新型时差法超声波流量计
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！。
时差法超声波流量计原理
时差法超声波流量计原理一、引言时差法超声波流量计是一种常用的非接触式流量计，它利用超声波的传播速度和反射原理来测量流体的流速和体积流量。
该技术在石油、化工、冶金、电力等行业中得到广泛应用，本文将详细介绍时差法超声波流量计的原理。
二、超声波传播原理超声波是指频率大于20kHz的高频声波，其传播方式与普通声音不同。
普通声音是通过空气分子振动相互传递的，而超声波则是通过物质内部介质中分子振动相互传递。
当超声波遇到介质边界时，会发生反射和折射现象。
三、时差法原理1.单向测量在单向测量中，发射器向下游方向发射超声波信号，经过液体后被接收器接收到。
此时液体处于静止状态，信号从发射到接收所需时间为T1。
当液体开始流动时，信号在液体中传播所需时间变为T2。
由于液体的流速可以通过T1和T2之间的时间差来计算出来，因此时差法超声波流量计可以用来测量单向流动的液体的流速和体积流量。
2.双向测量在双向测量中，发射器和接收器分别位于管道两端，发射器向上游方向发射超声波信号，经过液体后被接收器接收到。
同时，发射器也会向下游方向发射超声波信号，经过液体后被另一个接收器接收到。
此时液体处于静止状态，信号从发射到接收所需时间为T1。
当液体开始流动时，由于上下游方向的超声波传播速度不同，信号在液体中传播所需时间变为T2和T3。
由于T2和T3之间的时间差可以用来计算出液体的平均流速和体积流量。
四、应用场景1.石油行业：时差法超声波流量计可以用来测量石油、天然气等介质的流速和体积流量。
2.化工行业：时差法超声波流量计可以用来测量各种化工介质的流速和体积流量。
3.冶金行业：时差法超声波流量计可以用来测量冶金行业中的各种液态金属的流速和体积流量。
4.电力行业：时差法超声波流量计可以用来测量各种液态介质在电力输送管道中的流速和体积流量。
五、总结时差法超声波流量计是一种常用的非接触式流量计，它利用超声波的传播速度和反射原理来测量液体的流速和体积流量。
时差法超声波流量计的原理和设计
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。
博克斯-STG-100超声波流量计
水位单位：米 流量单位：升/秒
0.050 0.060 0.070 0.080 0.090
0.7629 1.2035 1.7693 2.4705 3.3164
0.150 0.160 0.170 0.180 0.190
12.016 14.144 16.543 19.150 22.070
0.250 0.260 0.270 0.280 0.290
测量原理：时差式原理 测量精度：优于±1.0% 重 复 性：优于±0.2% 测量范围：流速 0 ± 32 m/s 可测介质：水、污水、海水、化学溶液、油、酒精等液体 管道类型：钢、铸铁、硬质塑料、玻璃钢、PVC 等 管径范围：20mm-6000mm 流体温度：-30 -110°C（测高温液体请与厂家联系） 其它功能：自动记忆前 64 日、64 月、5 年流量累积
45.010 -
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STG-100FB 矩形堰超声波明渠流量计
机械尺寸图
一般流量大于 40 升/秒，应考虑选择使用矩形堰超声波明渠 流量计。
STG-100TW 系列固定一体式超声波流量计采用超低功耗进口电子元器件制造而成，该款产品解决了外 敷式和插入式传感器在安装过程中由于人为或管道参数不准确引起的误差而造成测量精度下降的问题。固 定一体式超声波流量计是一款全电子工业专用水表，具有精度高、量程比宽、成本低、安装简单、无压损、 无可动部件等优良特点，是未来超声波流量计的发展方向。
技术参数：
固定式主机 便携式主机
STG-100PG 系列固定式多普勒超声波流量计采用先进的单片机 技术和超大规模高度智能化集成电路，极大地提高了运行的稳 定性，从而保证了仪表的精度和可靠性。仪表的外壳采用进口 全塑机箱，达到国际 IP66 的防护等级。 精 度 ：2.0 级 杂质含量 ：≥60mg/L 管径范围 ：Φ50mm～2200mm 流速范围 ：0.1m/s～15m/s 管道材料 ：钢铁、铸铁、PVC、玻璃钢、硬质塑料等 主 机 ：工作温度 -10℃～55℃
时差式超声波流量计原理计算公式
时差式超声波流量计原理计算公式超声波流量计是一种常用的流量测量设备，它采用超声波传感器测量流体中超声波的传播时间差，并根据时间差来计算流体的流速和流量。
其原理基于多普勒效应和声速传播原理。
