超聲流量傳感器與超聲電子水表
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式（6）表明，管道內流速線(xiàn)平均值v與時(shí)間差Δt、正向傳播時(shí)間t1-2、逆向傳播時(shí)間t2-1所組成的數學(xué)表達式成線(xiàn)性關(guān)系。經(jīng)轉換后有式（7）：
與流速面平均值v之間在不同的流量段呈現出了明顯的非線(xiàn)性，見(jiàn)圖5。這就需要在不同的流速分布區域對超聲流量傳感器采用不同的特性校正方法。 
圖5、超聲流量傳感器在不同流速區間線(xiàn)與面平均速度之間的特性
超聲電子水表是在超聲流量傳感器基礎上增加信號處理電路及數據通信功能所組成。其工作原理見(jiàn)圖6。
圖6、超聲電子水表工作原理框圖
● 流量測量范圍：Q3=100m3/h；Q1=0.2m3/h；Q3 /Q1=250～250；
● 最大允許誤差：低區≤±3.0%；高區≤±1.0%；
● 最大工作壓力：1.6 MPa；
● 防護等級：IP68；
● 被測介質(zhì)溫度范圍：0.1℃～50℃；
● 電池使用壽命：≥10年；
● 數據通信功能：無(wú)線(xiàn)短距離通信（點(diǎn)對點(diǎn)）/GPRS無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)通信/M-BUS等。
超聲電子水表的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢
● 由于單聲道超聲水表只有一個(gè)聲道，因此對管道內流速分布很敏感，需要有較長(cháng)的前后直管段以保證管內流速分布處于充分發(fā)展的穩定對稱(chēng)流狀態(tài)，使線(xiàn)流速和面流速之間的校正點(diǎn)不因流速分布畸變而發(fā)生改變。雙聲道乃至多聲道超聲水表因有多個(gè)聲道，可以在流速分布的不同位置進(jìn)行校正，基本解決了水表前后由于安裝阻流器件（如彎頭、三通、閥門(mén)等）而導致管內流速分布畸變所造成的校正誤差，因此可以使用較短的前后直管段，同時(shí)也為高準確度電子水表的實(shí)現提供了很好的技術(shù)手段。
● 高性能超聲換能器件是保證超聲水表測量準確度和長(cháng)期工作穩定性的重要保證。新型機電換能材料研制、換能材料特性的穩定性處理、換能器的設計與裝配技術(shù)，以及換能器件的測量與篩選技術(shù)等都是保證高性能超聲換能器的關(guān)鍵技術(shù)。
● 采用更高時(shí)間分辨力的計時(shí)脈沖技術(shù)和計時(shí)控制策略，提高時(shí)差法超聲水表在低流速時(shí)的計時(shí)準確度，使超聲水表的計量特性能向更寬的流量測量范圍拓展，以滿(mǎn)足水計量應用的特殊要求。
● 超聲水表通常使用電池供電，為保證檢定周期內不需更換電池，水表的微功耗設計就顯得尤為重要。除了采用極低功耗的電子電路和嵌入式微系統外，軟件算法的改進(jìn)對降低整機功耗也非常重要。新型高能電池的研發(fā)為超聲等各類(lèi)電子水表的大面積推廣應用起到了關(guān)鍵的作用。
● 作為城市管網(wǎng)的一個(gè)測量節點(diǎn)，超聲等電子水表作為一種新型流量傳感器在管網(wǎng)測控應用乃至物聯(lián)網(wǎng)應用中將起到十分重要的作用，因此超聲水表的通信接口技術(shù)是一項網(wǎng)絡(luò )接入的重要技術(shù)。目前電子水表的通信方式主要有短距的有線(xiàn)通信、無(wú)線(xiàn)通信和長(cháng)距的無(wú)線(xiàn)通信等幾種，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)主要有自組局域網(wǎng)絡(luò )和利用公用網(wǎng)絡(luò )平臺等。
● 超聲流量傳感器測量管段流體動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)化設計、換能器位置和聲道的合理設置、測量管段金屬材料的選擇，以及密封與防護技術(shù)的應用等也將決定著(zhù)超聲電子水表的計量性能、使用壽命和測量的可靠性。
超聲流量傳感器和超聲電子水表的出現必將為我國水資源的管理和用水量的貿易結算等起到非常重要的作用。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步推進(jìn)與應用，具有數據采集與測量、數據傳輸與通信、網(wǎng)絡(luò )閥門(mén)控制等功能于一體的新型電子水表一定會(huì )有非常廣闊的應用前景。
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