超聲波流量計主機與探頭原理探討  一

摘要

超聲波流量計由于具有非接觸式測量、測量范圍寬、安裝簡便、以及特別適合大管徑及危險性流體流量測量等優點，被供水、石油、化工、電力等部門廣泛應用。然而，由于超聲波流量計只是在近幾十年才出現的一種新型儀表，還有很多不完善的地方，比如成本較高、精度不夠等，有必要對其加以改進和提高。

本論文通過充分調研及查閱大量的文獻資料，選擇時差法超聲波流量計為研究對象，對如何提高系統的精度及系統穩定性和可靠性問題進行了深入的理論研究，并設計了具體的硬件電路，主要工作及創新有：

1.研究了幾種超聲波流量計特別是時差法超聲波流量計的測量原理，對超聲波在流體中的傳播特性及超聲波換能器進行了較深入的研究；根據流體力學及物理學的有關知識，對超聲波流量計進行了修正，并給出了不同情況下流量修正系數的計算公式；

2.針對傳統時差法超聲波流量計測量精度易受溫度影響的問題，采用了改進型算法，在很大程度上避免了溫度變化對測量精度的影響；介紹了幾種常用提高超聲波測時精度方法的同時，討論并采用了超聲波時差測量的新方法——多脈沖測量法的原理和應用；

3.結合課題的實際情況，對時差法超聲波流量計的硬件電路進行了詳細的分析和設計，討論了器件的選擇、參數計算等技術問題，設計出了匹配性能良好的發射、接收電路；在信號調理上，除了常規的濾波電路外，還采用了自動增益放大電路來提高信號的可靠性；而且，采用主從單片機協同工作的方式，提高了系統的穩定性；在軟件方面，給出了系統的軟件流程圖并較詳細地敘述了算法的實現；

4.針對流量計的工作環境，對流量計系統的抗干擾性進行了研究，并采取了相應的軟、硬件措施；

5.對造成超聲波流量測量誤差的各種因素進行了詳細的分析、研究，并應用誤差理論，對時差法超聲波流量計的各種可能的誤差進行了誤差分配和合成；對硬件電路和軟件進行了試驗性的驗證，給出了實驗結果。

超聲波流量計