超聲波流量計主機與探頭原理探討  二十二

平行安裝的超聲波換能器位于管道軸線上，理論上講，聲波在管道的徑向穿過流體截面的次數越多，其測量準確度就越高，但是換能器安裝在管道軸向中心一方面會嚴重擾亂流場的分布，另一方面其測量的流體流速不具有整個流束截面的代表性，所以是不可取的；Z 型安裝的聲傳播路程較短，傳播時間不易測量，會限制流量計在小管徑上的應用；而V 型結構既保證了波的傳播方向又可以擴大聲程，是現在國際上流行的兩個換能器安裝在同一側的設計。

所以，在本設計中，我們的換能器將采用單通道（即只采用一對探頭）V 字型安裝，這樣不僅可以提高系統的分辨率，而且單通道形式可以消除由于雙通道換能器參數不對稱等引起的一些附加溫度誤差，特別是單通道的發射器、接收器安裝在管壁同一側，讓超聲波在管壁對側反射一次的方法還可以減少流速斷面分布不均勻的誤差，另外這種方法也可以減少超聲波在聲道中多次反射引起的對測量的干擾。

3.2 測量原理

3.2.1 超聲波流量計聲學原理

如2.3 節所述，當管道中流體以速度v 流動時，超聲波信號在流體中的順、逆流傳播時間分別為1 t 、2 t ， 但是，由式（3-4）我們可以看到流體的流速v 與超聲波速度C 有關，而C 又受溫度、水深等物理參數的影響，如果直接利用式（3-4）進行流量計算勢必會造成比較大的誤差，因此，可以采用改進型時差法，利用數學變換將影響測量精度的超聲波速度C 剔除。

（3-7）與（3-4）相比，消掉了超聲波速度C 這一項，因此，改進后的時差法公式消除了C 對測量結果的影響，從理論模型上提高了流速的測量精度。

超聲波流量計