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超声波流速传感器(有模块图)

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超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计

超声波的多普勒测管道流速流量的发射接收电路以及其信号处理等设计

超声波多普勒测流速流量设计核心超声波传感器收发装置1.1超声波传感器超声波的发射与接收都是通过换能器实现的，换能器的材质、工作频率、晶片直径极大的影响了发射的效率及回波接收的质量，因此选择合适的换能器对于整个系统能否按预期目标工作来说是至关重要的。

1）换能器材质的确定压电换能器，使用的材料有压电单晶体、压电陶瓷、压电半导体、压电高分子聚合物和复合压电材料。

压电换能器以介电损耗小、机电耦合系数比较大和足够高的机械强度优于石英晶体、镍和一些合金材料，已日趋广泛地用于超声波换能器。

课题选用其中的压电陶瓷超声换能器，有压电性能好，生产和机械加工方便等优点，在各种超声检测中都有广泛的应用。

2）超声波换能器工作频率的选择工作频率的选择需考虑以下因素：●工作频率高，分辨力高，有利于增大信噪比及提取所需信号；●工作频率高，波长短，半扩散角小，声束指向性好，声能集中，有利于接收回波；●工作频率增加，声能急剧衰减。

工作频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对测量有利；但工作频率高时，能力衰减大，又对检测不利。

因此，应综合考虑，选择适中的频率。

本课题选择的超声换能器工作频率为1MHz。

3）超声波换能器晶片直径的确定超声波换能器直径D一般为毫米，晶片大小对超声检测具有一定的影响。

晶片直径的选择需考虑以下因素：●晶片直径D增加，半扩散角减小，声束指向性变好，声能集中，对检测有利；●晶片直径D增加，辐射的声能大，换能器扩散区扫查范围大，远距离扫查范围相对变小；如上所述，换能器晶片直径对声束指向性、远距离扫查范围都有较大的影响。

经过考虑，本课题选择晶片直径D为。

综合考虑，本课题最终确定选用压电陶瓷换能器，其工作频率为1MHz，晶片直径为。

2多普勒法测量原理多普勒法测量原理，是依据声波中的多普勒效应，检测其多普勒频率差。

超声波发生器为一固定声源，随流体以同速度运动的固体颗粒与声源有相对运动，该固体颗粒可把入射的超声波反射回接收器。

超声波液体流量计简明使用手册

超声波液体流量计简明使用手册

Panametrics公司TransPort®PT878手持式超声波液体流量计简明使用手册概述1.以Panametrics公司提供的TransPort®PT878英文手册为准，中文简明手册仅供参考。

2.超声波时差法流量计通过使用一对传感器，每个传感器通过流体发射和接收超声波信号。

当流体流动时，顺流方向信号的传播时间短于逆流方向，这个时间差正比于流体流速。

TransPort®PT878流量计测量这个时间差，结合设置的管径参数来计算流体的流速。

3.TransPort®PT878采用管外夹装式传感器，安装简便，无需破管与接触介质。

4.TransPort®PT878采用了受专利保护的声信号编码技术，从而极大提高了信噪比,这使得TransPort®PT878不仅适用于绝大多数的纯净液体应用，也为众多包含气泡、液滴或夹带固体颗粒等传统时差法原理无法测量的两相流体提供精确、无漂的测量。

PT878新特点♦可方便地按照您想看的格式显示您想看的数据∙超大液晶显示屏▫电致背景发光▫分块显示屏可显示1到4个参数∙支持多种语言♦为恶劣的工业操作条件设计，不受地域限制∙潜水型，防护等级IP67∙配有橡胶护罩和内置支架，可保护仪表电子部分♦可方便地记录超过100,000点以上的数据，无需杂乱的电缆就可将其下载至您的PC机∙红外通讯♦易于设置与操作∙可调的手带，携带方便∙下拉式菜单与软式按键让设置瞬间完成♦FLASH闪存∙不需更换EPROMs就可通过红外通讯口升级PT878的软件程序传感器安装和测量管路要求1.考虑到管路中流体可能存在的固体颗粒和气泡的分布，传感器应水平安装。

2.管路内流体需满管。

3.选择测量管路时应该避免选用流体自上向下流动的竖直管线。

4.传感器安装位置应远离弯头，变径，阀门，节流装置，安装点直管段的要求至少要满足前10D后5D（D为管线直径）。

5.为保证超声波发射和接收稳定，管线表面应该平整光滑，传感器表面和管径接触部不允许含有空气，必须涂抹耦合剂。

超声波测量原理及常见超声波传感器布置

超声波测量原理及常见超声波传感器布置

超声波测量原理及常见超声波传感器布置超声波技术已在民用、医疗和军事应用中有上百年的历史。

几乎每个人都经历过医疗超声波技术（如B超）。

目前，最新的超声波应用已发展到工业和汽车市场的自动化中。

流量计可用于住宅和工业环境中，包括住宅和工业仪表中的简易功用表（气表、水表、热量计）或危险液体或气体用混合器（石油、采矿、废水处理、油漆、化学品）；见图1和图2。

