超聲流量計(jì)部分資料匯總及巴歇爾槽規(guī)格和安裝

1、根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法(直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。1、時(shí)差法 測(cè)量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播速度不同引起的時(shí)差計(jì)算被測(cè)流體速度。它采用兩個(gè)聲波發(fā)送器(SA和SB)和兩個(gè)聲波接收器超聲流量計(jì) （RA和RB）。同一聲源的兩組聲波在SA與RA之間和SB與RB之間分別傳送。它們沿著管道安裝的位置與管道成角(一般=45°)（圖1）。由于向下游傳送的聲波被流體加速，而向上游傳送的聲波被延遲，它們之間的時(shí)間差與流速成正比。也可以發(fā)送正弦信號(hào)測(cè)量?jī)山M聲波之間的相移或發(fā)送頻率信號(hào)測(cè)量頻率差來實(shí)現(xiàn)流速的測(cè)量。超聲波流量計(jì)由

2、超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)三部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量，并將其發(fā)射到被測(cè)流體中，接收器接收到的超聲波信號(hào)，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào)供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算。這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。特點(diǎn)獨(dú)特的信號(hào)數(shù)字化處理技術(shù)，使儀表測(cè)量信號(hào)更穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、計(jì)量更準(zhǔn)確。無機(jī)械傳動(dòng)部件不容易損壞，免維護(hù)，壽命長(zhǎng)。電路更優(yōu)化、集成度高、功耗低、可靠性高。智能化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出，人機(jī)界面友好、多種二次信號(hào)輸出，供您任意選擇。管段式小管徑測(cè)量經(jīng)濟(jì)又方便，測(cè)量精度高。2、相位差法 測(cè)量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播時(shí)由于時(shí)差引起的相位差計(jì)算速度。它的發(fā)送器沿垂直于管道的

3、軸線發(fā)送一束聲波，由于流體流動(dòng)的作用，聲波束向下游偏移一段距離。偏移距離與流速成正比。3、頻差法 測(cè)量順逆?zhèn)鞑r(shí)傳播時(shí)的聲環(huán)頻率差。當(dāng)超聲波在不均勻流體中傳送時(shí)，聲波會(huì)產(chǎn)生散射。流超聲流量計(jì) 體與發(fā)送器間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)送的聲波信號(hào)和被流體散射后接收到的信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。多普勒頻移與流體流速成正比。圖2中被測(cè)流體的區(qū)域位于發(fā)射波束與接收到的散射波束的交叉之處。要求波束很窄，使兩波束的夾角不致受到波束寬度影響。也可只采用一個(gè)變換器既作為發(fā)送器又作為接收器，這種方式稱為單通道式。在單通道多普勒血液流量計(jì)中，發(fā)送器間隔地發(fā)送聲脈沖信號(hào)，在兩個(gè)聲脈沖間隔的時(shí)間中，接收從血管壁和血管內(nèi)紅血球反射

4、回來的聲脈沖信號(hào)。采用控制線路選擇給定距離處的紅血球反射信號(hào),通過比較后得到多普勒頻移,它與血液流速成正比。在已知血管橫截面時(shí)可得到血液流量。一般，超聲流量計(jì)的安裝應(yīng)從以下幾個(gè)方面來考慮:1)詳細(xì)了解現(xiàn)場(chǎng)情況;2)確定安裝方式;3)選擇安裝管段;4)計(jì)算安裝距離，確定探頭位置;5)管道表面處理;6)探頭安裝及接線;7)用示波器觀察接收波形，微調(diào)并固定探頭。安裝細(xì)解超聲波流量計(jì)在安裝之前應(yīng)了解現(xiàn)場(chǎng)情況，包括：1安裝傳感器處距主機(jī)距離為多少；2管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；3管道年限；4流體類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；5流體溫度；6安裝現(xiàn)場(chǎng)是否有干擾源（如變頻、強(qiáng)磁場(chǎng)等）；7主機(jī)安放處四季溫

5、度；8使用的電源電壓是否穩(wěn)定；9是否需要遠(yuǎn)傳信號(hào)及種類；根據(jù)以上提供的現(xiàn)場(chǎng)情況，廠家可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行配置，必要情況下也可特制機(jī)型。超聲波流量計(jì)安裝位置選擇安裝管段對(duì)測(cè)試精度影響很大，所選管段應(yīng)避開干擾和渦流這兩種對(duì)測(cè)量精度影響較大的情況，一般選擇管段應(yīng)滿足下列條件：1、避免在水泵、大功率電臺(tái)、變頻，即有強(qiáng)磁場(chǎng)和震動(dòng)干擾處安裝機(jī)器；2、選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏危?、要有足夠長(zhǎng)的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；4、安裝點(diǎn)上游距水泵應(yīng)有30D距離；5、流體應(yīng)充滿管道；6、管道周圍要有足夠的空間便于現(xiàn)場(chǎng)人員操作，地下管道需做測(cè)試井，測(cè)試井如下

