1、根據對信號檢測的原理，超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關法、空間濾法及噪聲法等。1、時差法 測量順逆傳播時傳播速度不同引起的時差計算被測流體速度。它采用兩個聲波發送器(SA和SB)和兩個聲波接收器超聲流量計 （RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成角(一般=45)（圖1）。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時間差與流速成正比。也可以發送正弦信號測量兩組聲波之間的相移或發送頻率信號測量頻率差來實現流速的測量。超聲波流量計由超聲波換能器

2、、電子線路及流量顯示和累積系統三部分組成。超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算儀表進行顯示和積算。這樣就實現了流量的檢測和顯示。特點獨特的信號數字化處理技術，使儀表測量信號更穩定、抗干擾能力強、計量更準確。無機械傳動部件不容易損壞，免維護，壽命長。電路更優化、集成度高、功耗低、可靠性高。智能化標準信號輸出，人機界面友好、多種二次信號輸出，供您任意選擇。管段式小管徑測量經濟又方便，測量精度高。2、相位差法 測量順逆傳播時傳播時由于時差引起的相位差計算速度。它的發送器沿垂直于管道的軸線發送一束

3、聲波，由于流體流動的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。3、頻差法 測量順逆傳播時傳播時的聲環頻率差。當超聲波在不均勻流體中傳送時，聲波會產生散射。流超聲流量計 體與發送器間有相對運動時，發送的聲波信號和被流體散射后接收到的信號之間會產生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測流體的區域位于發射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角不致受到波束寬度影響。也可只采用一個變換器既作為發送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道多普勒血液流量計中，發送器間隔地發送聲脈沖信號，在兩個聲脈沖間隔的時間中，接收從血管壁和血管內紅血球反射回來的聲脈沖

4、信號。采用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號,通過比較后得到多普勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時可得到血液流量。一般，超聲流量計的安裝應從以下幾個方面來考慮:1)詳細了解現場情況;2)確定安裝方式;3)選擇安裝管段;4)計算安裝距離，確定探頭位置;5)管道表面處理;6)探頭安裝及接線;7)用示波器觀察接收波形，微調并固定探頭。安裝細解超聲波流量計在安裝之前應了解現場情況，包括：1安裝傳感器處距主機距離為多少；2管道材質、管壁厚度及管徑；3管道年限；4流體類型、是否含有雜質、氣泡以及是否滿管；5流體溫度；6安裝現場是否有干擾源（如變頻、強磁場等）；7主機安放處四季溫度；8使用的

5、電源電壓是否穩定；9是否需要遠傳信號及種類；根據以上提供的現場情況，廠家可針對現場情況進行配置，必要情況下也可特制機型。超聲波流量計安裝位置選擇安裝管段對測試精度影響很大，所選管段應避開干擾和渦流這兩種對測量精度影響較大的情況，一般選擇管段應滿足下列條件：1、避免在水泵、大功率電臺、變頻，即有強磁場和震動干擾處安裝機器；2、選擇管材應均勻致密，易于超聲波傳輸的管段；3、要有足夠長的直管段，安裝點上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；4、安裝點上游距水泵應有30D距離；5、流體應充滿管道；6、管道周圍要有足夠的空間便于現場人員操作，地下管道需做測試井，測試井如下：超聲波流量

6、計安裝方式超聲波流量計一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。但是,當D 的情況:(1) 如果接收超聲波幅度變大, Z 首次與接收信號切割時刻為第二周期的b 點, 此時測得順流時間(逆流時間) 記為T1 ,時間差為 T1 , | T1 | | T | ,從而| Qs | ;(2) 如果接收超聲波幅度變小, Z 首次與接收信號切割時刻為第二個周期的d 點, 此時順流時間(逆流時間) 記為T2 ,時間差為 T2 , | T2 | | T| ,從而| Qs | ;(3) 如果接收超聲波幅值變大或變小的程度很大,那么Z 首次與接收超聲波信號切割時刻可能為第一個周期或第三個周期的某一時刻點, 使得靜態測量

7、時間差增大或減小一個周期, 這樣測量的順流時間或逆流時間就是錯誤的,從而時間差是錯誤的,導致瞬時流量測量結果錯誤.上面3 種情況都產生了靜態漂移, 主要原因是不能準確的判斷接收超聲波信號到達時刻, 這是閾值比較法較大的缺陷. 嚴重影響時差式超聲流量計的動態計量精度,甚至產生計量錯誤. 減小靜態漂移是提高時差法超聲流計量精度非常有效的方法.4 實現抑制靜態漂移的方法當換能器接收到超聲波信號時, 由于換能器由靜止到震蕩穩定需要一定的時間, 傳統閾值比較法采用第二個周期信號作為判斷接收的超聲波信號到達時刻點的標志, 可以很好去除該信號穩定所需要的時間,但是當超聲信號的幅值大小波動時,該模型不能很準確

