ngg超声波流速测量仪精度的提高

　　1 时差式超声波流速测量仪

　　目前在流体流速测量领域，根据工作原理的不同，超声波流速测量仪可分为多谱勒式超声波流速测量仪和时差式超声波流速测量仪两种。多谱勒式超声波 流速测量仪只能用于测量含有适量能反射超声波信号的颗粒或气泡的流体，如工厂排放液、未处理的污水、杂质含量稳定的工厂过程液等。目前生产最多、应用范围 最广泛的是时差式超声波流速测量仪。它成本低廉，性能可靠，主要用来测量洁净的流体流速，在水文工作和工业用水领域得到广泛应用。此外它也可以测量杂质含 量不高(杂质含量小于ion.,粒径小于m)的均匀流体。

　　2 时差式超声波流速测量仪的工作原理

　　时差式超声波流速测量仪的测量执行机构是测速管。将流速测量仪放人水中时，使测速管要平行于水流方向。如果超声波在静水中的传播速度为c，在水 以V速为速度流动时:超声波顺水传播速度变快，V,=c+V;逆水传播速度变慢，V:二c一V。如图1所示，在测速管的管壁放两对超声波探头A,B。这样 由发射器A发射超声波，接收器A来接收，从发射到接收的时间为t,;由发射器B发射超声波，接收器B来接收，从发射到接收的时间为几。顺水和逆水发射与接 收的距离相等为L，这样:

　　同时

　　所以

　　同时

　　所以:

　　超声波传播速度C受介质温度、组分影响较大，即传播速度。不是常量，若采直接用时差法将使测量误差增大。为了消除温度、组分的影响，可采用另一 种数学模式，将介质流速数学表达式中的。的消去，使介质流速V仅和测量距离L与顺、逆流时间差有关，因为该表达式的数学参量仅为距离和时间，所以可称为速 度差法。

　　将公式1减公式2得:

　　得到水流速

　　从水流速的原理公式可以看到，水流速V的精度是以t, , t2的测量精度为基础的。我们可以用静态误差补偿和动态误差补偿等智能补偿的方法消除各种可以预测的误差。在流速为1.Sm/s-6m/s时精度为 10.3%，在流速为0-1.Sm/s时精度只为士2%。但在这之外，再也没有可大大提高测量精度的方法了。

　　t, , t2的测量一般用MCS-51单片机来实现。MCS-51单片机内有两个定时器T, ,几，可以用来计时。计时脉冲周期为T(如果晶振是12MHz , T为一个机器周期，也就是l},s) o

　　所以

　　发射超声波和计时的开始是由单片机控制的，但接收到超声波时一般并不正好是整数个计时脉冲(如图2所示)，这样t,(动的最大误差为T, T为},s数量级时间，V的误差会很小，但是几一t，一般也为}s级，尤其在水流速V比较小时，几一t,很小，误差T就显得很大。这就造成流速精度不是很 高。当然我们可以用提高单片机晶振频率或者换高级的单片机的方法来减小T。但提高单片机晶振频率是有一定限度的，能不能在不提高晶振频率的前提下提高t, (动的精度呢?