6、：超聲波流量計(jì)安裝方式超聲波流量計(jì)一般有兩種探頭安裝方式，即Z法和V法。但是,當(dāng)D < 200mm而現(xiàn)場(chǎng)情況為下列條件之一者,也可采用Z法安裝：1、當(dāng)被測(cè)量流體濁度高，用V法測(cè)量收不到信號(hào)或信號(hào)很弱時(shí)；2、當(dāng)管道內(nèi)壁有襯里時(shí)；3、當(dāng)管道使用年限太長(zhǎng)且內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)；對(duì)于管道條件較好者，即使D稍大于200mm，為了提高測(cè)量精度，也可采用V法安裝。超聲波流量計(jì)探頭位置1、將管道參數(shù)輸入儀表，選擇探頭安裝方式，得出安裝距離；2、在水平管道上，一般應(yīng)選擇管道的中部，避開頂部和底部（頂部可能含有氣泡、底部可能有沉淀）；3、V法安裝：先確定一個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)。Z法安裝：先確定一

7、個(gè)點(diǎn)，按安裝距離在水平位置量出另一個(gè)點(diǎn)，然后測(cè)出此點(diǎn)在管道另一側(cè)的對(duì)稱點(diǎn)。超聲波流量計(jì)管道處理確定探頭位置之后，在兩安裝點(diǎn)±100mm范圍內(nèi)，使用角磨砂輪機(jī)、銼、砂紙等工具將管道打磨至光亮平滑無蝕坑。要求：光澤均勻，無起伏不平，手感光滑圓潤(rùn)。需要特別注意，打磨點(diǎn)要求與原管道有同樣的弧度，切忌將安裝點(diǎn)打磨成平面，用酒精或汽油等將此范圍擦凈，以利于探頭粘接。超聲波流量計(jì)接線探頭與儀表接線探頭（傳感器）探頭根據(jù)實(shí)際測(cè)量管道可分三種：S型傳感器(15100mm)M型傳感器(50700mm)L型傳感器(3006000mm)超聲波流量計(jì)微調(diào)探頭接完線后把探頭內(nèi)部用硅膠注滿，放置半小時(shí)，然后用硅膠

8、和卡具把探頭固定到打磨好的管道上（注意探頭方向，引線端向外），然后觀察儀表的信號(hào)強(qiáng)度、良度與傳輸時(shí)間比，如發(fā)現(xiàn)不好，則細(xì)微調(diào)整探頭位置，直到儀表的信號(hào)達(dá)到規(guī)定的范圍之內(nèi)：（信號(hào)強(qiáng)度：一般應(yīng)大于6.5，少數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況另定。）（信號(hào)良度：低峰值一般為714，高峰值一般為2580。）（傳輸時(shí)間比：在100±4范圍之內(nèi)，此值必須穩(wěn)定。）超聲波流量計(jì)固定探頭儀表信號(hào)調(diào)整好以后，用所配卡具將探頭固定好，注意不要使鋼絲繩傾斜，以免拉動(dòng)探頭，使探頭移位，再用硅膠將探頭與管道接觸的四周封住。此膠凝固大約需一天時(shí)間，在未干之前必須注意探頭防水。（信號(hào)線的外屏蔽線必須可靠接地）。安裝超聲波流量計(jì)可

9、按照以下步驟操作：一：觀察安裝現(xiàn)場(chǎng)管道是否滿足直管段前10D后5D以及離泵30D的距離。(D為管道內(nèi)直徑)二：確認(rèn)管道內(nèi)流體介質(zhì)以及是否滿管。三：確認(rèn)管道材質(zhì)以及壁厚(充分考慮到管道內(nèi)壁結(jié)垢厚度)四：確認(rèn)管道使用年限，在使用10左右的管道，即使是碳鋼材質(zhì)，最好也采用插入式安裝。五：前四步驟完成后可確認(rèn)使用何種傳感器安裝六：開始向表體輸入?yún)?shù)以確定安裝距離。七：非常重要：精確測(cè)量出安裝距離。八：安裝傳感器調(diào)試信號(hào)做防水歸整好信號(hào)電纜清理現(xiàn)場(chǎng)線頭等廢棄物 安裝結(jié)束驗(yàn)收簽字超聲波流量計(jì)圖紙分解超聲波流量計(jì)原理圖 包括：測(cè)量流動(dòng)通道6，被測(cè)量的流體通過其中流動(dòng)；超聲波換能器8和9，分別設(shè)置在沿測(cè)量流動(dòng)

10、通道6彼此相對(duì)的上游端和下游端；上游孔眼11和下游孔眼12，用于使超聲波換能器8和9暴露于該測(cè)量流動(dòng)通道6；第一流體抑制器15，至少鄰近下游孔眼12，用于減少被測(cè)量的流體流入孔眼12；第二流體抑制器16，被設(shè)置在測(cè)量流動(dòng)通道6的上游端并相對(duì)于孔眼11和12，用于減少被測(cè)量的流體流入孔眼11和12；測(cè)量控制部件19，用于測(cè)量超聲波換能器8和9之間的超聲波的傳播時(shí)間；及計(jì)算部件20，用于根據(jù)該測(cè)量控制部件19的信號(hào)計(jì)算流量。為下游孔眼12設(shè)置的第一流體抑制器15包括具有至少一個(gè)超聲波傳輸孔22的孔眼密封部件21。因此，有可能穩(wěn)定超聲波換能器之間的流體，以便增強(qiáng)超聲波的接收水平，從而提高測(cè)量精度和對(duì)