在结构上，流量计包括三个单元：图1&2：住宅和工业应用中的流量计示例在大部分流量计的设计中，其活动部件都会使用机械感测。

例如，使用这些仪表的寿命普遍较短（不到7年），并且不能检测到低流量或小泄漏。

同时，介质图3：使用LC传感器的旋转式流量计超声波传感避免了上述几个问题。

该传感技术非常精确（超声波仪表没有活动部件，因此无需重新校准。

用于流量测量的超声波频率范围为100kHz至4MHz。

使用一定频率的电脉冲信号激发超声波传感器从而产生相应频率的超声波，并使用同一声波传输路径从两个对立的方向在不同时段发射声波并测量声波传输时间（记为上行传输时间和下行传输时间,TOF,通过计算上下行传输时间的绝对时间差，进而计算出实际流量。

安装在流管内部或外部的一对或多对超声波传感器可以用来测量TOF。

图4所示为简易的超声波测量原理和一些常见的超声波传感器布置扑。

超声波传感器的选择取决于待测流体的介质类型。

通常，待测流体为液体时使用频率大于等于1MHz的超声波传感器，待测流体为气体时使用频率小于等于500kHz的超声波传感器。

图4：超声波测量原理和常见的超声波传感器布置拓扑TOF测量的精确度将直接影响流量计量的分辨率和精度。

TOF通常以皮秒（ps）或纳秒（ns）计量，它的主要参数包括零流量漂移（ZFD）、标准偏差（STD）、最小和最大可检测流量、流量、流速、体积、绝对值（Abs）TOF和Delta（Δ）TOF。

流量表行业标准；最常见的是国际标准化组织（ISO）4064、国际法制计量组织（OIML）R49和欧洲标准（EN）1434。

超声波传感器及应用PPT

超声波传感器及应用PPT
空气的密度很小，将引起3个界面间强烈 的杂乱反射波，造成干扰，而且空气也 将对超声波造成很大的衰减。
常用的耦合剂有水、机油、甘油、水玻 璃、胶水、化学浆糊等。耦合剂的厚度 应尽量薄一些，以减小耦合损耗。
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耦合剂
超声探头与被测物体接触时，探头与被测物 体表面间存在一层空气薄层，空气将引起三个界面 间强烈的杂乱反射波，造成干扰，并造成很大的衰 减。为此，必须将接触面之间的空气排挤掉，使超 声波能顺利地入射到被测介质中。在工业中，经常 使用一种称为耦合剂的液体物质，使之充满在接触 层中，起到传递超声波的作用。常用的耦合剂有自 来水、机油、甘油、水玻璃、胶水、化学浆糊等。
2
主要章节
9.1超声波及其物理性质 9.2超声波探头及耦合技术 9.3超声波传感器的应用
3
9.1超声波及其物理性质
9.1.1 超声波的基本概念
1．超声波的概念和波形 机械振动在弹性介质内的传播称为波动，简称
为波。人能听见声音的频率为20Hz～20kHz， 即为声波，超出此频率范围的声音，即20Hz 以下的声音称为次声波，20kHz以上的声音称 为超声波，一般说话的频率范围为100Hz～ 8kHz。 超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力 越弱，但反射能力越强
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1.单晶直探头
用于固体介质的单晶直探头（俗称直探 头），压电晶片采用PZT压电陶瓷材料 制作，外壳用金属制作，保护膜用于防 止压电晶片磨损。保护膜可以用三氧化 二铝（钢玉）、碳化硼等硬度很高的耐 磨材料制作。阻尼吸收块用于吸收压电 晶片背面的超声脉冲能量，防止杂乱反 射波产生，提高分辨力。阻尼吸收块用 钨粉、环氧树脂等浇注。
根据发射和接收换能器的功能，传感器又可分 为单换能器和双换能器。单换能器的传感器发 射和接收超声波均使用一个换能器，而双换能 器的传感器发射和接收各由一个换能器担任。

超声波传感器ppt课件

超声波传感器ppt课件
它可测量高粘度流体，非电导流体和气体等流 速。 (3)应用范围广，例如可测血液流速，可测河流 等流速。 (4)对超声波能透过的流管，还可以进行管外测 管内流体的流速.
第10章 波与射线传感器
10.1 超声波传感器 10.1.2 超声波传感器
传感器原理及应用
超声波探头结构 动画演示
第10章 波与射线传感器 10.1 超声波传感器
传感器原理及应用
其它应用
当超声发射器与接收器分别置于被测物两侧时，这 种类型称为透射型； 透射型可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等。 超声发射器与接收器置于同侧的属于反射型； 反射型可用于接近开关、测距、测液位或物位、金 属探伤以及测厚等。
超声波传感器应用举例
超声波传感器应用举例（续）
超声波传感器应用举例（续）
象，类似于光波。
便携式超声波 探鱼器
超声波在医学检查中的应用
胎儿的 B超影像
超声波清洗器
气泡 波浪
清洗物
超声换能器
超声波物理基础
频率高于20kHz的机械振动波称为超声波。 它的指向性很好，能量集中，因此穿透本 领大，能穿透几米厚的钢板，而能量损失 不大。在遇到两种介质的分界面（例如钢 板与空气的交界面）时，能产生明显的反 射和折射现象，超声波的频率越高，其声 场指向性就愈好。
第10章 超声波传感器 传感器原理及应用
第10章 超声波传感器 传感器原理及应用
在流体中设置两个超声波传感器, 它们可以发 射超声波又可以接收超声波, 一个装在上游, 一 个装在下游, 其距离为L。 如设顺流方向的传输时间为t1, 逆流方向的传输 时间为t2, 流体静止时的超声波传输速度为c, 流体流动速度为v,
2.可闻声波 美妙的音乐可使人陶醉。

