时差法测量流量
时差法超声波流量计的原理和设计
射体 散 射 的 超 声波 多 普勒 频 移 来确 定 流 体 流 量 的 ． 多普 勒 效应 法 需 要流 体 中含 有反 射 物 质 ．适 用 于含 悬 浮 颗 粒 、 气泡 等 两 相 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 。但相 关器 材价 格 贵 ．线 路 比较 复杂 。
原 理 、 结 构 和 特 点 ， 设 计 了 具 体 的 实 现 过 程 ， 最 后 给 出 了使 用 时 需 要 注 意 的 事 项 ， 以推 广 和 普 及 超 声 波 流 量
计量技术 。
■臣Ｅ
超声波流量 计；时差法 ；原理 ；设计实现
概 述
流 量 计 包 括 机 械 式 和 非 机 械 式 两 大 类 ．机 械 式 又 分 为旋 翼 式 、螺 翼式 、涡 轮 式等 ．非 机械 式 可 分 为 超声 波 式 、 电磁 式 涡 街 式 等 几类 。机 械 式 流量 计 由 于成 本 较低 得 到 了普遍 应 用 ，但 是 管 路 中 的杂 质 、水垢 容 易 造 成运 行 数 据 不准 ．堵 塞 等现 象 ，虽 然 加 装 滤 网和 磁 性 过 滤器 可 以滤 除较 大 颗粒 杂质 及 磁 性物 质 但 是
体 温 度 变化 带 来 的 误差 ，准确 度 较 高 所 以被 广 泛 采 用 ，本 文 详 细 介绍 时 差法 。
超 声 波流 量 计 主 要用 于 气体 、液 体 、标 准 计 量 等 领 域 有 着 广 泛 的应 用 ，
时差 法 实 际上 是 将 超声 波 传播 速 度 和 液体 流 速 进 行 矢 量叠 加
声学时差法流量计工作原理
声学时差法流量计工作原理分析报告一、引言声学时差法流量计是一种广泛应用于流体流量测量的仪器，其工作原理基于声波在流体中的传播特性。
本文将深入分析声学时差法流量计的工作原理，并通过实例分析阐述其优缺点，最后给出明确的观点。
二、工作原理声学时差法流量计利用声波在流体中的传播速度与流体流速之间的关系进行流量测量。
在静止流场中，声波的传播速度与流体的物理性质有关，而在流动的流场中，声波的传播速度将受到流速的影响。
因此，通过测量声波在流体中的传播速度，可以推算出流体的流速，进而得到流量。
具体来说，声学时差法流量计通过发射器和接收器产生并接收声波，声波在流体中传播的时间与流速有关。
因此，通过测量声波的传播时间，可以推算出流体的流速。
流量可以通过流速和管道截面积的乘积得到。
三、实例分析以某型号声学时差法流量计为例，该流量计采用双声道结构，具有较高的测量精度和稳定性。
在实际应用中，该流量计表现出以下优点：1. 测量范围广：适用于多种流体介质和测量范围，如气体、液体和固体颗粒等。
2. 非接触测量：避免了因接触流体而产生的压力损失和磨损等问题。
3. 高精度测量：采用先进的信号处理技术和算法优化，提高了测量精度和稳定性。
4. 实时监测：能够实时监测流体的流量变化，为生产过程控制提供了便利。
然而，该流量计也存在以下缺点：1. 对流体物性敏感：对流体的物理性质较为敏感，如密度、粘度等。
在某些应用场景中，可能需要针对特定流体进行校准。
2. 易受流体扰动影响：流体的扰动可能影响声波的传播速度和稳定性，进而影响测量精度。
3. 对管道清洁度要求高：如果管道内存在杂质或污垢，可能会影响声波的传播和测量精度。
四、观点总结综合上述分析，我们可以得出以下观点：1. 声学时差法流量计具有非接触测量、高精度测量和实时监测等优点，使其在多种流体介质和测量范围内具有广泛的应用前景。
2. 然而，该流量计也存在对流体物性敏感、易受流体扰动影响和对管道清洁度要求高等缺点。
超声波流量计原理：时差法
超声波流量计: 超声波流量计 信噪比
II. 信噪比 (SNR)
S = 在流体中传播的信号 N = 在管壁内传播的“短路”噪声 在管壁内传播的“短路” • 为了完成优良的测量，要求 为了完成优良的测量， S >> N 或 SNR >> 1. • 高压有助于提高信号 S. • 良好的垫片将减小噪声 N. Pmin (barg)* 气体 N2 H2 SNR ≈ 1 2 7.5 SNR ≈ 4 4 30
层流 过渡流场 湍流 = 0.75 ≈ 0.85 = 0.91 - 0.99
GE Panametrics
kRe =
注释： 注释：