11、流量測(cè)量的上限值，并減少對(duì)于超聲波換能器的驅(qū)動(dòng)輸入。超聲波流量計(jì)常見問題1、超聲波流量計(jì)探頭使用一段時(shí)間，會(huì)出現(xiàn)不定期的報(bào)警。尤其是輸送介質(zhì)雜質(zhì)較多時(shí)，這種問題會(huì)較常見。解決辦法：定期清理探頭(建議一年清理一次)。2、超聲波流量計(jì)輸送介質(zhì)含有水等液體雜質(zhì)時(shí)，流量計(jì)引壓管容易產(chǎn)生積液，氣溫較低時(shí)會(huì)出現(xiàn)引壓管凍堵現(xiàn)象，尤其在北方地區(qū)冬季較常見。解決辦法：對(duì)引壓管進(jìn)行吹掃或加電伴熱3、超聲波流量計(jì)對(duì)管道的要求非常嚴(yán)格 不能有異響 否則會(huì)影響測(cè)量誤差很大超聲波在傳播過程中，由于受介質(zhì)和介質(zhì)中雜質(zhì)的阻礙或吸收，其強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生衰減。不論是超聲波流量計(jì)還是超聲波物位計(jì)，對(duì)所接受的聲波強(qiáng)度都有一定要求，所以都要

12、對(duì)各種衰減進(jìn)行抑制。4、瞬時(shí)流量波動(dòng)大?信號(hào)強(qiáng)度大,本身測(cè)量流體波動(dòng)大.解決方法:調(diào)整好探頭位置,提高信號(hào)強(qiáng)度,保證信號(hào)強(qiáng)度穩(wěn)定,如本身流體波動(dòng)大,則位置不好,重新選點(diǎn),確保前10D后5D的工況要求.5、外夾式超聲波流量計(jì)信號(hào)低?這個(gè)取決于儀表本身的技術(shù)含量,經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)大量的測(cè)試實(shí)例證明,像管道時(shí)間長(zhǎng),結(jié)垢嚴(yán)重,管徑大的問題,艾拓利爾AFTU-2W系列較其他外夾式超聲波流量計(jì),出信號(hào)非?？?而且信號(hào)很穩(wěn)定。.解決方法:對(duì)于管徑大、結(jié)垢嚴(yán)重、建議選用品質(zhì)好的外夾式超聲波流量計(jì)，探頭安裝處管道要打磨干凈,用耦合劑或耦合片排除探頭與工件表面之間的空氣，使超聲波能有效地傳入管道內(nèi)，保證探測(cè)面上有足夠的聲

13、強(qiáng)透射率.6、測(cè)量介質(zhì)中偶爾有氣泡產(chǎn)生,用時(shí)差法的超聲波流量計(jì)是否有影響？今艾拓利爾AFTU-2W系列外夾式超聲波流量計(jì)有雙模式,當(dāng)有氣泡時(shí),可以自動(dòng)轉(zhuǎn)入多普勒模式去測(cè)量,當(dāng)氣泡消失時(shí),會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入時(shí)差法測(cè)量.7、儀表在現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)干擾下無法使用？現(xiàn)場(chǎng)有變頻器或高電壓電纜場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾建議：遠(yuǎn)離變頻器或高電壓電纜場(chǎng)強(qiáng)電磁干擾8、目前市場(chǎng)上外夾式的超聲波流量計(jì)管徑最小能測(cè)到多少?溫度最高多少？解答：現(xiàn)在全世界只有艾拓利爾AFTU-2W系列最小管徑能測(cè)到6mm,溫度能測(cè)到550，像測(cè)熔鹽和導(dǎo)熱油這類工況，這是其他品牌流量計(jì)無法做到的。9、怎樣選擇一款合適的超聲波流量計(jì)？解答： 管道材質(zhì)、管壁厚度及管徑；流體

14、類型、是否含有雜質(zhì)、氣泡以及是否滿管；流體溫度，流量計(jì)類型，是便攜的還是固定在線的。關(guān)于使用超聲波流量計(jì)的幾點(diǎn)體會(huì)1. 流量計(jì)有對(duì)角和反射兩種模式，當(dāng)反射模式測(cè)不出時(shí)用對(duì)角模式可能能測(cè)出，以至于后來我們一直用反射模式。2. 流量計(jì)對(duì)管道要求比較高，保溫層一定要刮掉一部分，否則無法測(cè)量。我們測(cè)空調(diào)水系統(tǒng)時(shí)用刀把保溫層割下一塊以防止傳感器，測(cè)完后再把割下的保溫層粘上。管道表面盡量光亮，太粗燥的話還得用砂紙打磨。3. 當(dāng)管道內(nèi)流體為非滿管流時(shí)很難測(cè)出，所以測(cè)量位置應(yīng)盡量選直管段，遠(yuǎn)離彎頭、閥門等地方。4. 流量計(jì)讀數(shù)的真實(shí)性是依賴于信號(hào)強(qiáng)度的，信號(hào)太低時(shí)結(jié)果基本不可信，一般要60%以上甚至更到。5.