超声波多普勒流速仪

超声波多普勒流速仪

超声波多普勒流速仪一、产品和技术参数1.1 产品简介超声波多普勒流速仪是在管道、渠道或者河流内测量水的流速的设备，主要应用于以下范围：·洪涝灾害监测·污水排放·天然的河溪·市政给排水·水量流失/渗入监测·灌溉流程监测·河口&潮汐的研究·渔业/水利·海岸侵蚀研究·/暗渠流程监测·道路排水监测·运河流程研究·江河流程监测图1.1.1 超声波多普勒流速仪可以根据需要提供电池盒，以便在供电不方便的地区提供电源。

可以根据需要提供GPRS无线传输套件，以便在后台服务器上查看现场检测到的数据。

1.2技术参数型号：DY-CURRENT VELOCITY(根据不同的功能，型号会有所不同)结构：分体式；测量种类：流速、水深、水温用途：在线式测量、在线式监测、自动记录、数据遥传（选配件）流速范围：0.02m/s～5.00m/s(最小水深：8cm)；测量分辨率：1mm/s；精度：测量流速的±2～3% ；水深测量：0.00～5m；分辨率：2mm 精度：±0.5%；温度范围：0～60ºC；分辨率：0.1ºC；流量范围：无流量测量功能供电：10～14VDC；输出信号：RS485 MODBUS协议；无线传输(可选件)：GPRS型RTU无线传输器传感器配套电缆长度：10米；被测水道类型：管道，渠道，天然的溪流、河流；液体酸碱度要求：PH值在5～7之间。

液体温度要求：0～60℃液体压力要求：自然环境状态下，1个标准大气压提示：水凝固或者接近凝固状态下无法测量流速。

1.3测量状态和接线通电后60秒钟以后出数据，之后每10～15秒钟出一次测量数据。

对于超声波多普勒流速仪传感器供电是11～14VDC，供电电流160mA。

电缆是四芯屏蔽线，电源两根线，485信号两根线。

超声波传感器

超声波传感器

后再次触发F1的驱动电路，使F1发射第二个声脉冲 。
紧接着，由F2发射超声脉冲，而F1作接收器，可以测
得F1的脉冲重复频率为f1。同理可以测得F2的脉冲重
复频率为f2。顺流发射频率f1与逆流发射频率f 2的频
率差 f与被测流速v成正比 。
F1
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F2
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发射、接收探头也可以安装在管道的同一侧
便携式超声波 探鱼器
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倒车雷达
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超声波在医学检查 中的应用
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胎儿的 B超影像
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超声波用于高效清洗
当弱的声波信号作用于液体中时，会对液体产 生一定的负压，即液体体积增加，液体中分子空隙 加大，形成许多微小的气泡；而当强的声波信号作 用于液体时，则会对液体产生一定的正压，即液体 体积被压缩减小，液体中形成的微小气泡被压碎。 经研究证明：超声波作用于液体中时，液体中每个 气泡的破裂会象被称之为“空化作用”，超声波清洗正是利 用液体中气泡破裂所产生的冲击波来达到清洗和冲 刷工件内外表面的作用。超声清洗多用于半导体、 机械、玻璃、医疗仪器等行业。
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超声波传感器应用举例
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超声波传感器应用举例（续）
2019/11/26
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超声波传感器应用举例（续）
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质量检查
紧固件的安装错误检测 29
超声波传感器应用举例（续）
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叠放高度测量
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超声波传感器应用举例（续）
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物件放置错误检测
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超声波传感器应用举例（续）

超声波传感器(标准)

超声波传感器(标准)

β
折射波
c1—入射声波速； c2—折射声波速 入射声波速； 入射声波速 折射声波速
第九章 超声波传感器
4、声波的衰减 、
超声波在一种介质中传播时，随着距离的增加， 超声波在一种介质中传播时，随着距离的增加，能 量逐渐衰减。 量逐渐衰减。其声压和声强的衰减规律为
P = P0 e
−αx
I = I 0 e −2αx
v=
L ∆t L ∆t L ∆t = = 2 cos θt1t 2 2 cos θt1 (t 2 − t1 + t1 ) 2 cos θt1 ( ∆t + t1 )
式中， 为常数 只要测出顺流传播时间t1和时间差 ， 为常数， 和时间差∆ 式中，L/2为常数，只要测出顺流传播时间 和时间差∆t，就能 求出v，进而求得流量，这就避免了测声速c的困难 的困难。 求出 ，进而求得流量，这就避免了测声速 的困难。这种方法还不 受温度的影响，容易得到可靠的数据。 受温度的影响，容易得到可靠的数据。因为两式相减即双向声速之 故称此法为速差法 速差法。 差，故称此法为速差法。
L t1 = c + v cos θ
B发射而 接收时，逆流传播，速度慢、时间长，即 发射而A接收 发射而 接收时 逆流传播，速度慢、时间长，
L t2 = c − v cos θ
式中， 两换能器间传播离； 式中，L — 两换能器间传播离； c 一 超声波在静止流体中的速度； 超声波在静止流体中的速度； v 一 被测流体的平均流速。 被测流体的平均流速。
第九章 超声波传感器 （1）穿透法探伤 ） • 优点：指示简单， 优点：指示简单， 适用于自动探伤； 适用于自动探伤； 可避免盲区， 可避免盲区，适宜 探测薄板。 探测薄板。 • 缺点：探测灵敏度 缺点： 较低， 较低，不能发现小 缺陷； 缺陷；根据能量的 变化可判断有无缺 但不能定位； 陷，但不能定位； 对两探头的相对位 置要求较高。 置要求较高。

