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第1页共6页时差法超声波流量计原理及误差因素摘要：流量计量是计量科学技术的组成部分之一，超声波流量计在工业生产中有着广泛的应用。本文以时差式超声波流量计为例介绍其特点以及流量计自身以及外界因素对测量精度的影响。关键词：时差法超声波流量计原理误差引言：近十几年来,基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步,基于新型换能器的研制,基于声道配置及流体动力学的研究,超声波流量测量技术取得了长足的进步。超声波流量计与目前常用的其它流量计相比具有其突出的优点：可进行非接触式的测量、量程比较大、计量结果稳定可靠、无压力损失、安装方便等，在石油化工、制药、冶金等领域有着广泛的应用。影响其测量精度的因素较多，充分了解并考虑这些因素能提高工业控制的精准度。1时差法超声波流量计简介1.1时差法超声波流量计结构时差法超声波流量计由两个超声波换能器，电子线路，流量显示和积累系统三部分组成。超声波换能器将电能转化成超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到超声波回波信号，经电子线路的放大，整形等信号处理转化成代表流量的电信号供给显示仪和积累仪表进行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。1.2时差法超声波流量计的优点第2页共6页(1)不破坏流体的流场,无压力损失、不需对管道特殊加工,对于仪表的安装和调试均不影响管路的正常运行。(2)适用面广。只要能够传播声波的流体均可用超声波流量计进行测量,故超声波流量计适用于各种流体,尤其适用于各种不便测量的情况,比如腐烛性的液体、高粘度液体、气体或高温高压的液体等。(3)通用性好。由于其安装和调试并不需对管道进行特殊加工,对于不同管道的流量测量同一个仪表就可做到,不需考虑管材、壁厚等,尤其适用于大管径、大流量的测量场合。(4)极易小型化、智能化和便携式。这与近些年来集成电路的迅猛发展密不可分,多种高速、低功耗、高智能的处理器芯片的发展使超声波流量计的小型化、智能化成为必然。2时差法超声波流量计工作原理时差法超声波流量计其工作原理如图1所示。他是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，在通过流速来计算流量的一种间接测量方法。图1时差法超声波流量测量原理示意图第3页共6页图1中流体从左侧流向右侧，其流速为V；管径为D，两个换能器距离（即超声波行走路径）为L，超声波传播方向与流体流向夹角为θ,在静态液体中，发送器到接收器超声波运动的速度为c。超声波顺流传播时间为t1：超声波逆流传播时间为t2：超声波顺流与逆流传播差为Δt：=Lθθ=()θ(式中X为两个换能器在管线方向上的间距)一般情况下V《c，所以≈0；Δt≈V=Δ流体流量为Q：Q=∫第4页共6页3影响时差法超声波流量计测量精度的因素3.1流量计自身因素（1）加工精度及温度变化对机械尺寸的影响。声路角、管道直径D、声程L等机械参数的加工精度、温度稳定性对流量的测量有直接的影响。在测量过程中，它们会随着温度的变化而变化。这种误差可以通过精密加工，合理选材以及合理的结构设计使影响减到最小。（2）电气特性上的误差器件工作不稳定、计数电路精度低会给流量测量带来误差。（3）回波波形变化和幅值变化带来的误差该变化会使超声波流量计二值化电路的计时比较点发生变化，造成波形误差。这种误差用硬件方法很难克服，必须借助于软件方法引入智能分析算法加以解决。对于流量计自身因素来说，现在时差法超声波流量计技术比较成熟，给测量带来的误差都比较小，但不同的厂家也会有不同的精度，应根据控制精度要求与经济效益来选择流量计。3.2外界因素（1）温度变化对流速的影响超声波的传播速度随流体的温度的升高而升高，因而会给测量带来误差。流体温度变化对精度的影响可以采用温度补偿方法通过测量流体的温度和温度补偿数学模型的计算实现自动补偿。（2）流体管道给测量带来的误差第5页共6页流体管道质地不均的情况下，超声波传播速度会有很大的差别，对最终计算出的流体流量会带来较大的误差。（3）流体对测量带来的误差流体中少量的颗粒、气泡等对时差法超声波流量计测量影响很小，但但是当这些含量超过一定的限度或者在管壁上沉淀下来，发射到接收的声程将会缩短，引起测量的误差。当要求精度高的时候，可选用其他流量计。（4）噪声对测量带来的误差超声波流量计可能会受附近超声波噪声源的不利影响。这种噪声源包括减少可听见噪声的无噪声阀、压力调节器和管道的其他重要节流部件。在实际测量中最好找出流量计上游潜在的噪声源，或在流量计和噪声源之间设置弯头会有助于减轻额外的超声波噪声。（5）各种参数对测量带来的误差由时差法超声波流量计原理计算公式中可看出，流体流量与几个参数相关。管道管径D、两个换能器距离（即超声波行走路径）为L、超声波传播方向与流体流向夹角为θ，这几个参数与流量计安装相关，有的参数需要实际测量，这些参数在测量时不可避免的会存在误差，会对最后流体流量的计算带来误差。流量计安装与参数测量过程中就需要精确，降参数对流量计带来的误差降到最低。4结束语时差法超声波流量计在工业控制中得到广泛的运用，有着很多的优势：不破坏流体的流场,无压力损失；不需对管道特殊加工；对于仪表的安装和调试均不影响管路的正常运行；可以测量对腐蚀性等较特殊的流体。时差法第6页共6页超声波流量计测量误差的因素较多：流量计自身因素可根据不同厂家的工艺选择；外界因素有管道、流体、噪声、测量参数等引起，需要在安装或是测量参数时特别精确。