15、 由于讀數(shù)可能會(huì)變化很大，我們采取的做法是讓流量計(jì)連續(xù)讀數(shù)，比如連續(xù)記錄一分鐘的讀數(shù)，然后取平均值。6. 測(cè)量熱水管路比冷水管路難。因?yàn)闊崴鼙诿鏈囟雀撸詈蟿┰诟邷貢r(shí)容易化。除了產(chǎn)品自帶耦合劑外，我們都嘗試過牙膏?？偨Y(jié)超聲波流量計(jì)在測(cè)量準(zhǔn)確度和精度還有待提高時(shí)差法超聲流量計(jì)工作原理時(shí)差法超聲流量計(jì)工作原理如圖1 所示.為流速方向和超聲波傳播方向的夾角,當(dāng)為銳角時(shí),稱之為順流;當(dāng)為鈍角時(shí),稱之為逆流. 超聲波信號(hào)在動(dòng)態(tài)介質(zhì)(流體) 中,與靜態(tài)介質(zhì)(流速為零) 相比,順流時(shí)信號(hào)傳播速度增加,傳播時(shí)間減小,逆流時(shí)信號(hào)傳播速度減小,傳播時(shí)間增加,從而順逆流方向聲波信號(hào)傳播時(shí)間存在差值(即時(shí)差) .

16、時(shí)差法超聲流量計(jì)就是根據(jù)介質(zhì)的流速與時(shí)差存在線性關(guān)系原理進(jìn)行測(cè)量的,只要準(zhǔn)確測(cè)定順逆流時(shí)間,根據(jù)流速與其線性關(guān)系,可以求出瞬時(shí)流速,進(jìn)而可以求出瞬時(shí)流量6圖1 中的s1 、s2 分別代表兩個(gè)超聲波換能器; t1為換能器s1 發(fā)射、s2 接收時(shí), 超聲波在管道中傳播時(shí)間,即順流時(shí)間; t2 為換能器s2 發(fā)射、s1 接收時(shí),超聲波在管道中傳播時(shí)間, 即逆流時(shí)間; V 為液體流速; D 為管道直徑;為超聲波進(jìn)入液體的入射角. 超聲流量計(jì)順流時(shí)間t1 和逆流時(shí)間t2 分別用下式計(jì)算7 ,即其中, C 為超聲波信號(hào)在水中的聲速,為信號(hào)在換能器及硬件電路中的時(shí)間延遲. 設(shè) T 為順逆流時(shí)間差,則因常見液

17、體中聲速要大于1000m/ s , 而液體流速小于10m/ s7 ,即C2 m V 2 ,所以式(3) 可以簡(jiǎn)化為由式(4) 可得流速通過式(5) 可求出瞬時(shí)流量式中, K 為流速分布修正系數(shù), S 為管道截面積, D為管道直徑.3 靜態(tài)漂移的產(chǎn)生理論上,在流體靜止的情況下(流速為0m/ s) ,時(shí)差法超聲流量計(jì)測(cè)量的順流時(shí)間t1 和逆流時(shí)間t2 應(yīng)該相等,時(shí)間差T 應(yīng)該為0. 但是因采用的兩個(gè)超聲換能器的靈敏度、機(jī)電耦合等參數(shù)不可能完全相同,靜態(tài)情況下T 一般在一個(gè)范圍內(nèi)變化, 則由式(6)可知靜態(tài)下的瞬時(shí)流量Qs 應(yīng)在一個(gè)范圍內(nèi)波動(dòng). 超聲流量計(jì)對(duì)流動(dòng)流體的測(cè)量, 稱為動(dòng)態(tài)計(jì)量, 動(dòng)態(tài)瞬時(shí)

18、流量為記作Qd. 假設(shè)時(shí)差式超聲流量計(jì)要滿足分界流量為qt ,精度為1 %,則T 必須滿足:其中,為一個(gè)精度閾值參數(shù)(由分界流量和精度決定) ,所以靜態(tài)瞬時(shí)流量Qs 滿足式中, = f () . 當(dāng)靜態(tài)瞬時(shí)流量Qs 不滿足式(8)時(shí),定義該狀況為靜態(tài)漂移.解決靜態(tài)漂移的基本方法是準(zhǔn)確的判斷超聲波的到達(dá)時(shí)刻,即得到準(zhǔn)確的順逆流時(shí)間,進(jìn)而得到準(zhǔn)確的時(shí)間差.通常用閾值比較法來判斷超聲波的到達(dá)時(shí)刻,閾值比較法的原理圖如圖2 所示, 圖2 (b) 為(a) 中框圖放大部分.圖2 (b) 中, DS 為發(fā)射換能器的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào);TS 為接收換能器接收到的超聲波信號(hào); T 為順流時(shí)間(逆流時(shí)間) ; t 為

19、時(shí)間坐標(biāo)軸; Z 為硬件閾值;a 、b、c 、d 依次為接收的超聲波第二個(gè)周期的4 個(gè)時(shí)刻點(diǎn), a 為過零點(diǎn). 假設(shè)圖2 中, 接收換能器在一次靜態(tài)測(cè)量時(shí)接收的超聲波為TS , 閾值Z 首次與該信號(hào)切割時(shí)刻為c 點(diǎn), 此時(shí)的超聲流量計(jì)測(cè)得順流時(shí)間(逆流時(shí)間) 為T ,時(shí)間差為 T. 如果下一次接收的超聲波幅值比該次大或者小, 則閾值Z 首次與該信號(hào)切割的時(shí)刻點(diǎn)c 點(diǎn)會(huì)前移或后移, 導(dǎo)致測(cè)量的順流時(shí)間(逆流時(shí)間) 偏大或偏小. 由于超聲波比較微弱,易受到流體中固體顆粒、外界環(huán)境以及電子元器件老化因素的影響, 從而會(huì)使接收超聲信號(hào)幅值發(fā)生變化, 使Z 與超聲波首次切割的時(shí)刻點(diǎn)c 點(diǎn)會(huì)前移或后移,順

