智能化超音波液体流量计的研制

在工业生产中，经常需要精确地计量和控制液体的流速和流量，传统的接触式流量计，如电磁流量计、涡轮流量计、孔板、差压流量计等，均不同程度地受到压力、磨损、腐蚀污染的影响，同时安装时还要破坏管道。而超声波测流量计具有安装方便省时省力，尤其是非接触式测量方式具有诸多优点。超声波流量计可用于测任何液体的流量，特别是腐蚀性、高粘度非导电液体的流量，也可测量大管径流量，超声波换能器能安装在管道外壁，不造成流体的压力损失考虑到管道截面的流速分布对测量精度的影响，变送器最好安装在上游有10倍管径且下游5倍管径的直管段以下介绍超声波流量计与单片机结合后系统软硬件的组成及工作原理2工作原理2.1基本原理超声波液体流量计按测量原理分类有时差法、多普勒效应法、相关法、噪声法、波束偏移法时差法和多普勒效应法应用最为普遍，时差法超声波主要应用于单相液体的测量，而多勒超声波流量计则用于含有适量的固体颗粒或气泡的多相流体的计量本流量计以时差法为其工作原理，原理如所示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1.MR-yAT（1）Tup声束在正方向上的传播时间Town一一声束在逆方向上的传播时间2.2波形检测和时差测量时差法超声波流量计测量的两个关键问题在于对于回波波形的识别和时差的精确检测=从示波器中看到的经自动增益放大后的回波波形如所示。对于回波的检测可采取包络线检测和门限电平两种方法准确判断回波的峰值点非常重要，如果相差一个波峰，结果出来的流量就会有10~ 30m/s的差异本超声波流量计采用的是门限电平检测法，可通过软件动态改变两个检测电平aP，通过D/A转换加在两个比较器的基准端当满足条件，a处比较器先翻转，接着卩比较器后自动化与仪表第16卷2001年第3期翻转，则当卩处翻转时确认回波已收到，停止计时。时差的检测目前主要有锁相环检测时差和数字信号处理DSP芯片。本仪表采用的方法是对普通的18.432MHz的晶体振荡器分频后作为计数器的时钟，探头发射超声波以后再开始计数。当收到回波即卩处比较器翻转时停止计数，对于剩余的不到一个时钟周期的时间计量，可通过逻辑电路控制一电容的充电时间来控制电容上的电压，然后经过A/D转换变为数字信号实现8951作为时差的低位进行处理，采用此方法的本仪表的时差检测电路精度可高达0.2ns雷诺数=D< D一一管内径对应于不同的雷诺数，管道修正因子如下式所求得：-直实y流速管道因子=指示流速（3）可在EPROM中固化对应的雷诺数和管道修正因子表，现场使用时可通过子菜单来确定是使用固化的修正表还是手工输入管道因子修正值。最多可设置10段的近似折线来修正用户数据3系统硬件组成该超声波流量计主要由超声探头、主机（包括电源电路、主机板、和键盘显示电路板）和传感器夹具组成，主机板系统框图如所示主机板电路上采用两片51系列的CPU，―个主要用来控制超声探头的发射和接收时序和实时的流量处理，另一个主要用来实现键盘中断，显示瞬时流量及提供4~程序淹程朗下转第32页）控制系统（2）调速特性根据实测数据，给出了给定电压与电机转速和提拉速度之间的关系曲线，即ife-n与ig关系曲线以内，即使是在极低转速段，系统的线性精度完全满足实际要求。

　　4工程应用及结束语，￥>.从表1及可见，实测线性误差均在士本控制系统可以实现低转速下宽范围调速，并具有良好的线性度，尤其是在文中所提的极低转速下。本系统在工程上已得到了实际应甩系统的动态调整时间小于150毫秒，满足实际要求该系统结构简单，成本较低，是一种颇具实用价值的控制系统，现已投入批量生产。