1 1.119 − 0.011 log R e
运动粘度 v变化 10倍导致流量 <1% 的变化。 的变化。
V = 10 m/sec 及内径 (ID) = 6” v = 10×10-6 v = 100×10-6 × × Re = 0.15×106 Re = 0.015×106 × × kRe = 0.932 kRe = 0.922
tup > tdn ∆ t = tup − tdn
超声波流量计原理： 超声波流量计原理：时差法
流体流速
GE Panametrics
V Η
C2 ×∆t 2L
体积流量测定
θ P
L
V
Q = 流速 × 横截面积 Q = V×A 声速
tup = tdn =
P c -Vsin θ P c+Vsin θ
c=
P tavg
超声波流量计: 超声波流量计 Re修正 修正
修正系数
GE Panametrics
时差法超声波流量检测三步互相关算法研究
时差法超声波流量检测三步互相关算法研究柏思忠;张加易【摘要】Based on the analysis of the problem of computing a large amount about cross⁃correlation algorithm for ultrasonic flow detec⁃tion by time⁃difference method,the authors pointed out the three aspects of reducing the amount of calculation,firstly operation data quantity,secondly multiply⁃add operation quantity of each correlation operation, and lastly correlation operation quantity. A three⁃step cross⁃correlation algorithm was proposed,which is based on preprocessing,rough correlation and fine correlation.It can decrease the cal⁃culation quantity by 3~5 orders of magnitude;lambda type ultrasonic flow detection method was also applied as an example,the overall computation time was controlled in mslevel,which has met the real⁃time requirement.Finally,it has provided an effective solution to greatly reduce computation of cross⁃correlation algorithm for Z type,V type time⁃difference method of ultrasonic flow detection.%对时差法超声波流量检测中互相关算法计算量大的问题进行了研究，指出了减少计算量的3个方面———参与运算的数据容量、每次相关运算乘加次数和相关运算的累计次数，提出了一种采用预处理、粗相关和精相关三步相关算法，将计算量减少3～5个数量级；并以λ型超声波流量检测方法中的三步互相关算法为例，将整体运算时间控制在ms级，达到了实时性要求，为Z型、V型等时差法超声波流量检测的互相关算法大幅度减少计算量提供了一种有效的解决方案。
超声波流量计时差法测量原理
超声波流量计时差法测量原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊超声波流量计时差法测量原理。
你说这超声波啊，就像是我们生活中的小侦探，能帮我们搞清楚流体的流量呢！想象一下，超声波在流体里穿梭，就像我们在人群中跑来跑去一样。
这个时差法呢，简单来说，就是利用超声波在顺流和逆流时传播时间的不同来测量流量的。
这不就好比我们跑步，顺着风跑和逆着风跑，花费的时间肯定不一样呀！
咱先说说这顺流的时候，超声波一路畅通无阻，“嗖”的一下就过去了，时间相对较短。
可到了逆流呢，它就像是遇到了阻碍，得费点劲儿才能过去，这时候花费的时间就长啦。