8、判斷超聲波到達的時刻. 由于在該模型中,閾值電壓Z 首次與接收的超聲信號切割時刻點會發生移動,產生靜態漂移,導致計量不準確.當接收換能器接收到信號時, 就會在其電極兩端產生中心頻率f 0 的超聲波信號y ( t) ,即y ( t) = r ( t) cos (2f 0 t + ) (9)其中, r ( t) 為關于t 的調制函數,則y ( t) 為幅度調制信號, f 0 為諧振頻率, 為初始相位, 為了討論方便,設初始相位為零. 當t =2 k + 14 f 0( k Z) 時,y 的值為零, 該時刻點稱為過零點, 不受調制信號r ( t) 的影響. 超聲波在流體中傳播時候, 環境噪聲主要影響

9、調制信號r ( t) 部分,對cos (2f 0 t) 部分沒有影響. 把過零時刻點作為判斷接收超聲回波信號到達的標志,可以很好的解決由于接收的超聲波幅值變化而導致到達時刻錯判的問題, 能很準確測量順流和逆流時間829 ,克服了閾值比較的不足, 靜態漂移比較小.基于以上分析, 文中采用過零和閾值比較相結合的方式,稱之為過零閾值模型,能很好解決上述閾值比較模型的缺點,減小靜態漂移,可以提高時差法流量計的計量精度. 過零閾值模型實現原理如圖3所示, Z 為硬件閾值;ult rasonic 為接收的超聲波信號; Q1 、Q2 、Q3 、S 分別為輸出信號.在靜態情況下,超聲流量計順流測量時,超聲波經

10、過圖3 所示電路,各部分輸出信號如圖4 所示,處理過程如下:Step1 : ult rasonic 信號經過comparater1 時,進行閾值比較,當幅值大于閾值Z 時, Q1 輸出高電平, Q1 的波形如圖4 (b) 所示;Step2 : ult rasonic 信號經過comparater2 時,當幅值大于閾值Z 時,此時Q2 輸出高電平, ?0?5Q 2 經過Not 之后使該比較器進入鎖存狀態,此時Q2 的波形被鎖存,即一直為高電平,如圖4 (c) 圖所示;Step3 : ult rasonic 信號經過comparater3 時,進行過零比較,輸出信號Q2 的波形如圖4 (d) 圖所

11、示;Step4 :把圖4 中的(c) 和(d) 圖波形進行邏輯與運算,最后得到輸出波形如圖4 (e) 所示, stop 信號作為判斷接收超聲信號到達的標志,即計時芯片停止計時的標志.經過以上4 步后, 計時芯片能夠測得較準確順流時間T3 , 用同樣的方法測得逆流時間T3 , 就可以計算出較準確測量時間差 T3 和靜態瞬時流量.對于超聲換能器來說, 如果發射換能器的驅動信號一定的情況下, 接收換能器接收到超聲波形是不變的,則通過閾值比較出脈沖的個數是不變的. 每次測量時該脈沖的個數設為N , 計數器對該脈沖串進行計數,閾值計數測試框圖如圖5 所示. 進行一次測量時,如果該記錄值為N , 則進行下

12、一次的測量;如果該記錄值不為N ,則舍棄該組數據,進行重測.為了進一步減小靜態漂移, 提高時差法超聲流量計的抗干擾能力, 文中在過零閾值比較模型的基礎上,又增加了軟件平滑濾波方法10 . 這樣可以有效的減小隨機干擾信號對硬件系統的影響, 剔除測量過程中的誤差數據,提高了系統的計量精度.5 實驗結果分析為了驗證過零閾值平滑模型的優點, 文中做了對比實驗. 在靜態條件下分別對閾值比較法、過零閾值模型以及過零閾值平滑模型進行實際的測量, 獲得瞬時流量,即靜態漂移, 結果如圖6 至圖8 所示.圖中橫坐標為測量的次數,縱坐標為瞬時流量.在分界流量qt 為Qt (M3/ H) , 且精度滿足1 %的條件下

13、, 靜態瞬時流量的必須滿足式(8) ( 為10 QtL/ H) . 根據實際需求, 分界流量選擇為208 微電子學與計算機2010 年圖6 為閾值比較法測得的靜態瞬時流量,靜態瞬時流量波動很大,而且存在測量錯誤點,遠遠不能滿足分界流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求;圖7 為過零閾值模型測得的靜態瞬時流量,基本上可以滿足分界流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求,但是存在個別誤差點;圖8 為過零閾值平滑模型測得的靜態瞬時流量,完全可以滿足始動流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求.為了對比上述3 種方法之間的穩定性和重復性11 ,文中對實測數據分別計算其期望、方差及標準差進行對比如表1