超声波流量计的组成

超声波流量计的组成

超声波流量计的组成1. 引言超声波流量计是一种常用于测量液体流速的仪器，它利用超声波的传播特性来确定流体的流速。

本文将介绍超声波流量计的组成部分，包括传感器、信号处理器和显示器等。

2. 传感器超声波流量计的传感器是测量流体流速的关键部件。

传感器通常由发射器和接收器组成。

发射器会发射超声波信号，而接收器则接收反射回来的信号。

根据多普勒效应，当超声波与流体相互作用时，其频率会发生变化。

通过测量接收到的信号频率的变化，可以确定流体的流速。

传感器的设计通常采用了特殊的材料，以确保其对流体的物理性质具有良好的适应性。

此外，传感器还需要具备高灵敏度和高稳定性，以确保测量结果的准确性和可靠性。

3. 信号处理器传感器接收到的超声波信号需要经过信号处理器进行处理，以提取出有关流体流速的信息。

信号处理器通常包括放大器、滤波器和模数转换器等。

放大器用于增强接收到的信号的幅度，以提高信号的可靠性和稳定性。

滤波器则用于去除噪声和干扰，以确保测量结果的准确性。

模数转换器将模拟信号转换为数字信号，以便后续的数字信号处理。

信号处理器还可以根据需要进行其他的信号处理操作，例如校准和校正。

这些操作可以进一步提高测量结果的准确性和可靠性。

4. 显示器显示器用于显示测量结果，通常以数字或图形的形式呈现。

显示器可以直接连接到信号处理器，以实时显示流体的流速。

一些高级的超声波流量计还可以提供其他的显示功能，例如流速曲线、报警信息等。

显示器的设计通常考虑到易读性和操作性。

它通常具有大尺寸的显示屏幕和友好的用户界面，以便用户可以方便地读取和操作测量结果。

5. 其他组成部分除了传感器、信号处理器和显示器外，超声波流量计还可能包括其他的组成部分，以满足特定的应用需求。

例如，一些超声波流量计可能还包括温度传感器，以测量流体的温度。

温度的测量可以对流速进行修正，以提高测量结果的准确性。

另外，一些超声波流量计还可能包括数据存储和通信模块，以便将测量结果保存或传输到其他设备。

超声波传感器-副本.ppt

超声波传感器-副本.ppt
• 压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电 陶瓷，它是利用压电材料的压电效应：逆压电效 应和正压电效应
正压电效应
电能
机械能
逆压电效应
超声波的发生
超声波发生器将电磁能转换成机械能。其结构分为 两部分，一是产生高频电流或电压的电源，二是换能 器，它将电磁振荡变换成机械振荡而产生超声波
压电式超声波发生器就
超声波
压
测
电
量
晶
电
体
路
金属壳 吸收块
导电螺杆 接线片
吸收块的作用：降 低晶片的机械品质， 吸收声能量
保护膜
压电晶片
压电式超声波传感器结构
石英晶体的压电效应
晶体学中它可用三根互相垂直的轴来表示，其中纵
向轴Z－Z称为光轴；经过正六面体棱线，并垂直于光轴 的X－X轴称为电轴；与X－X轴和Z－Z轴同时垂直的Y －Y轴（垂直于正六面体的棱面）称为机械轴
放大器
显示
(b) 反射法探伤 是以超声波在工件中反射情 况的不同，来探测缺陷的方法。超声波以一定的速 度向工件内部传播。一部分超声波遇到缺陷F时反 射回来；另一部分超声波继续传至工件底面B，也 反射回来。由缺陷及底面反射回来的超声波被探头 接收时，又变为电脉冲。发射波f、缺陷波F及底波 月经放大后，在显示器荧光屏上显示出来
超声波与声波比，振动频率高，波长短， 具有束射特性，方向性强，可以定向传播， 其能量远远大于振幅相同的声波，并具有 很高的穿透能力
超声波传感器原理
• 定义：能够完成产生超声波和接收获 超声波探头
• 超声波探头按其工作原理可分为：压电式和磁致 伸缩式，其中以压电式最为常用
高频 发生器
T
接收 放大
探头
T