然后呢，通过测量这顺流和逆流的时间差，再经过一系列复杂又精妙的计算，嘿，流量就被我们给算出来啦！是不是很神奇呀！
这就像是我们解一道很难的数学题，看似复杂，其实只要找到关键的线索，就能一步步解开啦。
超声波流量计时差法就是这样的关键线索呢！
你想想看，如果没有这个巧妙的方法，我们要怎么准确知道流体的流量呢？那可就麻烦多啦！所以说呀，这个方法可真是帮了大忙了。
在很多工业领域，都离不开它呢！比如石油化工呀，水的处理呀，各种需要精确测量流量的地方。
它就像一个默默无闻的小英雄，在背后为我们的生活和生产提供着重要的数据支持。
而且啊，它还很可靠呢！只要安装正确，使用得当，就能一直给我们提供准确的信息。
这就像我们有一个特别靠谱的朋友，总是能在关键时刻给我们帮助。
总之呢，超声波流量计时差法测量原理真的是一个非常了不起的发明！它让我们对流体的流量测量变得更加简单、准确、可靠。
我们应该好好珍惜和利用这个神奇的技术，让它为我们的生活和社会发展做出更大的贡献呀！这可不是我随便说说哦，这是实实在在的好处呀！大家说是不是呢！。
超声波时差法流量计原理
超声波时差法流量计原理一、前言超声波时差法流量计是一种常用的流量计，其工作原理是利用超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性，通过测量两个超声波传输路径之间的时间差来计算流量。
本文将详细介绍超声波时差法流量计的原理。
二、超声波传播速度超声波是指频率高于20kHz的机械振动波，其在空气中的传播速度为340m/s，而在液体和固体中的传播速度则与介质密度、弹性模量和粘滞系数等因素有关。
由于液体和固体中分子之间的距离比空气中小得多，因此其传播速度也相应较高。
例如，在水中，超声波的传播速度约为1500m/s。
三、时差法测量原理时差法测量原理是利用两个超声波探头分别向上游和下游方向发射超声波，并在对侧接收反射回来的信号。
由于上下游方向有一定的流动速度差异，因此反射回来的信号到达探头所需时间也不同。
根据这两个时间差可以计算出流体通过管道的体积流量。
四、探头设计超声波时差法流量计的探头通常由两个发射器和两个接收器组成。
发射器向上游和下游方向分别发射超声波，接收器则接收反射回来的信号。
为了保证测量精度，探头需要满足以下要求：1. 发射和接收角度应合适，一般为45度或60度。
2. 发射和接收距离应合适，一般为管道直径的1-2倍。
3. 接收灵敏度应高于发射灵敏度。
五、测量误差超声波时差法流量计的测量误差与许多因素有关，例如管道直径、流速、液体温度、压力和粘稠度等。
其中最主要的影响因素是液体中气泡和杂质。
气泡会散射超声波并产生回声信号，而杂质也会对超声波传播产生影响。
因此，在使用过程中需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
六、总结超声波时差法流量计是一种准确可靠的流量计，其原理基于超声波在流体中传播速度与流体速度有关的特性。
探头设计和测量误差是影响测量精度的重要因素，需要注意避免气泡和杂质进入管道内部。
超声波热量表的频差法流量测量原理
超声波热量表的频差法流量测量原理超声波热量表的频差法流量测量原理 1 时差法流量测量原理时差法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流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。
如图1，顺流换能器和逆流换能器分别安装在流体管的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波通过的路径长度为L。
超声波顺流传播时间为td，逆流传播时间为tu，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，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Δt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：上式简化为：即，流体的速度为：流量Q可以表示为：由此可见，时差法的测量精度主要取决于对微小时差Δt的分辨率，即纳秒级的时标，所以时差法的测量精度受到许多方面的制约，小流量测量精度难以保证和提高。