14、 所示經過對3 種方法的實際測量數據的數學統計分析可以看出,零閾值平滑模型實測數據的期望、方差和標準差要小,該系統的重復性和穩定性比較好,測量的數據更接近實際測量真實值,波動性很小,可以實現抑制靜態瞬時流量波動,可以很好地解決靜態漂移問題.儀表自檢當您檢測或安裝好儀表正常上電后，循環按返回鍵會顯示空氣距離數值（儀表自動檢測），顯示的空氣距離數值應該相當實際空氣距離（實際空氣距離可用尺測量，單位米）。如果兩數值不相當則儀表無法正常工作，需判斷傳感器安裝是否合理（調整安裝位置、角度等）。循環按壓返回鍵可以看到以下頁面1、瞬時、液位、累積2、瞬時流量3、累積流量4、日期、時間5、空氣距離、探頭盲區、

15、堰槽名稱四、菜單說明及使用本機分測量狀態和菜單設置狀態，測量狀態顯示（瞬時、液位、累積），在測量狀態下按住確認鍵數秒，出現請輸入密碼的 -0XXX-界面，通過按右移鍵輸入出廠密碼-0000-即進入設置菜單。當所有參數都設置完成后，要退出菜單設置狀態，可以連續按返回鍵，直到出現 需要保存嗎？ 是 不 的菜單界面，請根據需要選擇 是 或者 不 然后按確認鍵退出。鍵盤定義：左移鍵：選中的光標位向左移動右移鍵：選中的光標位向右移動減少鍵：選中的光標位數值減少，或選中的光標位設備定義循環增加鍵：選中的光標位數值增加，或選中的光標位設備定義循環確認鍵：確認作用返回鍵：在測量狀態下起循環顯示作用，在菜單設置

16、狀態下，起返回上級菜單作用。設置菜單：流量 參數 控制 系統 通信 校驗共六項菜單1、流量（1）選槽 A、流量模式：帕歇槽、矩形堰、等寬堰、三角堰 可按增加鍵循環選擇B、流量單位：kg、m3、L、T 可按增加鍵循環選擇（2）探頭 有超聲和電流兩種模式 可按增加鍵循環選擇當您需要接入4-20mA標準信號測明渠流量請訂貨時說明，探頭項才選電流。（3）補償 系統默認，無需設置2、參數（1）當前水位 請輸入目前流量傳感器下水的深度，單位米，按確認鍵轉到下一小項菜單；（2）流量上限 瞬時流量量程（即多少立方時儀表輸出20mA）單位m3/h，按確認鍵轉到下一項菜單；（3）流量下限 瞬時流量零位 一般設0.

17、000（4）水位切除 一般設0.005m3、控制控I上限、控I下限、控II上限、控II下限、控制回差 本菜單僅限選配控制功能的儀表4、系統（1）密碼 設置密碼用（修改密碼后請牢記）（2）時間 設置時間日期用（3）巡顯 僅限選配巡顯功能的儀表（4）清零 清零作用 可將累積流量 來停電 報表等清零，通過按確認鍵即清零（5）恢復 禁用（6）背光 選擇儀表顯示的背光是延時關閉 還是常亮5、通信（僅限選配通訊功能的儀表）（1）本機地址 設置本儀表通訊的地址（2）波特率 選擇通訊波特率（1200，2400，4800，9600 e 代表有校驗 n代表無校驗）6、校驗（工廠用）五、儀表異常分析A、顯示為FFF

18、F或F000（表示沒有采到信號）（1）檢查接線是否良好（2）檢查流量探頭安裝是否垂直（3）流量探頭功率可能偏?。ㄆ┤纾阂后w表面有泡沫、漂浮物、煙霧、塵埃等）B、顯示數字不變化（不隨水位的高低變化）（1）液位高度進入探頭盲區（2）液位的上方或側方有障礙物（3）安裝口的設置或位置不符合要求六、儀表選型LMQ量程原理堰槽材質（噸/h）C:超聲波B：巴歇爾槽1：自建堰槽舉例：50代表50噸/hJ:靜壓式（?？伺菽℡：堰板2：不銹鋼3：PVC4：聚丙烯巴歇爾槽巴歇爾槽形狀復雜，比堰的價格高，而且為了提高精度要求量水槽的各部分尺寸準確。但也有這樣一些其它測量裝置無法比擬的優點：水位損失小(約為堰的四分

