参考文献4-相关法在超声波流量计设计中的应用

基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究随着工业化和城市化的发展，流量计作为一种重要的测量工具，被广泛应用于电力、石油、冶金等领域中的流量测量系统中。

而基于超声波检测技术的流量计，具有无机械损耗、高精度、不易受流体性质和控制对象变化的影响等优势，成为当前不可或缺的一种流量计。

本文将基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究进行探讨。

一、超声波测量原理简介超声波的特性是频率高于人类听力范围的声波。

超声波测量技术是指利用超声波在介质中传播时的速度、衰减以及反射等物理特性，来测量和分析研究物质、介质等参数。

基于超声波检测技术的流量计，主要是利用超声波在介质中传播时的速度和路径长度，根据声速和路径长度的关系，计算出流量。

超声波测量技术利用的物理原理主要有三种：时间差法、多普勒频移法和声阻抗法。

其中时间差法是指利用超声波在空气和介质的界面上反射的时间差来计算物体距离或流量，应用最为广泛。

二、基于超声波检测技术的流量计设计基于超声波检测技术的流量计，通常由传感器、变送器、显示器等组成。

其设计的基本原理是利用超声波传感器在流体中传播时的速度和路径长度，计算出流体流速来，从而实现流量测量。

1. 传感器的设计超声波传感器是流量计最关键的部分，其性能指标的好坏直接影响到流量计的精度和可靠性。

超声波传感器主要有接触式和非接触式两种类型。

接触式传感器对介质有侵入性，需要进行维护和清洁，而非接触式传感器则对介质无侵入性，可长时间稳定工作。

传感器的工作原理是利用超声波在空气和介质的界面上反射，通过测量匹配关系得到流体流速。

传统的传感器主要采用两个超声波晶体，一个作为发射器，一个作为接收器，在介质中传播，利用超声波在介质中的传播速度和路径长度计算出流速。

而现代的传感器运用更为先进的数字信号处理技术，提高了测量精度和信噪比。

2. 变送器的设计变送器是流量计传感器信号处理的重要组成部分，也是保证流量计稳定工作的重要保障。

变送器的主要功能是将传感器采集到的流量信号转换成标准的电信号输出，从而实现远程控制和显示。

超声波流量计在实际中的运用发布时间：2021-05-20T12:45:20.317Z 来源：《城镇建设》2021年第4卷第4期作者：米玛1尼玛曲宗2芦怡 3 [导读] 随着数字化、电子以及声锲材料等领域的发展，使得超声波脉冲进一步被应用于流体流量的测量中。

米玛1尼玛曲宗2芦怡 3西藏自治区计量测试所,拉萨 850000摘要：随着数字化、电子以及声锲材料等领域的发展，使得超声波脉冲进一步被应用于流体流量的测量中。

当前在许多场合也已经相继出现了依据不同原理研制的形式各异的超声波流量，其已被应用到水电水利以及工农业等领域，有日趋成为流量计量的首选测量工具之势。

基于此，本文对超声波流量计进行了阐述，阐述超声波流量计的优点及测量原理，分析超声波流量计在使用中出现各种故障的原因及相应的解决办法。

关键词：流量计量；超声波流量计；信号中断一、时差式超声波流量计的测量原理时差式超声波流量计是利用超声波脉冲顺介质流和逆介质流的传播时间差，即超声波传输方向与介质流体方向相互叠加时，通过测量声波正向传输与反向传输的时间差来测量流量，可表达为: V= ( (c2·tgθ) /2D) ·Δt 式中:V——流体流动速度;c——声速;θ——流体中声线与管道轴心线的夹角;D——管道直径;Δt——时间差。

超声波流量计是利用声波来进行测量的流量仪表，与光的折射原理一样，声波从一种介质到另一种介质传播过程中，一样有能量的损失与传播方向的折射现象。

二、超声波流量计的现场安装我们在安装超声波流量计的时候，要对流量计进行全面的检查，保证超声波流量计符合国家规定的标准，对流量计各个信号电源链接进行检查，对温度传感器进行分析，检查压力探头和法兰连接是否合格。

还要保证连接线路按照安装图进行准确链接，对流量计中最大流量进行全面限制，在正式投入到使用的时候，要对之前流量计进行检测，如果没有检测条件，就要保证气体温度稳定之后在进行测试，保证流量计的质量。