20、流時(shí)間和逆流時(shí)間測(cè)量不準(zhǔn)確. 在靜態(tài)情況下,順流時(shí)間和逆流時(shí)間都是ms 級(jí)的,兩者大小很接近,使得時(shí)間差 T 為ps 級(jí),容易出現(xiàn)3種使靜態(tài)漂移| Qs | > 的情況:(1) 如果接收超聲波幅度變大, Z 首次與接收信號(hào)切割時(shí)刻為第二周期的b 點(diǎn), 此時(shí)測(cè)得順流時(shí)間(逆流時(shí)間) 記為T1 ,時(shí)間差為 T1 , | T1 | >| T | ,從而| Qs | > ;(2) 如果接收超聲波幅度變小, Z 首次與接收信號(hào)切割時(shí)刻為第二個(gè)周期的d 點(diǎn), 此時(shí)順流時(shí)間(逆流時(shí)間) 記為T2 ,時(shí)間差為 T2 , | T2 | >| T| ,從而| Qs | > ;(3)

21、如果接收超聲波幅值變大或變小的程度很大,那么Z 首次與接收超聲波信號(hào)切割時(shí)刻可能為第一個(gè)周期或第三個(gè)周期的某一時(shí)刻點(diǎn), 使得靜態(tài)測(cè)量時(shí)間差增大或減小一個(gè)周期, 這樣測(cè)量的順流時(shí)間或逆流時(shí)間就是錯(cuò)誤的,從而時(shí)間差是錯(cuò)誤的,導(dǎo)致瞬時(shí)流量測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤.上面3 種情況都產(chǎn)生了靜態(tài)漂移, 主要原因是不能準(zhǔn)確的判斷接收超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻, 這是閾值比較法較大的缺陷. 嚴(yán)重影響時(shí)差式超聲流量計(jì)的動(dòng)態(tài)計(jì)量精度,甚至產(chǎn)生計(jì)量錯(cuò)誤. 減小靜態(tài)漂移是提高時(shí)差法超聲流計(jì)量精度非常有效的方法.4 實(shí)現(xiàn)抑制靜態(tài)漂移的方法當(dāng)換能器接收到超聲波信號(hào)時(shí), 由于換能器由靜止到震蕩穩(wěn)定需要一定的時(shí)間, 傳統(tǒng)閾值比較法采用第二個(gè)周期

22、信號(hào)作為判斷接收的超聲波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻點(diǎn)的標(biāo)志, 可以很好去除該信號(hào)穩(wěn)定所需要的時(shí)間,但是當(dāng)超聲信號(hào)的幅值大小波動(dòng)時(shí),該模型不能很準(zhǔn)確判斷超聲波到達(dá)的時(shí)刻. 由于在該模型中,閾值電壓Z 首次與接收的超聲信號(hào)切割時(shí)刻點(diǎn)會(huì)發(fā)生移動(dòng),產(chǎn)生靜態(tài)漂移,導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確.當(dāng)接收換能器接收到信號(hào)時(shí), 就會(huì)在其電極兩端產(chǎn)生中心頻率f 0 的超聲波信號(hào)y ( t) ,即y ( t) = r ( t) cos (2f 0 t + <) (9)其中, r ( t) 為關(guān)于t 的調(diào)制函數(shù),則y ( t) 為幅度調(diào)制信號(hào), f 0 為諧振頻率, < 為初始相位, 為了討論方便,設(shè)初始相位<為零. 當(dāng)t =

23、2 k + 14 f 0( k Z) 時(shí),y 的值為零, 該時(shí)刻點(diǎn)稱為過零點(diǎn), 不受調(diào)制信號(hào)r ( t) 的影響. 超聲波在流體中傳播時(shí)候, 環(huán)境噪聲主要影響調(diào)制信號(hào)r ( t) 部分,對(duì)cos (2f 0 t) 部分沒有影響. 把過零時(shí)刻點(diǎn)作為判斷接收超聲回波信號(hào)到達(dá)的標(biāo)志,可以很好的解決由于接收的超聲波幅值變化而導(dǎo)致到達(dá)時(shí)刻錯(cuò)判的問題, 能很準(zhǔn)確測(cè)量順流和逆流時(shí)間829 ,克服了閾值比較的不足, 靜態(tài)漂移比較小.基于以上分析, 文中采用過零和閾值比較相結(jié)合的方式,稱之為過零閾值模型,能很好解決上述閾值比較模型的缺點(diǎn),減小靜態(tài)漂移,可以提高時(shí)差法流量計(jì)的計(jì)量精度. 過零閾值模型實(shí)現(xiàn)原理如圖3