2 频差法测量流量原理在顺流方向，超声波的鸣环频率ft1为在逆流方向，超声波的鸣环频率ft2为则频率差为由以上公式可以看出，当两个超声波换能器安装位置一定时，L和θ也就确定，流速v仅与Δft有关，而与声速c无关。
为了满足在低流速下的流量测量精度，应使测量频差的数目达到足够大，频差法可以采用锁相倍频技术，以使测量的频差扩大到N倍，这相当于提高了小流量时的测量精度。
3 频差法测量流量的实现方法在启动超声波测量之前，超声波发射和接收回路处于休眠状态。
一旦收到外部启动信号，由内部单片机发出一个启动脉冲，并通过同步触发电路激活超声波发射器产生第一次发射。
发射脉冲通过流体传播到达接收器并输出回波信号，经回波检测和整形后，将回波脉冲反馈回同步触发器，以使发射器产生第二次发射，接收器接收的第二个回波脉冲再次反馈回发射端。
声学时差法在线测流系统在流量测验中的应用
2.1技术原理
由于测流介质是流动状态的，存在介质波，超声波在该介质中单向来回传播过程中，声波与介质波之间存在波的衰减和叠加。在河流中，由于水流速度的存在，下游方向发射的声音的脉冲比向上游方向发射的脉冲更快。两者之间的行程时间的差为ΔT，利用公式可计算出河流断面的平均流速V，并通过测流介质断面的剖面面积A，计算出流量Q。
(公式1)
而流量公式为：
Q=k1*k2*V*A（公式2）
——公式2中：Q为流量、V为层流速、A为断面面积
K1为第一修正系数，可由ISபைடு நூலகம்6414标准查读
K2为第二修正系数，通过比测率定获取。
实际使用中:A=f1（G) k1=f2（G) k2=f3（G)。
其中：G为当前水位
2.2系统构成
声学时差法测流系统由超声波时差法流速仪、水位计、数据采集设备（RTU）、通信设备、供电系统、机箱等组成。
声学时差法在线测流系统在流量测验中的应用
摘要：声学时差法在线测流系统是当前先进的测流设备，为了实现设备在水文流量测验中的应用，本文以浏渭河流域中下游金牌站为例，简单介绍QUANTUM声学时差法流量设备工作原理，以及将声学时差法在线测流流量与走航式ADCP实测资料进行流量精度对比测试和对标定系数K2进行分析率定，结果表面声学时差法在线测流设备符合现行规范的测验精度。
响应器系统：将响应器安装在河流一侧，位于与测量系统同侧的传感器对面
在响应器系统中，首先沿着传感器4和3确定的路径对着水流发送声信号，在最小延迟下，响应器对信号进行指引然后沿着传感器2和1确定的路径对着水流发送，当信号沿着1—2和3—4确定的路径反方向传播时，对持续时间进行测量，因响应器方式不需要架设跨河信号电缆，所以适用于通航河流和较大河流。
超声波时差法流量计工作原理
超声波时差法流量计工作原理
超声波时差法流量计通过测量超声波在介质中传播的时差来计算流量。
该流量计由两个超声波传感器组成，一个作为发射器发送超声波信号，另一个作为接收器接收信号。
超声波经过传感器后，会在液体中发出一束声波，声波会沿着液体沿流动方向传播，然后沿反方向传播。
声波在液体中传播速度为C，因此在液体中传播一段距离L所需的时间为t=L/C。
在没有液体流动时，声波从发射器到接收器的时间差为Δt0。
当有液体流动时，液体流动速度会影响声波在液体中传播的时间，此时从发射器到接收器的时间差将变为Δt。
因此液体流动速度可以通过Δt-Δt0计算得到。
流量计可以测量液体的流速和体积流量。
在测量流速时，流量计会将液体流过传感器的时间计算出来，并根据液体通过的管道截面积计算液体的流速。
在测量体积流量时，液体通过管道的总体积可以通过连续测量液体流量来计算。
时差法超声波流量计
sin 0
C0
sin 1
C1
sin
C
C sin 0 arcsin( ) C0
C 0 和 0为已知量，C为超声波在被测流体中的传播速度，是温度的变量。 这样就可以通过修正后的C对θ进行修正了。
四、总体设计
换能器安装
本设计中，我们的换能器将采用V字型安装，这样可以提高系统的分辨率，发射、 接收器安装在管壁同一侧，让超声波在管壁对侧反射一次的方法还可以减少流速断 面分布不均匀的误差，
3、噪声法 4、相关法
三、时差法原理
流量
单位时间内，流体流过管道或设备某处横截面的数量称为流量。流体流 量可用单位时间内流过通道横截面的流体体积或质量来表示，前者称为 体积流量，用Q表示，单位为m3/s，后者成为质量流量，用G表示，单 位为kg/s。
Q v S
超声波特性