超声波流量计操作手册

超声波流量计操作手册

四、超声波流量计的操作
１．超声流量计所对应的 Ｓ６００ 流量计算机的软件安装及 Ｓ６００ 内的 ｃｏｎｆｉｇ 文件下载 Ａ． 超声流量计所对应的 Ｓ６００ 流量计算机的软件安装 ａ．双击 ｃｏｎｆｉｇ６００１．４ｖ 的安装软件，出现如下界面。
ｂ．点击”ｎｅｘｔ”图标
ｃ．点击“ｎｅｘｔ”图标，将 ｃｏｎｆｉｇ６００ 软件安装到默认的目录中
三、超声波流量计接线图
２１ １７ ６ ３ ５ 源自２ ４ １
１８
９
８
７
１６ ２４ １２ ２３ ２２
２０
１０ １９ １５ １１ １４ １３
图： 一净超声 Ｓ６００ 接线 １．陕京 １ 号 Ｓ６００ ２． 靖西复线 Ｓ６００ ３． 西气东输 ３ 号 Ｓ６００ ４． 陕京 １ 号 Ｓ６００ ２４ 伏电源线 ５ 靖西复线 Ｓ６００ ２４ 伏电源线 ６． 西气东输 ３ 号 Ｓ６００ ２４ 伏电源线 ７． 陕京 １ 号现场压变、温变与 Ｓ６００ 通讯线 ８． 靖西复线现场压变、温变与 Ｓ６００ 通讯线 ９． 西气 东输 ３ 号现场压变、温变与 Ｓ６００ 通讯线 １０． 陕京 １ 号远传网线 １１． 靖西复线远传网线 １２． 西气东输 ３ 号远传网线 １３． 陕京 １ 号现场超声信号线 １４． 靖西复线现场超声信号 线 １５． 西气东输 ３ 号现场超声信号线 １６．现场变送器 ２４ 伏电源正极接线端子 １７． 现场 变送器 ２４ 伏电源负极接线端子 １８． 现场变送器 ２４ 伏总电源线 １９～２１ 现场仪表接线转 换器 ２２～２４．与自控系统的通讯线
二、 超声波流量计结构组成（见图 ２）
图 ２ 超声波流量计结构组成图 气体超声流量计是由信号处理单元（ＳＰＵ） 、超声传感器构成。信号处理单元（ＳＰＵ）接 受超声传感器信号，具有处理、显示、输出和记录测量结果的能力，它由电源、微处理器、 信号处理组件和超声换能器激振电路等组成，位于现场的电信号处理及转换部分安装在转 换器内。 流量计算机用于流量计控制和显示，存储的专用计算机。流量计算机具有对信号处理 单元进行就地和遥控组态和监控流量计运行的能力，其上位机（工控机）用于显示累积流 量、平均流速、平均声速、历史曲线，以及检测和控制支路阀门，超压报警或完成站场其 它管理和控制的任务。 流量计本体实际就是两端带管法兰的直管段，它与测量直管段是承压部件，要求有一 定的抗腐蚀能力，其内径一致。

矿用本安型超声波流量传感器矿用流量计防爆流量计

矿用本安型超声波流量传感器矿用流量计防爆流量计

GLC250/500矿用本安型超声波流量传感器产品使用说明书山东中煤电器有限公司2011 年10 月25 H1.概述 (3)1.1主要用途及使用范围 (3)1.2型号组成及代表意义 (3)1.3使用环境条件 (3)2 结构特征与工作原理 (4)2.1 结构 (4)2.2 工作原理 (4)3 技术特性 (5)3.1 产品执彳亍标准 (5)3.2 主要参数 (5)3.3 关联设备 (5)3.4 尺寸重量 (5)3.4.1 尺寸. (5)3.4.2 重量 (5)4 安装、调试 (5)4.1 安装条件、技术要求 (6)4.2 安装 (6)4.2.1 传感器的安装. (6)4.2.2 主机的安装. (11)4.2.3 接线 (11)4.3 调 (12)5 使用、操作 (14)6 故障分析与排除 (14)7 保养、维修 (15)8 运输、贮存 (15)9 开箱及检查 (15)10 订货 (15)安装使用产品前，应详细阅读使用说明书矿用本安型超声波流量传感器使用说明书1.概述1.1主要用途及使用范用矿用本安型超声波流量传感器（以下简称流量传感器）采用低电压多脉冲平衡发射接收专利技术设计的一种全新通用时差型多功能超声波传感器，适用于工业环境下连续测量不含大浓度悬浮粒子或气体的大多数清洁均匀液体的流量和热量。

流量传感器使用了最新的著名国际半导体厂商生产的元器件，低功耗，高可鼎性，抗干扰，适用性好。

优化的智能信号自适应处理，用户无需任何电路调整。

先进的电路设汁、器件选用、优秀的硬件、软件设计，使流量传感器成为国内目前矿山行业的首选产品。

1.2型号组成及代表意义G L C 250/500L流量范围：500m3/h 管径范围:250mm------------- 超声波原理---------------- 流量------------------- 矿用传感器及墩感元件1.3使用环境条件——环境温度一5°C〜40°C；——海拔高度不超过2000m：——空气相对湿度不大于93% （25°C时）；——在有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；——在无破坏绝缘的腐蚀性气体或蒸汽的场所;——在无显著振动和冲击的场所；——污染等级为3级； ——安装类别为II 【类。