我们来了解一下多普勒效应。
多普勒效应是指当波源和观察者相对运动时，波的频率会发生变化。
在超声波流量计中，超声波传感器向流体中发射超声波，流体中的颗粒会反射超声波并返回传感器。
如果流体是静止的，反射回来的超声波频率和发射时的频率是一样的。
但是如果流体有运动，反射回来的超声波频率就会发生变化。
根据多普勒效应，我们可以通过测量超声波频率的变化来计算流体的流速。
超声波在流体中的传播速度也是测量流速的重要参数。
超声波在流体中的传播速度与流体的密度、压力、温度等因素有关。
在超声波流量计中，我们通常采用声速传播原理来测量超声波在流体中的传播速度。
传感器发送的超声波信号经过流体后返回，我们可以测量超声波的传播时间差来计算流体的流速。
根据时差式超声波流量计的原理，我们可以推导出以下计算公式：流速V = 2πfD/Δt其中，V表示流速，f表示超声波频率，D表示传感器间距，Δt表示超声波传播时间差。
根据流速V和管道截面积A的关系，我们可以得到流量Q的计算公式：流量Q = V × A = V × πr²其中，Q表示流量，V表示流速，A表示管道截面积，r表示管道半径。
通过时差式超声波流量计原理计算公式，我们可以根据测量得到的超声波频率和传播时间差来计算流体的流速和流量。
超声波流量计具有精度高、可靠性好、响应速度快等优点，被广泛应用于工业、石油化工、供热供冷等领域的流量测量中。
需要注意的是，在实际使用时，我们需要根据具体的流量计型号和流体性质来选择合适的公式和参数。
同时，为了提高测量精度，我们还需要进行校准和补偿，考虑流体的温度、压力、粘度等因素对测量结果的影响。
时差式超声波流量计原理计算公式是基于多普勒效应和声速传播原理，通过测量超声波频率和传播时间差来计算流体的流速和流量。
时差法超声波流量计设计与研发
时差法超声波流量计设计与研发一、本文概述随着现代工业和科技的飞速发展，流量测量技术在各种工程和科学研究中扮演着越来越重要的角色。
超声波流量计作为一种非接触式的流量测量设备，因其高精度、宽测量范围和良好的适应性而受到广泛关注。
时差法超声波流量计是其中的一种，它利用超声波在流体中传播的速度差异来测量流量，具有测量准确、安装简便、维护成本低等优点。
本文将对时差法超声波流量计的设计与研发进行详细的探讨，旨在为读者提供全面的技术理解和应用指导。
本文首先介绍时差法超声波流量计的基本原理和工作机制，为后续的设计研发提供理论基础。
接着，详细阐述流量计的设计过程，包括硬件设计、软件设计和系统设计等方面，突出设计的创新性和实用性。
同时，结合实际应用案例，分析流量计的性能表现和优缺点，为进一步优化设计和提升性能提供依据。
在研发方面，本文重点介绍时差法超声波流量计的关键技术突破和创新点，如信号处理算法的优化、传感器技术的改进等。
还将探讨流量计在实际应用中的稳定性和可靠性问题，为产品的市场推广和应用拓展提供支持。
通过本文的研究，旨在推动时差法超声波流量计技术的进一步发展，为流体测量领域的科技进步做出贡献。
也为从事相关研究和应用的技术人员提供有益的参考和借鉴。
二、时差法超声波流量计的基本原理时差法超声波流量计是一种基于超声波在流体中传播速度受流体流速影响原理的流量测量仪表。
其基本原理是利用超声波在流体中顺流和逆流传播时，因流体流速的存在而产生的传播时间差来推算流体的流量。
在时差法超声波流量计中，一般设有一对或两对超声波换能器，它们分别被安装在被测流体管道的两侧，或者对称安装在管道的同一侧。
一对换能器中的一个作为发射器，另一个作为接收器，它们之间的超声波传播路径与流体流动方向平行。
当流体静止时，超声波从发射器传播到接收器的时间是一个固定值。
但当流体流动时，超声波的传播路径会受到流体流速的影响，导致传播时间发生变化。
具体来说，当超声波顺流传播时，由于流体的推动作用，超声波的传播速度会加快，因此传播时间会变短；而当超声波逆流传播时，由于流体的阻碍作用，超声波的传播速度会减慢，因此传播时间会变长。
基于时差法和tdc-gp2的超声波流量测量方法
基于时差法和tdc-gp2的超声波流量测量方法下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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时差式超声波流量计
时差式超声波流量计
OMEGA FDT-30系列
•外壳紧凑
•大数字显示屏
• 4 ~ 20 mA、TTL和涡轮模拟输
出
•流速和累加流量显示
•适用于洁净液体
FDT-30系列流量计可夹装在现有管路系统外部，实现方便且成本低廉的安装。
非侵入式时差系统可以让固体通过管路，而不会对流量计产生任何影响。