超声波流量计中相关时差法的应用陆敏恂;朱列铭;周爱国【摘要】介绍了一种基于互相关理论的时差法超声波流量测量算法.系统采用时差法声道布置,采集流体静止和有流速状态下的两组回波信号,通过计算相关函数的峰值得到两回波信号时间差,间接得出流量,提高了时差法渡越时间获取的精度.极性相关算法的引入,大大提高了系统运算速度,提高了实时性.采用伪随机信号作为超声激励信号,克服了算法测量范围小的缺陷,更可提高系统精度.实验表明该系统测量精度高,实时性好.%This paper introduced a time-different ultrasonic flow measurement algorithm based on cross correlation theory. The system arranged ultrasonic transducers like the arrangement of the time difference method flowmeters, and collected stationary fluid condition and flowing fluid condition of echo signals in two groups. By calculating the correlation function peak of the two echo signals ,it obtained the time difference,indirectly gained the flow of wind, which can improve the accuracy of the transit time difference accuracy. The application of polarity correlation algorithm can greatly improve the system operation speed and improve performance of real-time property. By using pseudo-random signal as the ultrasonic excitation signal, the algorithm overcomes the shortcomings of small measurement range, and improve the system accuracy. Experiments show that the system is of high precision, and good realtime property.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】3页(P105-107)【关键词】超声波;流量计;相关时差法;伪随机信号;极性相关算法;MATLAB【作者】陆敏恂;朱列铭;周爱国【作者单位】同济大学机械工程学院,上海201804;同济大学机械工程学院,上海201804;同济大学机械工程学院,上海201804【正文语种】中文【中图分类】TP2161 相关时差算法原理1.1 相关时差法测量模型相关时差法声路布置位置有多种，如X型，V型等。

Automation &Instrumentation 2011(5基于相关法的高精度超声波流量计的设计杨舟1,韩宇杰1,王红1,杨士元1,范顺杰2(1.清华大学自动化系,北京100084;2.西门子(中国研究院,北京100080摘要:基于相关法的超声波流量检测方法,能有效利用超声波脉冲的整体信息进行时差测量,具有精度高,抗干扰能力强等优点。

同时相关法对测量过程中计算量需求大,对超声波脉冲的可配置性要求高,所需的硬件平台设计具有一定难度。

作者设计并实现了一款基于相关法的超声波流量检测系统,利用高精度浮点DSP 为数字核心,配合相应的模拟电路,实现高速计算、可配置、高频采样率的超声波流量检测过程,对小口径小流量的管道液体检测达到了纳秒级的精度。

关键词:超声波流量计;相关法;可配置脉冲;模拟电路中图分类号:T H814文献标志码:BDesign of Ultrasonic Flowmeter with High Precision Based on Correlation Algo-rithmYANG Zhou 1,HAN Yu-jie 1,WANG Hong 1,YANG Shi-yuan 1,FAN Shun-jie 2(1.Department of Automation ,Tsinghua University ,Beijing100084,China ;2.Siemens China ,Beijing 100080,ChinaAbstract :Ultrasonic flowmeter based on correlation algorithm make full use of information of the ultrasonic signal ,which has the advantages of high precision and strong faculty of anti-noise and so on .To inplement the correlation algorithm ,much amount of calculation in the system and configurable ultrasonic signal are needed ,which adds diffi-culty for design.The author designed an ultrasonic flowmeter with high precision based on correlation algorithm with the cooperation of Siemens c orporate t echnology ,which uses a DSP as the digital core to inplement the correlation algorithm at high speed.With neccessary analog curcuit for configurable signal and sampling ,the system reaches pre-cision of nanosecond for pipline with small caliber and low flow rate.Key words :ultrasonic flowmeter ;correlation algorithm ;configurable signal ;analog curcuit收稿日期:2010-12-24;修订日期:2011-02-22基金项目:国家自然科学基金项目(60773142作者简介:杨舟(1985-,男,硕士研究生,研究方向为数模混合电路的设计、检测技术;王红(1971-,女,副教授,研究方向为电子技术、检测技术、系统故障诊断理论和技术。

基于相关法超声波流量计的研究的开题报告一、选题背景及意义在现代工业生产中，流量计是一种重要的测量仪器。

而超声波流量计作为一种新型的流量计，具有非常广泛的应用前景。

它通过利用超声波的特性可以测量流体在管道中的平均流速，从而获得流量值。

同时，超声波流量计具有响应速度快、测量精度高、没有阻力损失等诸多优点。

因此，本文选取基于相关法的超声波流量计作为研究对象，旨在研究该种流量计的工作原理、测量精度、应用范围等方面，为超声波流量计的应用提供参考。

二、研究内容1. 相关法的理论分析及数学模型推导相关法是一种基于信号处理技术的流量计测量方法。

本文将对相关法的原理进行深入研究，推导出相关法的数学模型。

2. 超声波流量计的工作原理和结构设计超声波流量计是一种基于超声波传播特性的流量计。

通过对超声波在流体中的传播特性进行分析，本文将深入研究超声波流量计的工作原理，以及其结构设计方案。

3. 超声波流量计性能测试与数据分析对于一个流量计而言，其测量精度和稳定性是非常重要的指标。

本文将通过实验测试，验证超声波流量计的测量精度并进行分析。

4. 超声波流量计的应用价值分析本文将对超声波流量计的应用范围进行分析，以及该种流量计在现代工业生产中的具体应用场景进行研究，并探讨其将来发展趋势。

三、研究方法本文将通过文献调研、数学模型推导、实验测试等方式进行研究，以确保研究结果具有科学性和可靠性。

四、预期成果本文研究的预期成果有：相关法理论分析、超声波流量计的工作原理和结构设计、超声波流量计性能测试与数据分析及超声波流量计的应用价值分析等方面得到深入研究。