超声波流量计的组成

超声波流量计的组成

超声波流量计的组成超声波流量计是一种常用的流量测量设备，它通过使用超声波技术来测量液体或气体的流速和流量。

超声波流量计由多个组件组成，每个组件都起着不可或缺的作用。

1. 传感器：传感器是超声波流量计的核心部件，用于发射和接收超声波信号。

传感器一般由两个超声波传感器组成，一个用于发射超声波，另一个用于接收超声波。

常见的传感器类型包括传输时间差（Time of Flight）和多普勒效应传感器。

2. 传输介质：传输介质是超声波信号在其中传播的物质，常见的传输介质包括液体和气体。

超声波流量计通常根据测量介质的不同而选择不同的传输介质。

3. 信号处理器：信号处理器用于处理传感器接收到的超声波信号，并将其转换为可供分析和显示的数字信号。

信号处理器还可以校正信号，补偿传感器的误差，并提供流量计算和报警功能。

4. 显示器：显示器用于显示测量结果，通常以数字或图表的形式呈现。

显示器可以提供实时流速、累计流量、温度等信息，帮助操作人员监测流量变化。

5. 控制单元：控制单元用于控制超声波流量计的工作状态和参数设置。

通过控制单元，操作人员可以设置测量范围、单位、报警阈值等，并可以对测量数据进行记录和导出。

6. 电源：超声波流量计需要电源供电，通常使用交流电源或直流电源。

电源提供能量给超声波流量计的各个组件，确保其正常工作。

超声波流量计的工作原理是利用超声波在介质中传播的特性。

当超声波传感器发射超声波时，超声波会在流体中传播并被流体中的颗粒或气泡散射、反射或吸收。

传感器接收到反射回来的超声波，并根据传输时间差或多普勒效应来计算流速和流量。

超声波流量计具有许多优点，例如非侵入性、高精度、快速响应、可测量大范围的流速和流量等。

因此，它被广泛应用于工业、环境监测、水利、能源等领域。

总结起来，超声波流量计由传感器、传输介质、信号处理器、显示器、控制单元和电源等组成。

它通过利用超声波在介质中传播的特性来测量流速和流量，具有高精度、快速响应等优点。

超声波流量计

超声波流量计

一、超声波流量计工作原理: 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。

因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。

超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，就像一个渡船的船夫在横渡一条河。

当气体不流动时，声脉冲以相同的速度（声速，C）在两个方向上传播。

如果管道中的气体有一定流速V（该流速不等于零），则顺着流动方向的声脉冲会传输得快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输得慢些。

这样，顺流传输时间tD 会短些，而逆流传输时间tU会长些。

这里所说的长些或短些都是与气体不流动时的传输时间相比而言；根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。

起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种。

根据对信号检测的原理，目前超声波流量计大致可分传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。

其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。

由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。

其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。

按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。

波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大．多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等流体流量测量。

相关法是利用相关技术测量流量，原理上，此法的测量准确度与流体中的声速无关，因而与流体温度，浓度等无关，因而测量准确度高，适用范围广。

超声波传感器原理讲述ppt课件.ppt

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10.2
利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的 装置可称为超声波换能器、 探测器或传感器。
超声波探头按其工作原理可分为压电式、 磁致伸缩式、 电磁式等, 而以压电式最为常用。
压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷, 这 种传感器统称为压电式超声波探头。它是利用压电材料的压 电效应来工作的: 逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振 动, 从而产生超声波, 可作为发射探头; 而利用正压电效应, 将 超声振动波转换成电信号, 可用为接收探头。
从以上公式中可以看出, 只要测得超声波脉冲从发射到接 收的间隔时间, 便可以求得待测的物位。
超声物位传感器具有精度高和使用寿命长的特点, 但若液 体中有气泡或液面发生波动，便会有较大的误差。在一般使用 条件下, 它的测量误差为±0.1%, 检测物位的范围为10-2～104 m。
二、
超声波流量传感器的测定原理是多样的, 如传播速度变化 法、波速移动法、多卜勒效应法、流动听声法等。但目前应用 较广的主要是超声波传输时间差法。
一、 超声波的波形及其转换
由于声源在介质中施力方向与波在介质中传播方向的不 同, 声波的波型也不同。通常有:
① 纵波——质点振动方向与波的传播方向一致的波;
② 横波——质点振动方向垂直于传播方向的波;
③ 表面波——质点的振动介于横波与纵波之间， 沿着表 面传播的波。 横波只能在固体中传播，纵波能在固体、液体 和气体中传播, 表面波随深度增加衰减很快。
α——衰减系数, 单位为Np/m（奈培/米）。
声波在介质中传播时, 能量的衰减决定于声波的扩散、 散射和吸收, 在理想介质中,声波的衰减仅来自于声波的扩散, 即随声波传播距离增加而引起声能的减弱。散射衰减是固体 介质中的颗粒界面或流体介质中的悬浮粒子使声波散射。吸 收衰减是由介质的导热性、粘滞性及弹性滞后造成的, 介质吸 收声能并转换为热能。

