超聲波流量計技術亮點 二

2 影響超聲波流量計分辨力的主要因素

以對射式雙探頭超聲波流量計為例，時間T為聲程L與聲速V之比：T=L/V。在圓形管道中，聲程與管道直徑D和探頭中心聯線與管道中心線的空間安裝夾角θ有關：L=D/sinθ。而管道中的超聲波聲速V則是靜態聲速c和流體v的矢量和： V=c+vcosθ。于是可導出在兩超聲探頭之間L上的正程測量時間T1和逆程測量時間T2: 聯立兩式，略去微小項，于是逆、正程的時差為： 其中K為常數。可見管道內的流體流速v與時差近于正比關系。而且只有提高時差的分辨力，才可能提高流速v的精度。假定管道內流體的流速v=0.5m/s，聲速為c=1450m/s，探頭對射角度θ=45°，管道直徑為D=0.15m，可通過公式計算得△T=71ns，如果要求0.5%的分辨力，則時間的最小分辨率需要達到d=0.356ns。這樣的時間分辨力，如果用計時器直接計時，時鐘頻率需要達到3000M，這樣的電路設計是很困難的。

超聲波流量計