超声波通常指频率高于20KHz的机 械波，它可以在气体、液体和固体 中传播。我们只以水为介质进行分 析。
2、入射角：这个角度决定了超声波换能器的安装位置。由于超声波入 射时在管壁及流体界面处都会发生折射，为提高探头接收信号的选择 性，一般选择入射角位于第一临界角和第二临界角之间，以保证仅一 束超声波被探头接收。若管道为钢管，探头用有机玻璃作为声导，一 般入射角选取28.7°～60°，我们选取入射角为45°。
从单片机选取
从单片机是信号采集及控制电路的核心，它既要接收主单片机发来的命 令，使测量模块的各部分协调工作，同时又要向主单片机回送测量数据 和该部分的状态信息。考虑到性价比，我们选择了ATMEL公司的 AT89C51，它是一种低功耗、高性能CMOS8位单片机，其指令系统与 8051完全兼容。 外围电路采用74LS245驱动74LS196计数器计数。 74LS245是我们常用的芯片，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向 传输数据。既可以输出，也可以输入数据。 74ls196是 二 - 五 - 十进制计数器（可预置）。采用多片级联增加计数 范围。
时差法测流量的基本原理
时差法测流量的基本原理宝子！今天咱来唠唠一个特别酷的东西——时差法测流量。
这可不是啥特别高深莫测、让人一听就头疼的事儿，其实就像咱们平常玩的小游戏一样有趣呢。
你想啊，流量这东西，就像是一群小蚂蚁在搬家，有的时候搬得快，有的时候搬得慢，咱们怎么知道它们到底搬了多少东西，速度有多快呢？这就轮到时差法出场啦。
时差法测流量啊，就像是给这些流动的东西设了一个小跑道。
比如说水在管道里流，就像运动员在跑道上跑。
咱们在这个管道的上游和下游分别放两个小“裁判”，这两个“裁判”呢，其实就是传感器啦。
当水里面有一些小信号或者小波动经过这两个传感器的时候，就像运动员跑过了起跑线和终点线，这两个传感器就会记录下时间。
上游的传感器先发现这个小波动，然后下游的传感器再发现。
这中间就有一个时间差，就像你和你的小伙伴比赛跑步，你先出发，小伙伴后出发，你们到达同一个地方的时间不一样，这个时间差就很重要啦。
这个时间差就和水的流速有关系哦。
如果水跑得特别快，那这个时间差就会比较小；要是水慢悠悠的，像个小懒虫，那这个时间差就会比较大。
然后呢，咱们再结合管道的大小，这就好比是跑道的宽窄。
管道粗呢，就像宽跑道，能通过的水就多；管道细呢，就像窄跑道，水就没那么多地方跑啦。
根据这个时间差和管道的大小，就能算出流量啦。
是不是感觉很神奇呢？你可能会想，这和咱们生活有啥关系呢？关系可大了去了。
比如说咱们家里的水表，其实有的就是用类似的原理哦。
水在水表里面流，水表就能知道水的流量，这样就能算出咱们用了多少水，该交多少水费啦。
再比如说那些大工厂，有好多液体要输送，像石油啊，化学原料啊，得知道流量才能保证生产正常进行，不会多了或者少了原料。
而且啊，这个时差法测流量还有很多优点呢。
它很准确，就像一个特别细心的小会计，不会把账算错。
不像有些老方法，可能误差比较大。
而且它不管是测干净的水，还是有点脏的水，甚至是那些黏糊糊的液体，都能测个八九不离十。
不过呢，这方法也不是十全十美的。
超声波流量计原理：时差法
×Δt
体积流量测定
Q = 流速 横截面积 Q = VA
声速
c=
P tavg
, tavg =
tdn + tup 2
V
qP
L
tup
=
c
P - Vபைடு நூலகம்in
q
tdn
=
P c +Vsin q
tup > tdn
D t = tup- tdn
超声波流量计: 流体动力学
GE Panametrics
流场
流场的形态由管中的摩擦力与粘滞力决 定
逆流方向传输时间 tup， 超声波被流体减速
顺流方向传输时间 tdn， 超声波被流体加速
tup V tdn
tup
=
c
P - Vsin
q
tdn
=
P c +Vsin q
tup > tdn
D t = tup- tdn
V
qP
L
超声波流量计原理：时差法
GE Panametrics
流体流速
V
C2 2L
在 20 deg C时, 水的运动粘度= 1×10-6, 假定管子内径 DN100 若管内水的流速 V = 1 m/s，则 Re = 1×106
kRe = 0.9497
工艺介质：DN100，V=1m/s, 粘度= 60，则 Re是水的1/60.