无需Y 型过滤器或过滤设备。
测量包含夹杂气体的液体时可获得更高的精度。
FDT-30系列流量计将自动校正显示的流速和电子输出。
可通过4 ~ 20 mA输出以及TTL 脉冲输出或与液体流速成比例的模拟涡轮流量计输出与数据收集系统直接交汇。
专门设计用于在液体状态易于损坏或妨碍机械式流量计工作的情况下替代机械式流量计。
无需保养。
FDT-30系列流量计可在井水及含有适量悬浮固体或气体的其它液体等应用场合中使用。
FDT-30系列流量计的外壳适合户外安装。
一体化安装传感器可用于直径为50 mm (2")及更小管路。
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* 的 ! 时间之后就有一个从低电平到 高 电 平 的 上 升 沿， 而对于相位翻 设触发脉冲的频率为 ! ， 则相位相同的脉冲序列， 相隔 , 的 时 间 才 会 出 现 上 升 沿， 所以只要将单稳 -! , * 之间， 便会从一组脉冲序列中 态触发器的时间常数设在 0 ! -! 捕获到这个相位翻转点。 转点而言， 将需要 -.-., 超声波退耦合脉冲定时器
!""( 年 第<期
仪 表 技 术 与 传 感 器
784IJ@GC8I *CKL83M@C A8O 0C84PJ
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新型时差法超声波流量计
孟 华， 闫 菲， 李明伟
!!"#$%） （大连理工大学电子与信息工程学院， 辽宁大连
摘要： 结合时差法超声波 流 量 计 的 基 本 原 理， 提 出 了 一 种 多 脉 冲 法 的 设 计 方 案。 选 用 了 时 间 数 字 转 换 芯 片 *+, ’ 介绍了时差法超声波流量计的测量原理， 阐述了测量系统的组成及软 -.! 、 /0.1)"2$## 单片机和 345607$")! ,.6+ 等芯片， 硬件设计， 详细分析了 345607$")! 内部 各 组 成 模 块 和 设 计 原 理； 得 到 了 较 好 的 实 验 结 果， 测量结果波动的峰峰值不超过 精度高于 $ 9 。 ! 84， ! 4 内可以跟上流速变化， 关键词： 超声波； 流量计； 多脉冲时差法； *+, ’ -.! 中图分类号： *.!$& : $ 文献标识码： ; 文章编号： （!""(） $""! ’ $<1$ "< ’ ""$< ’ "!
可略去， 故时 差 法 的 流 速 公 式 由于 ! ! KP4! ! 与 " ! 相比很小， 为 !W $ 系统硬件设计 系统硬件结构 可 以 分 成 # 个 模 块： /,S 模 块、 ,.6+ 模 块、 时间数字转换模块、 超声波收 发 模 块 和 输 入 输 出 模 块。 系 统 硬 件结构框图如图 ! 所示。 " ! IA8 ! ・ $ !# ! （1）
关法、 噪声法、 波束偏移法等， 其 中 时 差 法 的 应 用 最 广 泛。 时 差 法又可以细分为单脉冲和多脉 冲 法， 目前由于传统设计思想的 限制， 多脉冲法很 少 被 使 用， 但多脉冲法对于提高精度和增强
［ )］ 。介 绍 一 种 多 脉 冲 时 差 法 超 声 抗干扰等方面 有 很 好 的 作 用
［ $］ 液体和气体的计量 。 ［ !］ 超声波流量测 量 按 原 理 分 为 时 差 法、 多普勒效应法 、 相
超声波逆流时的传播时间为 $! W 传播时间差 !$ 为 !$ W $ ! ’ $ $ W ! #! KP4 ! （ " ! ’ ! ! KP4! !） 438 ! （)） # % 438 ! " ’ ! KP4 ! （!）
基金项目： 辽宁省自然科学基金资助项目 （ !"#$"%"） 收稿日期： !""& ’ $$ ’ "% 收修改稿日期： !""( ’ ") ’ !$
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模块介绍与芯片选择 完 /,S 模 块 由 /0.1)"2$## 及 其 片 内 的 多 功 能 模 块 组 成，
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成数据采集、 数 据 处 理、 系 统 调 控 等 主 要 工 作。 /0.1)"2$## 是 拥 有 丰 富 的 片 上 外 围 芯 片， 系统无需外 $& 位超低功耗单片机，
［ 1］ 的系统参数 、 程序运行中所需的 常 数 和 先 前 工 作 过 程 中 设 置
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时钟同步模块