19、之一)、水中即使有固態物質也幾乎不沉淀、接近流速的影響小、對下流側的水位影響比較小等,所以被用來測量農業用水、工業用水等其它液體的流量。由于量水槽內流速較大，喉道中水面的波動也很大，直接在槽中測定水位有困難。因此，在槽壁設置后觀測井，安量測水尺。井底比槽檻要低20-25cm，測井與量水槽可用平置的金屬管或混凝土管連接，管子的中心線應高出槽底3cm，上游水尺位于喉道上游距喉道首端(2/3)處，下游水尺位于喉道末端以上5cm的槽壁處。上下游水尺零點與槽底高要齊平,觀測井要無漏水現象,井中經常理泥沙,井上加蓋,避免雜物入內。巴歇爾槽構造如圖十五。按巴歇爾槽構造尺寸表將圖中的，數據填入。巴歇爾槽的水位

20、-流量關系如“巴歇爾槽參數”表所示。喉道寬“b”為0.051，0.076，0.152，0.228，0.3米巴歇爾槽水位流量對應表如下：0.051米喉道巴歇爾槽水位流量對應表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090流量0.00000.09590.28070.52630.82211.16171.54111.95712.40712.8892水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.1700.1800.190流量3.40183.94344.51275.10895.7307

21、6.37757.04847.74298.46029.1997水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量9.961010.74311.54712.37013.21413.21413.21413.21413.21413.214水位0.3000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量13.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.2140.076米喉道巴歇爾槽水位流量對應表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.000

22、0.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090流量0.00000.14070.41190.77221.20621.70462.26132.87163.53194.2393水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.1700.1800.190流量4.99145.78606.62147.49608.40859.357510.34211.36112.41313.499水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量14.61615.76416.94218.1511

23、9.38920.65521.95023.27224.62125.998水位0.3000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量27.40028.82930.28331.76331.76331.76331.76331.76331.76331.763 0.152米喉道巴歇爾槽水位流量對應表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00000.78842.35734.47337.047510.02713.37417.06221.07025.380水

24、位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量29.97634.84839.98445.37451.01156.88662.99369.32575.87782.644水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量89.62196.802104.19111.77119.54119.54119.54119.54119.54119.54 0.228米喉道巴歇爾槽水位流量對應表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.120

25、0.1400.1600.180流量0.00001.34663.88897.231911.23115.80120.88526.44032.43338.837水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量45.63052.79460.31268.16976.35484.85493.661102.76112.16121.83水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量131.77141.99152.46163.19174.17185.40196.86208.56220.502

26、32.66水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量245.05257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64 0.300米喉道巴歇爾槽水位流量對應表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00001.76905.07609.406714.57020.45826.99634.13041.81550.019水位0.2000.2200.2400.2600.2800.30

27、00.3200.3400.3600.380流量58.71367.87377.47787.50797.948108.79120.01131.60143.55155.85水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量168.50181.48194.79208.41222.35236.59251.14265.97281.10296.51水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量312.20328.17344.41360.91377.67394.70411.98429.514

28、47.29447.29巴歇爾槽構造尺寸單位：米類別序號喉道段收縮段擴散段墻高bLNB1L1LaB2L2KD 小 型10.0250.0760.0290.1670.3560.2370.0930.2030.0190.2320.0510.1140.0430.2140.4060.2710.1350.2540.0220.2630.0760.1520.0570.2590.4570.3050.1780.3050.0250.4640.1520.3050.1140.4000.6100.4070.3940.6100.0760.6150.2280.3050.1140.5750.8640.5760.3810.4570.

29、0760.77標準型60.250.600.230.781.3250.8830.550.920.080.8070.300.600.230.841.3500.9020.600.920.080.9580.450.600.231.021.4250.9480.750.920.080.9590.600.600.231.201.5001.00.900.920.080.95100.750.600.231.381.5751.0531.050.920.080.95110.900.600.231.561.6501.0991.200.920.080.95121.000.600.231.681.7051.1391.30

30、0.920.081.0131.200.600.231.921.8001.2031.500.920.081.0141.500.600.232.281.951.3031.800.920.081.0151.800.600.232.642.101.3992.100.920.081.0162.100.600.233.002.251.5042.400.920.081.0172.400.600.233.362.401.6042.700.920.081.0大型183.050.910.3434.764.271.7943.681.830.1521.22193.660.910.3435.614.881.9914.4

31、72.440.1521.52204.571.220.4577.627.622.2955.593.050.2291.83216.101.830.6869.147.622.7857.323.660.3052.13227.621.830.68610.677.623.3838.943.960.3052.13239.141.830.68612.317.933.78510.574.270.3052.132412.191.830.68615.488.234.78513.824.880.3052.132515.241.830.68618.538.235.77617.276.100.3052.13巴歇爾槽參數類別序號喉道寬度b(m)流量公式Q=Chan(L/S)水位范圍h(m)流量范圍Q(L/S)臨界淹沒度%最小最大最小最大小型10.02560.4ha1.550.0150.210.095.40.520.051120.7ha1.550.0150.240.1813.20.530.076177