kRe = 0.9323，（速度为0.5m/s时， kRe = 0.9295)
雷诺数表征流体惯性力与粘性力之比。若雷诺数小，粘性力占主要地 位，粘性对流场的影响是主要的。雷诺数大，则惯性力是主要的
例：管子内径 10”，当流速 V = 10 m/s 若 Re = 0.5×106 ，则运动粘度 = 50.8×10-6 若 Re = 5×106 ，则运动粘度 = 5.08×10-6
时差法超声波流量计资料
时差法超声波流量计1 引言超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。
凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。
随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。
2 超声波流量计分类根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为多普勒法、波束偏移法、噪声发、相关法等。
2.1 多普勒法多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。
其工作原理如图1所示。
图1 多普勒法工作原理图 Fig.1 Theory of Doppler approach管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为0f 的连续超声波。
根据多普勒效应，在中间相交区的频率为1f ，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为2f ，当粒子流速均为u 时，其关系为：)sin 21()sin 1()sin 1(02012Cu f C u f C u f f βββ-≈-=-= (1)βsin 2)(020f Cf f u -=(2)多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。
2.2 波束偏移法波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。
其测量原理如图2所示。
图2 波束偏移法原理图Fig.2 Theory of beam-excursion approach流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。
波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。
3 时差法原理3.1 时差法时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。
运河水文站时差法流量测验效果分析
，
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ａ
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３ 偏离 检验。 参 算表可 －１ ， ｐ ÷ ＝ ． ） 数值 由 数计 知￣ ． 则Ｓ ＝ －９ １ １７， １
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则定线合理。
对未漫滩和漫滩两组资料 ，分别建立流速仪法流量和时差法流量相
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晰
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７ ｏ
Ｉｏ ｌ ｏ
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１０ ００
时蓉法流量 （ 盖 ／ ）
图１ 流速仪法流量与时差法流量相关 图 （ 水位 ≤ ３ ８Ｔ ２． ） ６Ｉ Ｉ ２２ 相关线检验与标准差计 算 ．
２０ 年初 ，苏北地 区水 资源配置监控调度系统一期 一步工程建设 ０５ 中 ，运河水 文站安装 了时差法流量测验设备 ，同年７ 月安装调试完成并 投入试运行 ，测验数据进入江苏水利局域网。为保证时差法测流精度 ，
２ ０ ０
理 论研 究 苑
２ 蒜 ６乱 科２第霸 Ｌ ０年 期 １
运河水文站 时差法流量测验效果分析
周 沛勇 ，郑 长陵