数字电路的运行 是 由 时 钟 来 推 动 的， 时 钟 信 号 不 稳 定， 对 于传播时间的测量将会有非常大的影响。 5"- 测量时间的有效 值为 1+ ’&， 精度非常高， 但最终时间差的测量精度远远达不到 这么高， 实际精度 是 由 送 至 5"- 的 (?@’* 引 脚 的 使 能 脉 冲 分 辨 率决定的。使能 脉 冲 通 过 *+,- 送 至 (?@’* ， 所以整个系统由同 一时钟推动， 这样可以避免由于 时 钟 信 号 不 同 步 而 带 来 的 测 量 误差。 -.-.数字单稳态触发器
发射信号功率较大， 通过电路 和 声 路 都 可 以 耦 合 到 接 收 电 接收波形前面幅度很大的脉冲串就是耦合 路上， 如图 1 所示， 过来的发波干扰。
对于这种情况， 通 过 退 耦 合 脉 冲 定 时 器， 使数字单稳态触 发器的使能信号得到相应的延 时， 就可以消除耦合脉冲对收波 的影响。 -.-.6 , . / 0 1 2 电平的转换
当高频脉冲信号经过非线性 信 道 后 会 产 生 波 形 畸 变 现 象， 脉冲串始端和尾部被展宽， 失真 很 大， 但 中 间 部 分 的 变 化 较 小， 所以可以挑选脉 冲 串 中 间 相 对 失 真 较 小 的 部 分 进 行 时 间 差 测 量。具体办法如下： 5"- 内部的触发脉冲 发 生 器 可 以 发 射 最 多 *1 个 任 意 相 位 的脉冲串，每一个脉冲的相位既可以是 + 也 可 以 是 * ， 由 软 件 设置，像图 6 一样产生一组发射脉冲串，从第 6 个脉冲开始翻 转相位，这样将 得 到 一 个 相 对 较 长 时 间 的 低 电 平 状 态， 这 段 低电平时间比其 他 脉 冲 之 间 的 低 电 平 时 间 长 出 * 倍， 这 种 现 象可以通过某一确定时间常数的单稳态触发器检测到。
［ #］ 看门狗等外 围 芯 片 ， 提高了系统的稳定性与可 扩 ;+,、 +;,、
靠性。
第A期
孟华等： 新型时差法超声波流量计
*=
（ 简 称 *+,- ） ， 完成系统时钟信号的同 !"#$ 采用 %&’#()*+,步、 数字单稳态触发器、 超声波退 耦 脉 冲 计 数 器、 ,./ 0 1 2 电平 的转换等工作。 数字时间转换模块 对 于 整 个 测 量 系 统 是 至 关 重 要 的， 3$! （ 简称 5"-） 的 精 度 高、 封 装 小， 具 有 高 速 脉 冲 发 生 器， 停 4 5"止信号使能， 温度 测 量 和 时 钟 控 制 功 能， 特别适合于超声波流 量和热量测量方面的应用。 超声波收发模 块 采 用 了 有 效 的 初 级、 次 级 放 大 滤 波 网 络， 可实现自动增益放大功能。 输入输出模块由键 盘、 #!$ 显 示 模 块、 6 0 -+ 78 电 流 信 号 输出和 9( 4 -,- 串口输出模块构成。 #!$ 使用 !8*--,-8* 图形 点阵模块， 兼容 , . / 2 电压， 由 :("6,+;*11 （ 后 面 简 称 6,+ ） 直接 控制。 6 0 -+ 78 电流输出通过 6,+ 片内的 $8! 和外扩电压 < 电 流变换器 8$/=6 来实现。使用 :8>-,- 芯片实现与上位机的通 信， 用来上传实时测量数据。 !"! #$%& 模块实现 由图 - 可以看出 *+,- 是 整 个 系 统 最 重 要 的 通 信 枢 纽， 成 为传播 时 间 测 量 的 重 要 通 道。 图 , 为 !"#$ 内 部 的 结 构 框 图。
波流量计的设计， 并详细说明了 如 何 从 多 脉 冲 解 决 方 案 中 实 现
［ 1］ 时间差的测量 。
!
时差法超声波流量计原理简介 时差法测量的基本原理如图 $ 所示。
图!
时差法测量的基本原理
图$
硬件结构框图
设流体的流速为 ! ， 声 速 为 "， 管 道 直 径 为 #， 管道与超声 波传播方向的夹角为 !， 则超声波顺流时的传播时间为 # % 438 ! $$ W " X ! KP4 !
由于 6,+ 最大供电电压为 , . / 2， 而系统中还使用一些 1 2 芯片， 如 *+,- ， 对 :8>-,- ， 5"- 等。 *+,- 兼容 , . / 2 和 1 2 电压， 于 1 2 模块向 , . / 2 模 块 输 出 信 号 时， 可以通过简单的电阻分 压来实现电平匹配， 而由 ,./ 2 模块至 1 2 模块的信号则需要
*D
@T9<VHW8T< 58Y=TGZH8 ;T: ’8T9UV 程序使用 !"# $ % 的通 用 串 口 控 件 &’"(&&)* $ ("+ 来 对 发 " 结束语
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