智能超声波水流量计的研制

　　近年来，随着国民经济的发展，我国水资源越来越珍贵，相应地对水量的计量仪器准确度要求也越来越高，本文所研制的流量计主要用于城市供水系统中水流量的测量.

　　工业上常用的流量计种类很多，如按照其测量原理来分类，大致有四种:差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计及其它类型流量计.其中，超声波流量计是一种较新的测量方法，它与超声波在流体中的传播速度与流体流动速度有关，据此可以实现流量测量.这种非接触方法不会造成压力损失lz]，并且适合于大口径水流量的测量.超声波的发射和接收都要用换能器(传感器)，通常把发射和接收传感器做成完全相同的材质和结构，可以互换使用或进行双向收发131.超声波流量计实现的典型方法有时差法和多普勒法，本文选择时差法来测量.

　　1 时差法超声波流量计测量原理

　　1.1单声路测量原理

　　在管道的两侧斜向安装两个传感器，使其轴线重合在一条斜线上，如图1.当传感器A发射，B接收时，声波基本上顺流传播，速度快，时间短，可表为

　　当B发射，A接收时，逆流传播，速度慢，时间长，可表为

　　式中:L为两传感器的传播距离(m);C为超声波在静止流体中的传播速度(m/s);V为被测流体的平均流速(m/s).两个方向的传播时间差为

　　因F《C，故V’可忽略，故得

　　当流体中的声速为常数时，流速V便和△t成正比，测出时间差即可求出流速，进而得到流量.由于声速受温度的影响较大，声速的变化直接影响到测量的准确度，所以直接利用式(4)不易实现精确的流量测量.由式(l)和式(2)可

　　式(5)中流速V为流体沿声路方向的平均流速，而要测量的实际流速是沿管道方向的流速，它为沿声路方向流速V与垂直于声路方向流速的合成量，因此，实际流速V为

　　式中口为声路与流体流向间的夹角，即声路角.此式中的五/2为常数，只要测出顺流和逆流传播时间tl和屯，就能求出v进而得到流量，这就避免了求声速速C的困难.这种方法不受温度的影响，可以实现精确测量.

　　1.2多声路测量原理

　　本文主要研究大流量的测量，由于管道的断面较大，断面上不同位置的流速不同，单声路测量带来的误差会随着断面面积的增大而增大.为了提高流量测量的准确度，一般采用多声路测量方法.利用时差法可以测出一个声路的平均流速，再根据不同声路的平均流速，用相应的算法计算出整个断面的平均流速和流量.从理论上讲，应该是声路越多准确度越高，但是根据以往的实践经验证明，在断面声路数达到四声路以后，再增加声路数对准确度的贡献很小，而成本却成倍增加.因此，研究对象为四声路超声波流量计.