同时，本文将为超声波流量计在现代工业生产中的应用提供一定的指导建议，为该领域的进一步发展提供参考。

超声波流量计的应用研究摘要：本文在简单介绍超声波流量计相关情况的基础上，对其工作原理进行了深入细致的分析，并对超声波流量计的实际应用以及应用过程中需要注意的问题进行了讨论，文章认为，超声波流量计具有很多独特的优势，但也存在着很多注意事项，只有明确这一概念，并采取针对性措施进行维护和保养，才能充分发挥其应有的积极作用。

关键词：超声波；流量计；应用；研究1 超声波流量计的原理超声波流量计的测量原理主要分为两种类型，一种是利用超声波在穿过介质的过程中，介质的微粒会将对超声波产生一定的反射作用，从而产生多普勒效应。

这种利用超声波通过介质后产生的多普勒效应检测流量的流量计被称为多普勒流量计或超声波流量计。

测量的另一种方法是利用超声波在穿过介质后，介质对超声波传播速度所产生的影响来测量流量，此类流量计被称为声波时差流量计。

在多普勒流量计工作的过程中，超声波发生装置产生的超声波被发射到管道当中，管道中的介质可以反射超声波，通过收集这些粒子的多普勒频率就可以测出管道内介质的流量。

声波时差流量计是通过分别计量出超声波在顺流方向、逆流方向的传播时间差来测量出相应的管道内流体的流量。

超声波流量计作用的发挥靠的是流量计硬件和软件共同完成，其中超声波流量计在操作的过程中涉及的主要硬件有：超声波流量计的工作电路、流量计的壳体、传输线路、计算机和超声波发生和传感器等。

2 超声波流量计的应用2.1 液体测量不同类型的超声波流量计的基本工作原理虽然大体相同，但是如果从结构参数等方面对其进行细分，还是可以将超声波流量细分为多种类型。

在超声波流量计的工作过程中，如何选择信号传感器的位置，采用何种安装方式，都会对超声波流量计的测量精度造成巨大的影响。

首先，为了能够保证超声波测量管道内的流体是平行流动的，工作人员必须要设置一定长度的直管段。

就现阶段操作的实际情况来看，超声波流量计的前方一般都需要设置至少长于十倍管径的直管段；在超声波流量计的后方，一般会设有至少长于五倍管径的直管段。

时差法超声波流量计的原理和设计1 引言超声波用于气体和流体的流速测量有许多优点。

和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比它的计量精度高、对管径的适应性强、非接触流体、使用方便、易于数字化管理等等。

近年来，由于电子技术的发展，电子元气件的成本大幅度下降，使得超声波流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。

经常有读者回询问有关超声波流量测量方面的问题。

作为普及，我们将陆续撰写一些专题文章，来介绍一些相关知识，以便推广和普及超声波流量技术的普及和提高。

本文主要介绍目前最为常用的测量方法：时差法超声波流量计的原理和设计。

2时差法超声波流量计的原理时差法超声波流量计（Transit Time Ultrasonic Flowmeter）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溜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图1中有两个超声波换能器：顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L,超声波顺流速度为tu,逆流速度为td,超声波的传播方向与流体的流动方向加角为θ。

由于流体流动的原因，是超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：其中：c是超声波在非流动介质中的声速，V是流体介质的流动速度，tu和td 之间的差为：式中X 是两个换能器在管线方向上的间距。

为了简化，我们假设，流体的流速和超声波在介质中的速度相比是个小量。

即：上式可简化为：也就是流体的流速为：由此可见，流体的流速与超声波顺流和逆流传播的时间差成正比。

流量Q 可以表示为：24D Q Vdt π=⎰3 时差法超声波流量计的设计图2是我们设计的超声波流量计的原理框图。

图中主要有两个超声波发射单元、一个时间测量单元和一个控制器。

超声波流量计原理、类型及应用预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制超声波流量计原理、类型及应用超声波流量计一、超声波流量计的基本原理及类型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。

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非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。

它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。

使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。

众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。

因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。

被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。

在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。

超声被流量汁也可用于气体测量。

管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。

另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。