（ 江苏省水 文水资源勘测局徐州分局 ，江苏徐州 ２ １０ ） ２０６
搐 耍 本文 通过运河水文 站流速仪法流量 与时差法流量 相关 关系的建立 ，分析时差法测流 设备在复式河 床流量测验 中的应 用效果 ，为流
量 自动测报系统 的建设与推广 提供 了科学依据 ，进 而优质高效地 为各级防汛部 门提供技术支持 。
关键 词 运河 ；时差法 ；分析 中国 分类 号 Ｐ ３ 文 献标 识码 Ａ ３２ 文章编 号 １７－６ １（ １）３－２０Ｏ ６３ ９７一２ ２ ２００ 一 ｌ ０ ０
ｔＯ ０ １ 概 况 京杭大运河徐 州段又称 中运河 ，上接韩 庄 ＇ｏ ｏ 运河 ，自黄楼村人邳州市境 ，在新 沂市窑湾镇 ● Ｏ 二湾附近入骆 马湖，并 自皂河闸出骆马湖人宿 Ｔ Ｏ Ｏ 迁市境 内。中运 河徐 州境内河道长５ 公里 ，主 ５ 濂 遮 分泄 的沂河洪水 ，同时兼负航运和南水北调东 仪 摹。 ｏ
时差法超声波明渠流量计注意事项
时差法超声波明渠流量计注意事项
时差法超声波明渠流量计是一种常用于测量河流、渠道等开放
水体流量的设备。
在使用时，需要注意以下几个方面：
1. 安装位置选择，时差法超声波明渠流量计的准确性和稳定性
受到安装位置的影响，因此在安装时需要选择一个水流稳定、无明
显涡流和波动的位置，以确保测量的准确性。
2. 渠道准备，在安装时需要确保测量的渠道或河流的几何形状
和底部材质符合仪器的要求，以保证超声波的传播和反射符合设计
要求。
3. 温度和压力补偿，时差法超声波明渠流量计在测量时需要考
虑水温和压力对声速的影响，因此需要进行相应的温度和压力补偿，以确保测量的准确性。
4. 环境影响，周围环境的噪声和干扰会影响超声波的传播和接收，因此需要在安装时考虑周围环境的影响，并采取相应的措施进
行干扰抑制。
5. 定期校准和维护，时差法超声波明渠流量计作为精密仪器，需要定期进行校准和维护，以确保测量的准确性和稳定性。
综上所述，使用时差法超声波明渠流量计需要注意安装位置选择、渠道准备、温度和压力补偿、环境影响和定期校准和维护等方面，以确保测量的准确性和可靠性。
时差法超声波流量计.
t
2dv tan
C2
C2
2d tan t
v n v K 2n 1 2n 1 流量修正系数K 2n
v
1
v
雷诺数（Re）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，是流体流动状态的一个 判断依据。
折射角θ 修正
θ 角随流体中声速C的变化而变化，而C又是流体温度的函数。因此，必须 对θ 角进行自动跟踪补偿，以达到温度补偿的目的。
3、噪声法 4、相关法
三、时差法原理
流量
单位时间内，流体流过管道或设备某处横截面的数量称为流量。流体流 量可用单位时间内流过通道横截面的流体体积或质量来表示，前者称为 体积流量，用Q表示，单位为m3/s，后者成为质量流量，用G表示，单 位为kg/s。
Q v S
超声波特性
超声波通常指频率高于20KHz的机 械波，它可以在气体、液体和固体 中传播。我们只以水为介质进行分 析。
sin 0
C0
sin 1
C1
sin
C
C sin 0 arcsin( ) C0
C 0 和 0为已知量，C为超声波在被测流体中的传播速度，是温度的变量。 这样就可以通过修正后的C对θ进行修正了。
四、总体设计
换能器安装
本设计中，我们的换能器将采用V字型安装，这样可以提高系统的分辨率，发射、 接收器安装在管壁同一侧，让超声波在管壁对侧反射一次的方法还可以减少流速断 面分布不均匀的误差，
时差法超声波流量计
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概述及超声波流量计简介 超声波流量计分类 时差法原理 总体设计 硬件、软件设计 实验研究
目
录
一、概述及超声波流量计简介
