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超聲流量傳感器與超聲電子水表
作者：
時(shí)間：2012-11-26
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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隨著(zhù)新的國家標準貫徹實(shí)施，電子水表逐步進(jìn)入人們視線(xiàn)。代表電子水表主要技術(shù)的超聲水表及其超聲流量傳感技術(shù)由于在性能上有著(zhù)一系列的特色和優(yōu)勢，其影響日益擴大，使用量也日見(jiàn)增多。
超聲流量傳感技術(shù)具有其它流量傳感技術(shù)所不具備的諸多特點(diǎn)，主要有：可以較好地解決大管徑、大流量以及各類(lèi)明渠、暗渠的流量測量難題；對被測流體介質(zhì)幾乎無(wú)要求，不僅可以測量液體，也可測量氣體；由于采用非接觸方式，所以不破壞被測流體流場(chǎng)，也無(wú)壓力損失；流量測量的準確度幾乎不受被測流體溫度、壓力、密度、粘度等物性參數影響；儀表價(jià)格不隨測量口徑的增大而大幅上升；可在測量管外側測量管內流體流速等。
但單聲道超聲流量傳感器為了保證流量測量準確度，其上游側應有足夠長(cháng)的直管段。多聲道超聲流量傳感器測量準確度較高，對直管段要求可以大大降低；超聲流量測量對被測水質(zhì)有一定要求。用時(shí)差法測量時(shí)，當水中有較多氣泡、懸浮物或換能器表面附有污物，會(huì )阻礙超聲波的正常傳播，致使測量無(wú)法進(jìn)行；隨著(zhù)測量管徑減小，采用時(shí)差測量法原理的超聲流量傳感器會(huì )遇到測量誤差增大的困惑。此時(shí)應設法增加正、逆向測量的時(shí)間差，提高計時(shí)分辨力，保證小流量測量的準確性和重復性。 
超聲流量傳感器以及超聲電子水表可以采用換能器外掛方式（見(jiàn)圖1）和換能器侵入方式（見(jiàn)圖2）。
時(shí)差法超聲流量傳感器的原理與特性
超聲流量傳感器是超聲電子水表的關(guān)鍵核心部件，它主要由測量管、超聲換能器、收發(fā)電路、計時(shí)脈沖發(fā)生器和精密計時(shí)控制器等組成。當前，超聲流量測量方法大多采用時(shí)差法或速度差法測量管道內水流體的流速、流量等參數，進(jìn)而積算成用水量的實(shí)際體積值。超聲時(shí)差測量法的工作原理見(jiàn)圖3，正、逆向傳播時(shí)間、時(shí)間差和線(xiàn)平均流速的計算公式可分別參見(jiàn)式（1）～（3）。 
由于 
所以 
或 
式中，t1-2 —超聲波正向傳播時(shí)間； t2-1—超聲波逆向傳播時(shí)間；Δt —超聲波正、逆向傳播時(shí)間差；c —超聲波傳播速度；v —流體軸向平均線(xiàn)流速; D—管道直徑； φ—超聲波傳播方向與流體軸線(xiàn)間的夾角。 
圖3、超聲時(shí)差測量法工作原理圖
由于聲速c是被測介質(zhì)溫度與成分的函數，后期發(fā)展的時(shí)差測量法則是利用超聲波在正、逆向傳播的速度之差來(lái)反映流體的流速，因此避免了介質(zhì)溫度或成分變化對超聲流量測量準確度的影響，因此也稱(chēng)速度差法?，F將式（1）的形式作如下改變， 
將式（4）兩式相減得， 
將
代入式（5）得， 
式（6）已消去了超聲波傳播聲速項。只要測得正、逆向時(shí)間（t1-2、t2-1）和時(shí)間差Δt，即可得到聲道上流速的線(xiàn)平均值v。
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