，就能一直给我们提供准确的信息。
这就像我们有一个特别靠谱的朋友，总是能在关键时刻给我们帮助。
总之呢，超声波流量计时差法测量原理真的是一个非常了不起的发明！它让我们对流体的流量测量变得更加简单、准确、可靠。
我们应该好好珍惜和利用这个神奇的技术，让它为我们的生活和社会发展做出更大的贡献呀！这可不是我随便说说哦，这是实实在在的好处呀！大家说是不是呢！。
超声波时差法流量计原理
超声波时差法流量计原理一、前言超声波时差法流量计是一种常用的流量计，其工作原理是利用超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性，通过测量两个超声波传输路径之间的时间差来计算流量。
本文将详细介绍超声波时差法流量计的原理。
二、超声波传播速度超声波是指频率高于20kHz的机械振动波，其在空气中的传播速度为340m/s，而在液体和固体中的传播速度则与介质密度、弹性模量和粘滞系数等因素有关。
由于液体和固体中分子之间的距离比空气中小得多，因此其传播速度也相应较高。
例如，在水中，超声波的传播速度约为1500m/s。
三、时差法测量原理时差法测量原理是利用两个超声波探头分别向上游和下游方向发射超声波，并在对侧接收反射回来的信号。
由于上下游方向有一定的流动速度差异，因此反射回来的信号到达探头所需时间也不同。
根据这两个时间差可以计算出流体通过管道的体积流量。
四、探头设计超声波时差法流量计的探头通常由两个发射器和两个接收器组成。
发射器向上游和下游方向分别发射超声波，接收器则接收反射回来的信号。
为了保证测量精度，探头需要满足以下要求：1. 发射和接收角度应合适，一般为45度或60度。
2. 发射和接收距离应合适，一般为管道直径的1-2倍。
3. 接收灵敏度应高于发射灵敏度。
五、测量误差超声波时差法流量计的测量误差与许多因素有关，例如管道直径、流速、液体温度、压力和粘稠度等。
其中最主要的影响因素是液体中气泡和杂质。
气泡会散射超声波并产生回声信号，而杂质也会对超声波传播产生影响。
因此，在使用过程中需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
六、总结超声波时差法流量计是一种准确可靠的流量计，其原理基于超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性。
探头设计和测量误差是影响测量精度的重要因素，需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
超声波热量表的频差法流量测量原理
超声波热量表的频差法流量测量原理超声波热量表的频差法流量测量原理 1 时差法流量测量原理时差法是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
如图1，顺流换能器和逆流换能器分别安装在流体管的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波通过的路径长度为L。
超声波顺流传播时间为td，逆流传播时间为tu，超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td之间的差Δt为式中X是两个换能器在管线方向上的间距，为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：上式简化为：即，流体的速度为：流量Q可以表示为：由此可见，时差法的测量精度主要取决于对微小时差Δt的分辨率，即纳秒级的时标，所以时差法的测量精度受到许多方面的制约，小流量测量精度难以保证和提高。
2 频差法测量流量原理在顺流方向，超声波的鸣环频率ft1为在逆流方向，超声波的鸣环频率ft2为则频率差为由以上公式可以看出，当两个超声波换能器安装位置一定时，L和θ也就确定，流速v仅与Δft有关，而与声速c无关。
为了满足在低流速下的流量测量精度，应使测量频差的数目达到足够大，频差法可以采用锁相倍频技术，以使测量的频差扩大到N倍，这相当于提高了小流量时的测量精度。
3 频差法测量流量的实现方法在启动超声波测量之前，超声波发射和接收回路处于休眠状态。
一旦收到外部启动信号，由内部单片机发出一个启动脉冲，并通过同步触发电路激活超声波发射器产生第一次发射。
发射脉冲通过流体传播到达接收器并输出回波信号，经回波检测和整形后，将回波脉冲反馈回同步触发器，以使发射器产生第二次发射，接收器接收的第二个回波脉冲再次反馈回发射端。
声学时差法在线测流系统在流量测验中的应用
2.1技术原理
由于测流介质是流动状态的，存在介质波，超声波在该介质中单向来回传播过程中，声波与介质波之间存在波的衰减和叠加。在河流中，由于水流速度的存在，下游方向发射的声音的脉冲比向上游方向发射的脉冲更快。两者之间的行程时间的差为ΔT，利用公式可计算出河流断面的平均流速V，并通过测流介质断面的剖面面积A，计算出流量Q。
(公式1)
而流量公式为：
Q=k1*k2*V*A（公式2）
——公式2中：Q为流量、V为层流速、A为断面面积
K1为第一修正系数，可由ISபைடு நூலகம்6414标准查读
K2为第二修正系数，通过比测率定获取。
实际使用中:A=f1（G) k1=f2（G) k2=f3（G)。
其中：G为当前水位
2.2系统构成
声学时差法测流系统由超声波时差法流速仪、水位计、数据采集设备（RTU）、通信设备、供电系统、机箱等组成。
声学时差法在线测流系统在流量测验中的应用
摘要：声学时差法在线测流系统是当前先进的测流设备，为了实现设备在水文流量测验中的应用，本文以浏渭河流域中下游金牌站为例，简单介绍QUANTUM声学时差法流量设备工作原理，以及将声学时差法在线测流流量与走航式ADCP实测资料进行流量精度对比测试和对标定系数K2进行分析率定，结果表面声学时差法在线测流设备符合现行规范的测验精度。
响应器系统：将响应器安装在河流一侧，位于与测量系统同侧的传感器对面
在响应器系统中，首先沿着传感器4和3确定的路径对着水流发送声信号，在最小延迟下，响应器对信号进行指引然后沿着传感器2和1确定的路径对着水流发送，当信号沿着1—2和3—4确定的路径反方向传播时，对持续时间进行测量，因响应器方式不需要架设跨河信号电缆，所以适用于通航河流和较大河流。
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时差法超声波流量计的原理和设计
王润田
1 引言
超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。
和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。
近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。
经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。
作为普及，我们将陆续撰写一些专题文章，来介绍一些相关知识，以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。
本文主要介绍目前最为常用的测量方法：时差法超声波流量计的原理和设计。
2时差法超声波流量计的原理
时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）其工作原理如图1所示。
他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺溜和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
图1 时差法超声波流量测量原理示意图
图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。
由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：
其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td 之间的差为：
式中X 是两个换能器在管线方向上的间距。
为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。
即：
上式可简化为：
也就是流体的流速为：
由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。
流量Q 可以表示为：
24D Q Vdt π=
⎰
3 时差法超声波流量计的设计
图2是我们设计的超声波流量计的原理框图。
图中主要有两个超声波发射单元、一个时间测量单元和一个控制器。
他们共同来完成超声波的发射、接受和时间差的测量等工作。
其他的外围单元主要是为了测量仪表的参数设定、测量数据的输出、显示和传送等功能，可参考相关资料，这里不作介绍。
图2 超声波流量计的电原理框图
4结语
时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。
常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。
无论何种安装方式其原理大同小异。
比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法：多卜勒频移法、相位差法和相关法等等，各有优缺点，可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。
随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高，我们相信，超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。
参考文献：。