声敏传感器pptPPT演示课件

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2.2压电声敏传感器
压电声敏传感器是利用压电晶体的压电效 应制成的。下图为压电传感器的结构图。
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2.3电容式声敏传感器（静电型）
下图为电容式送话器的结构示意图。它由 膜片、外壳及固定电极等组成，膜片为一片质 轻而弹性好的金属薄片，它与固定电极组成一 个间距很小的可变电容器。
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2.4音响传感器
②散射引起的衰减 声波在传播过程中遇到不同声阻抗介质组 成的界面时， 将产生散射， 实际材料的金属
结晶组织的不均性或界面的晶粒粗大引起的散 射， 使部分超声波能量以热能的形式损耗。
20
③介质吸收引起的衰减 由于介质的粘滞性而造成质点间的内摩擦， 从而将消耗部分声能，并且介质的热传导及介质 的稠密和稀疏部分之间的热交换都能导致声能的 损耗。
当A为发射探头，B为接收探头时，超声波
传播速度为
c

v
cos t1
，于是L 顺流传播时间t1
c v cos
为
当B为发射探头，A为接受探头时，超声波
传播速度为c v cos ，于是逆流传播时间为 t2 ： 39
时差为：
L
t2 c v cos
2Lv c os t t2 t1 c2 v2 cos2
声敏传感器的种类很多，下面将介绍4种 声敏传感器，包括：电阻变换型声敏传感器、 压电声敏传感器、电容式声敏传感器（静电型） 及音响传感器。
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2.1电阻变换型声敏传感器
按照转换原理将这类传感器分为接触阻抗 型和阻抗变换型两种。接触阻抗型声敏传感器 的一个典型实例是碳粒式送话器，如下图为其 工作原理图。
重复频率 f2 为：
音响传感器包括：将声音载于通信网的电 话话筒；将可听频带范围（20Hz~20kHz）的 声音真实地进行电变换的放音、录音话筒；从 媒质所记录的信号还原成声音的各种传感器等。 根据不同的工作原理（有电磁变换、静电变换、 电阻变换和光电变换等），可制成多种音响传 感器。下面主要介绍一下医用音响传感器。

超声波空气流量传感器的基本原理

超声波空气流量传感器的基本原理

超声波空气流量传感器的基本原理
随着我国多年在仪器仪表行业的探究，新型超声波空气流量传感器运行平稳，测量精度高。

超声波空气流量传感器的基本原理，超声波在流动的流体中的传播速度与流体的流速有关。

相对于固定座标系(如管壁), 顺流的超声波的传播速度将大于逆流的传播速度。

为实现流量( 流速) 测量, 首先需要有一个发射超声波的换能器( 俗称超声波探头), 通常采用石英等材料制成的压电元件作为换能器。

发射超声波时是利用负压电效应, 即利用高频电脉冲的作用, 使压电晶体高频振动, 从而发出脉冲变化的高频压力波(即超声波)。

超声波以某一角度射入流体中传播, 然后由装在管道对面的接收换能器接受。

接受换能器则利用正压电效应, 将高频压力波又转换高频的电脉冲信号。

时差式液体超声波空气流量传感器，管外夹式时差式液体超声波流量计利用测量超声波在管道中传播时间原理而实现的。

介质( 液体)在管道中流速, 与超声波沿介质顺流和逆流传播的时间差存在着线性关系。

只要分别测量出超声波顺流、逆流的传播时间, 就可以依据线性关系得到沿管道路径上各点流速的瞬时平均流速。

这样, 介质流量则可以通过流速、管道截面积以及雷诺数等得到。

当超声波束在液体中传播时, 流体的流动将使传播时间产生微小变化, 并且其传播时间的变化正比于液体的流速, 由此可求出液体的流速。

在待测流量管道外表面上, 按一定相对位置安装一对超声探头。

安装方式分为“z”法和“v”法。

一个探头受电脉冲激励产生的超声脉冲, 经管壁—流体—管壁为第二探头所接收。

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摘要超声波流速传感器是以超声波在液体中传播，载上流体流速，通过信息处理，获取流速的一款智能仪器。

测量流速还可以为测量流量提供最直接的帮助，所以流速传感器作为超声波流量传感器的核心部分。

本论文主要是针对明渠的流速测量，在经过分析对比后，得到了使用时差法测流速的结论。

然而，超声波流速传感器是最近二三十年才得到研究生产并且投入使用的新型仪表，市场上各种各类的超声波流速传感器层出不穷，很多商家也处于观望的态度，毕竟刚刚研制出来的产品，质量还不够成熟，有些问题还没有得到解决，因此，在信息时代的今天，这种新型仪器是非常值得研究。

本论文是在查阅国内外大量相关文献，充分调研的基础上完成的。

在提高精确度的情况下缩减电路模块的使用，通过另类的时差算法，避免了温度对测量数据的影响。

以下是本论文主要的研究地方：1.超声波在流体中传播的特性；超声波换能器的原理，选择以及使用方法；对几种不同的超声波流速传感器特别是时差法超声波流速传感器进行了理论的分析研究。