24、所示, Z 為硬件閾值;ult rasonic 為接收的超聲波信號(hào); Q1 、Q2 、Q3 、S 分別為輸出信號(hào).在靜態(tài)情況下,超聲流量計(jì)順流測(cè)量時(shí),超聲波經(jīng)過圖3 所示電路,各部分輸出信號(hào)如圖4 所示,處理過程如下:Step1 : ult rasonic 信號(hào)經(jīng)過comparater1 時(shí),進(jìn)行閾值比較,當(dāng)幅值大于閾值Z 時(shí), Q1 輸出高電平, Q1 的波形如圖4 (b) 所示;Step2 : ult rasonic 信號(hào)經(jīng)過comparater2 時(shí),當(dāng)幅值大于閾值Z 時(shí),此時(shí)Q2 輸出高電平, ?0?5Q 2 經(jīng)過Not 之后使該比較器進(jìn)入鎖存狀態(tài),此時(shí)Q2 的波形被鎖存,即一直為高電

25、平,如圖4 (c) 圖所示;Step3 : ult rasonic 信號(hào)經(jīng)過comparater3 時(shí),進(jìn)行過零比較,輸出信號(hào)Q2 的波形如圖4 (d) 圖所示;Step4 :把圖4 中的(c) 和(d) 圖波形進(jìn)行邏輯與運(yùn)算,最后得到輸出波形如圖4 (e) 所示, stop 信號(hào)作為判斷接收超聲信號(hào)到達(dá)的標(biāo)志,即計(jì)時(shí)芯片停止計(jì)時(shí)的標(biāo)志.經(jīng)過以上4 步后, 計(jì)時(shí)芯片能夠測(cè)得較準(zhǔn)確順流時(shí)間T3 , 用同樣的方法測(cè)得逆流時(shí)間T3 , 就可以計(jì)算出較準(zhǔn)確測(cè)量時(shí)間差 T3 和靜態(tài)瞬時(shí)流量.對(duì)于超聲換能器來說, 如果發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)一定的情況下, 接收換能器接收到超聲波形是不變的,則通過閾值比較出脈

26、沖的個(gè)數(shù)是不變的. 每次測(cè)量時(shí)該脈沖的個(gè)數(shù)設(shè)為N , 計(jì)數(shù)器對(duì)該脈沖串進(jìn)行計(jì)數(shù),閾值計(jì)數(shù)測(cè)試框圖如圖5 所示. 進(jìn)行一次測(cè)量時(shí),如果該記錄值為N , 則進(jìn)行下一次的測(cè)量;如果該記錄值不為N ,則舍棄該組數(shù)據(jù),進(jìn)行重測(cè).為了進(jìn)一步減小靜態(tài)漂移, 提高時(shí)差法超聲流量計(jì)的抗干擾能力, 文中在過零閾值比較模型的基礎(chǔ)上,又增加了軟件平滑濾波方法10 . 這樣可以有效的減小隨機(jī)干擾信號(hào)對(duì)硬件系統(tǒng)的影響, 剔除測(cè)量過程中的誤差數(shù)據(jù),提高了系統(tǒng)的計(jì)量精度.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析為了驗(yàn)證過零閾值平滑模型的優(yōu)點(diǎn), 文中做了對(duì)比實(shí)驗(yàn). 在靜態(tài)條件下分別對(duì)閾值比較法、過零閾值模型以及過零閾值平滑模型進(jìn)行實(shí)際的測(cè)量, 獲得瞬

27、時(shí)流量,即靜態(tài)漂移, 結(jié)果如圖6 至圖8 所示.圖中橫坐標(biāo)為測(cè)量的次數(shù),縱坐標(biāo)為瞬時(shí)流量.在分界流量qt 為Qt (M3/ H) , 且精度滿足1 %的條件下, 靜態(tài)瞬時(shí)流量的必須滿足式(8) ( 為10 QtL/ H) . 根據(jù)實(shí)際需求, 分界流量選擇為208 微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)2010 年圖6 為閾值比較法測(cè)得的靜態(tài)瞬時(shí)流量,靜態(tài)瞬時(shí)流量波動(dòng)很大,而且存在測(cè)量錯(cuò)誤點(diǎn),遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足分界流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求;圖7 為過零閾值模型測(cè)得的靜態(tài)瞬時(shí)流量,基本上可以滿足分界流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求,但是存在個(gè)別誤差點(diǎn);圖8 為過零閾值平滑模型測(cè)得的靜態(tài)瞬時(shí)流量,完全可

28、以滿足始動(dòng)流量為3M3/ H ,精度為1 %的要求.為了對(duì)比上述3 種方法之間的穩(wěn)定性和重復(fù)性11 ,文中對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分別計(jì)算其期望、方差及標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行對(duì)比如表1 所示經(jīng)過對(duì)3 種方法的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析可以看出,零閾值平滑模型實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的期望、方差和標(biāo)準(zhǔn)差要小,該系統(tǒng)的重復(fù)性和穩(wěn)定性比較好,測(cè)量的數(shù)據(jù)更接近實(shí)際測(cè)量真實(shí)值,波動(dòng)性很小,可以實(shí)現(xiàn)抑制靜態(tài)瞬時(shí)流量波動(dòng),可以很好地解決靜態(tài)漂移問題.儀表自檢當(dāng)您檢測(cè)或安裝好儀表正常上電后，循環(huán)按返回鍵會(huì)顯示空氣距離數(shù)值（儀表自動(dòng)檢測(cè)），顯示的空氣距離數(shù)值應(yīng)該相當(dāng)實(shí)際空氣距離（實(shí)際空氣距離可用尺測(cè)量，單位米）。如果兩數(shù)值不相當(dāng)則儀表無法正常工作，需判