2.在对传统的时差法研究的情况下，发现其受温度的影响很大，不仅数据的准确性受到干扰，还要增加使用温度模块修正数据。

因此，改进了时差算法，避免温度的影响。

选取了高精度芯片TDC-GP2作为时间测量模块；设计了过零阀值比较电路，有效减少干扰信号。

3.在硬件设计方面：以模块的形式，从接收到显示，逐一详细介绍。

在器件的选型，参数计算，匹配，提高精度等方面进行研究分析，以求达到高效能，低成本的硬件设计电路。

4.在软件设计方面：结合硬件设计电路，设计出主流程图，编写主程序，再逐一研究设计各个功能模块，完成软件设计。

5.制作硬件电路的原理图。

关键词：超声波时差法 TDC-GP2 明渠AbstractUltrasonic flow sensor is transmitted in the liquid by ultrasonic, based on velocity of flow, through information processing, obtain the velocity of a intelligent instrument. Measurement of the flow rate can also provide direct help for themeasurement of flow, so the velocity sensor as the core part of the ultrasonic flowsensor. This paper is mainly aimed at the measurement of flow velocity in thechannel, after analysis and comparison, the use of time difference method ofvelocity measurement results. However, ultrasonic flow sensor is a new type ofinstrument in recently twenty or thirty years research production and put into use,the ultrasonic flow sensor on the market all kinds of emerge in an endless stream, many businesses are in a wait-and-see attitude, after all, has justdeveloped products, quality is not mature enough, some problems have not been solved, therefore, in the information age of today this new instrument, is very worthy of research.This thesis is available in a large number of relevant literatures home and abroad, to complete the full investigation on the basis of the. Using the reduction of the circuit module in improving the accuracy of the case, the difference algorithm offbeat, avoid the influence of temperature on the measurement data.The following is the main research areas:1.Characteristics of ultrasonic wave propagation in a fluid; the principle of ultrasonic transducer, selection and use method of ultrasonic flowsensor;several different especially transit time ultrasonic flow velocity sensor are analyzed theory.2. I n the research method of time difference to the traditional case, found its greataffected by temperature, not only the accuracy of the data is disturbed, but alsoincrease the use of module temperature correction data. Therefore, the time difference algorithm, avoiding the influence of temperature. Select the high accuracy chip TDC-GP2 as the time measurement module; design of the zero crossing the threshold comparison circuit, effectively reduce the interference signal.3.In the aspect of hardware design: by the module form, from the receiver to thedisplay, one by one to introduce in detail. In the device selection, parameter calculation, matching, improve the precision and other aspects of research and analysis, the ball to reach high performance, low cost hardware circuit design.4.In the aspect of software design: combination of hardware circuit design,designed the main flow chart, compile the main program, then the design of each functional module, software design.目录1 绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2历史背景以及现状 (2)1.3流量传感器的分类 (3)1.4超声波的概念 (3)1.5超声波的特性 (4)1.6超声波在明渠流速传感器中的应用 (5)2 超声波流速传感器的分类与原理 (5)2.1多普勒法的原理 (5)2.2相位差法 (7)2.3直接时差法原理以及算法改正 (8)2.4频率差法 (9)3 超声波流速传感器的硬件设计 (11)3.1 总模块设计 (11)3.2超声换能器的设计 (12)3.3超声波发射电路的硬件设计 (16)3.4超声波接收电路的硬件设计 (17)3.5切换开关的设计 (24)3.6计时电路的设计 (25)3.7微处理器的选型 (28)3.8复位电路的设计 (29)3.9单片机晶振的设计 (30)3.10显示电路的设计 (30)3.11M-BUS通信电路的设计 (35)3.12按键电路的设计 (37)4 超声波流速传感器的软件设计 (38)4.1按键程序的设计 (38)4.2超声波发射程序的设计 (39)4.3计时程序的设计 (39)4.4TDC-GP2程序的设计 (41)4.5显示程序的设计 (42)4.6通讯子程序的设计 (43)5 总结及展望 (45)参考文献 (46)致谢 (47)附录 (48)附录1 系统原理图 (48)附录2 部分功能实现子程序 (49)附录 3 外文文献翻译 (53)1 绪论1.1研究意义从人类进入文明时代以来，就开始关注农业灌溉和水利问题，不断在寻找可靠的测量方式以求获得更多准确的信息。

古代埃及就出现了堰的雏形从而开启了测量的先河。

明渠是一种有自由表面(表面上各点受大气压强的作用)的水流渠道。

根据渠道的形成可分为天然和人工明渠。

前者如江河渠道；后者有人工输水渠道、运河以及没有充满水流的管道等。

明渠又名水渠、人造河流、河道、运河，狭窄的谷地。

在大雨洪涝灾害时，明渠可以有效泄洪。

在工厂区，明渠引导废水到海洋或废水处理厂。

在矿区，明渠有效疏导地下水，防止透水事故的发生。

在农业区，明渠作为农作物灌溉的水分来源。

火电厂引水和排水渠，城市供水引水渠等。

有效的采集明渠信息是对工农业发展，防止灾害，保护生命财产安全具有重大意义。

在很多行业对流速传感器的需求持续增长。

明渠流速传感器与其他封闭满管流量仪表不同，是在非满管状态下或敞开渠道具有自由便面自然流的流量仪表。

明渠原理的明渠流量计价格低廉、使用简单，因而在明渠流量测量中被广泛采用。

1.2 历史背景以及现状1928年德国科学家研制出第一台超声波流量计，并取得了专利。

时至今日超声波流量计以有76年的历史。

1955年首先应用于马克森（MAXSON）流量计测量航空燃烧油，这是循环法的两组探头（换能器）组成的液体流量计1958A.L.H-ERDRICH 等人发明折射式探头，由于他们的研究可进一步消除由于管壁的交混回响所产生的相位失真，也为管外夹装提供了理论依据。