29、斷傳感器安裝是否合理（調(diào)整安裝位置、角度等）。循環(huán)按壓返回鍵可以看到以下頁(yè)面1、瞬時(shí)、液位、累積2、瞬時(shí)流量3、累積流量4、日期、時(shí)間5、空氣距離、探頭盲區(qū)、堰槽名稱 四、菜單說明及使用本機(jī)分測(cè)量狀態(tài)和菜單設(shè)置狀態(tài)，測(cè)量狀態(tài)顯示（瞬時(shí)、液位、累積），在測(cè)量狀態(tài)下按住確認(rèn)鍵數(shù)秒，出現(xiàn)請(qǐng)輸入密碼的 -0XXX-界面，通過按右移鍵輸入出廠密碼-0000-即進(jìn)入設(shè)置菜單。當(dāng)所有參數(shù)都設(shè)置完成后，要退出菜單設(shè)置狀態(tài)，可以連續(xù)按返回鍵，直到出現(xiàn) 需要保存嗎？ 是 不 的菜單界面，請(qǐng)根據(jù)需要選擇 是 或者 不 然后按確認(rèn)鍵退出。鍵盤定義：左移鍵：選中的光標(biāo)位向左移動(dòng)右移鍵：選中的光標(biāo)位向右移動(dòng)減少

30、鍵：選中的光標(biāo)位數(shù)值減少，或選中的光標(biāo)位設(shè)備定義循環(huán)增加鍵：選中的光標(biāo)位數(shù)值增加，或選中的光標(biāo)位設(shè)備定義循環(huán)確認(rèn)鍵：確認(rèn)作用返回鍵：在測(cè)量狀態(tài)下起循環(huán)顯示作用，在菜單設(shè)置狀態(tài)下，起返回上級(jí)菜單作用。設(shè)置菜單：流量 參數(shù) 控制 系統(tǒng) 通信 校驗(yàn)共六項(xiàng)菜單1、流量（1）選槽 A、流量模式：帕歇槽、矩形堰、等寬堰、三角堰 可按增加鍵循環(huán)選擇           B、流量單位：kg、m3、L、T 可按增加鍵循環(huán)選擇（2）探頭 有超聲和電流兩種模式 可按增加鍵循環(huán)選擇當(dāng)您需要接入4-20mA標(biāo)準(zhǔn)

31、信號(hào)測(cè)明渠流量請(qǐng)訂貨時(shí)說明，探頭項(xiàng)才選電流。（3）補(bǔ)償 系統(tǒng)默認(rèn)，無需設(shè)置2、參數(shù)（1）當(dāng)前水位 請(qǐng)輸入目前流量傳感器下水的深度，單位米，按確認(rèn)鍵轉(zhuǎn)到下一小項(xiàng)菜單；（2）流量上限 瞬時(shí)流量量程（即多少立方時(shí)儀表輸出20mA）單位m3/h，按確認(rèn)鍵轉(zhuǎn)到下一項(xiàng)菜單；（3）流量下限 瞬時(shí)流量零位 一般設(shè)0.000（4）水位切除 一般設(shè)0.005m3、控制控I上限、控I下限、控II上限、控II下限、控制回差 本菜單僅限選配控制功能的儀表4、系統(tǒng)（1）密碼 設(shè)置密碼用（修改密碼后請(qǐng)牢記）（2）時(shí)間 設(shè)置時(shí)間日期用（3）巡顯 僅限選配巡顯功能的儀表（4）清零 清零作用 可將累積流量 來停電 報(bào)表等清零，通

32、過按確認(rèn)鍵即清零（5）恢復(fù) 禁用（6）背光 選擇儀表顯示的背光是延時(shí)關(guān)閉 還是常亮5、通信（僅限選配通訊功能的儀表）（1）本機(jī)地址 設(shè)置本儀表通訊的地址（2）波特率 選擇通訊波特率（1200，2400，4800，9600 e 代表有校驗(yàn) n代表無校驗(yàn)）6、校驗(yàn)（工廠用）五、儀表異常分析A、顯示為FFFF或F000（表示沒有采到信號(hào)）（1）檢查接線是否良好（2）檢查流量探頭安裝是否垂直（3）流量探頭功率可能偏?。ㄆ┤纾阂后w表面有泡沫、漂浮物、煙霧、塵埃等）B、顯示數(shù)字不變化（不隨水位的高低變化）（1）液位高度進(jìn)入探頭盲區(qū)（2）液位的上方或側(cè)方有障礙物（3）安裝口的設(shè)置或位置不符合要求六、儀表選型

33、LMQ量程原理堰槽材質(zhì)（噸/h）C:超聲波B：巴歇爾槽1：自建堰槽舉例：50代表50噸/hJ:靜壓式（?？伺菽℡：堰板2：不銹鋼3：PVC4：聚丙烯巴歇爾槽巴歇爾槽形狀復(fù)雜，比堰的價(jià)格高，而且為了提高精度要求量水槽的各部分尺寸準(zhǔn)確。但也有這樣一些其它測(cè)量裝置無法比擬的優(yōu)點(diǎn)：水位損失小(約為堰的四分之一)、水中即使有固態(tài)物質(zhì)也幾乎不沉淀、接近流速的影響小、對(duì)下流側(cè)的水位影響比較小等,所以被用來測(cè)量農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水等其它液體的流量。由于量水槽內(nèi)流速較大，喉道中水面的波動(dòng)也很大，直接在槽中測(cè)定水位有困難。因此，在槽壁設(shè)置后觀測(cè)井，安量測(cè)水尺。井底比槽檻要低20-25cm，測(cè)井與量水槽可用平置的

34、金屬管或混凝土管連接，管子的中心線應(yīng)高出槽底3cm，上游水尺位于喉道上游距喉道首端(2/3)處，下游水尺位于喉道末端以上5cm的槽壁處。上下游水尺零點(diǎn)與槽底高要齊平,觀測(cè)井要無漏水現(xiàn)象,井中經(jīng)常理泥沙,井上加蓋,避免雜物入內(nèi)。巴歇爾槽構(gòu)造如圖十五。按巴歇爾槽構(gòu)造尺寸表將圖中的，數(shù)據(jù)填入。巴歇爾槽的水位-流量關(guān)系如“巴歇爾槽參數(shù)”表所示。喉道寬“b”為0.051，0.076，0.152，0.228，0.3米巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表如下：0.051米喉道巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.080

35、0.090流量0.00000.09590.28070.52630.82211.16171.54111.95712.40712.8892水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.1700.1800.190流量3.40183.94344.51275.10895.73076.37757.04847.74298.46029.1997水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量9.961010.74311.54712.37013.21413.21413.21413.21413.21413.214水位0.3

36、000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量13.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.21413.2140.076米喉道巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0100.0200.0300.0400.0500.0600.0700.0800.090流量0.00000.14070.41190.77221.20621.70462.26132.87163.53194.2393水位0.1000.1100.1200.1300.1400.1500.1600.170

37、0.1800.190流量4.99145.78606.62147.49608.40859.357510.34211.36112.41313.499水位0.2000.2100.2200.2300.2400.2500.2600.2700.2800.290流量14.61615.76416.94218.15119.38920.65521.95023.27224.62125.998水位0.3000.3100.3200.3300.3400.3500.3600.3700.3800.390流量27.40028.82930.28331.76331.76331.76331.76331.76331.76331.763

38、 0.152米喉道巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00000.78842.35734.47337.047510.02713.37417.06221.07025.380水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量29.97634.84839.98445.37451.01156.88662.99369.32575.87782.644水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.52

39、00.5400.5600.580流量89.62196.802104.19111.77119.54119.54119.54119.54119.54119.54 0.228米喉道巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表 水位單位：米 流量單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00001.34663.88897.231911.23115.80120.88526.44032.43338.837水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量45.63052.79460.312

40、68.16976.35484.85493.661102.76112.16121.83水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量131.77141.99152.46163.19174.17185.40196.86208.56220.50232.66水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量245.05257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64257.64 0.300米喉道巴歇爾槽水位流量對(duì)應(yīng)表 水位單位：米 流量

41、單位：升/秒水位0.0000.0200.0400.0600.0800.1000.1200.1400.1600.180流量0.00001.76905.07609.406714.57020.45826.99634.13041.81550.019水位0.2000.2200.2400.2600.2800.3000.3200.3400.3600.380流量58.71367.87377.47787.50797.948108.79120.01131.60143.55155.85水位0.4000.4200.4400.4600.4800.5000.5200.5400.5600.580流量168.50181.48

42、194.79208.41222.35236.59251.14265.97281.10296.51水位0.6000.6200.6400.6600.6800.7000.7200.7400.7600.780流量312.20328.17344.41360.91377.67394.70411.98429.51447.29447.29巴歇爾槽構(gòu)造尺寸單位：米類別序號(hào)喉道段收縮段擴(kuò)散段墻高bLNB1L1LaB2L2KD 小 型10.0250.0760.0290.1670.3560.2370.0930.2030.0190.2320.0510.1140.0430.2140.4060.2710.1350.2540

43、.0220.2630.0760.1520.0570.2590.4570.3050.1780.3050.0250.4640.1520.3050.1140.4000.6100.4070.3940.6100.0760.6150.2280.3050.1140.5750.8640.5760.3810.4570.0760.77標(biāo)準(zhǔn)型60.250.600.230.781.3250.8830.550.920.080.8070.300.600.230.841.3500.9020.600.920.080.9580.450.600.231.021.4250.9480.750.920.080.9590.600.600

44、.231.201.5001.00.900.920.080.95100.750.600.231.381.5751.0531.050.920.080.95110.900.600.231.561.6501.0991.200.920.080.95121.000.600.231.681.7051.1391.300.920.081.0131.200.600.231.921.8001.2031.500.920.081.0141.500.600.232.281.951.3031.800.920.081.0151.800.600.232.642.101.3992.100.920.081.0162.100.600.233.002.251.5042.400.920.081.0172.400.600.233.362.401.6042.700.920.081.0大型183.050.910.3434.764.271.7943.681.830.1521.22193.660.910.3435.614.881.9914.472.440