自古以来流量测量都是人类文明一种标志，是计量科学技术的组成部 分之一，它广泛存在于水利、化工、农业、石油、冶金以及人民生活各个 领域之中，一直得到世界各国政府和企业的重视，而且重视程度一直在不 断加强。 我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从 国外进口。目前我国的流量装置方面，与国际水平仍存在较大差距，现有 产品的品种、规格、精确度和可靠性尚不能满足国内市场的需求。 超声波流量计（简称USF）是利用超声波在流体中的传播特性来测量 流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大 小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被 认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统 中被广泛应用。 随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波 流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。ARC(Auotmation Research Corp)2001年给出2001-2005年超声波流量计的年复合增长率（ CompoundAnnualGrowthRate,CARG）为10.5,远远高于其它流量计的增 长率。
时差法超声波流量计在核电厂的应用及故障处理
时差法超声波流量计在核电厂的应用及故障处理发布时间：2021-01-06T14:54:15.227Z 来源：《中国电业》2020年8月22期作者：陆彦飞[导读] 超声波流量计是一种无阻碍流量计，在测量过程中，不会在流体流动通道内设置任何阻碍件，管外安装不阻碍流体的流动，测量过程与生产过程同时进行。
陆彦飞福建福清核电有限公司福建省福清 350318摘要：超声波流量计是一种无阻碍流量计，在测量过程中，不会在流体流动通道内设置任何阻碍件，管外安装不阻碍流体的流动，测量过程与生产过程同时进行。
尤其在大管道、大流量、介质腐蚀性环境下，超声波流量计的优势更加明显，应用更加广泛。
本文首先阐述了超声波流量计的测量原理，然后介绍了超声波流量计在核电厂的应用案例，最后，本文列举了超声波流量计在核电厂应用过程中出现的问题及处理方法。
关键字：超声波流量计；应用；故障处理 1.超声波流量计概述1.1概述超声波流量计是一种无阻碍流量计，在测量过程中，不会在流体流动通道内设置任何阻碍件，管外安装不阻碍流体的流动，测量过程与生产过程同时进行。
相比其他类型流量计，超声波流量计有三大特点：非接触式、精度高、对介质的腐蚀性和化学性无要求等。
正因为超声波流量计具有上述有点，所以使其被广泛应用在各工业领域。
1.2超声波流量计原理超声波流量计常用的测量方法未传播速度差法、多普勒法等。
传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法。
其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速，从而测出流量；多普勒法的基本原理则是应用超声波中的多普勒效应测得顺水流和逆水流的频差来反映流体的流速从而得出流量。
本文重点阐述时差法测量原理。
时差法超声波流量计是利用超声波信号在流体中顺逆流传播时间之差来测量流体的流速，进而换算为流量，原理图见图1。
图1 超声波流量计测量原理一对超声波换能器交替作为接收和发射超声波端，并以一定的夹角安装在管道两侧，交替作为接收和发射超声波端。
时差法测流量的基本原理,和存在的问题及改进方法
时差法测流量的基本原理,和存在的问题及改进方法
时差法测流量的基本原理是根据声波在流体中传播的速度差来计算流体的流速和流量。
该方法通常利用超声波传感器测量流体中的两个位置之间的时间差，然后根据两个位置之间的距离来计算流速和流量。
存在的问题及改进方法包括：
1. 流体参数变化导致测量误差：流体的温度、密度、压力等参数的变化会对声速产生影响，进而导致测量的流速和流量存在误差。
改进方法可以是加入温度传感器和压力传感器来实时监测和修正流体参数，从而提高测量精度。
2. 测量路径限制：时差法测量流量需要在流体中设置两个位置进行时差测量，这对于一些流体管道布局较为复杂的场合可能存在困难。
改进方法可以是设计合理的传感器布局，或者结合其他测量方法进行综合应用。
3. 测量精度受限：超声波传感器的精度会对测量结果产生影响，特别是在低流速下，精度更为重要。
改进方法可以是选用更高精度的传感器，提高信号采样频率，或者采用多个传感器进行平均测量来提高测量精度。
4. 流体中杂质的影响：流体中存在杂质、气泡等物质会对声波传播产生干扰，从而影响测量结果。
改进方法可以是引入滤波器或者消泡器进行处理，减小杂质的干扰。
总之，时差法测流量是一种常用的流量测量方法，但其精度受到多种因素的影响。
通过结合多种改进方法，可以提高时差法测流量的准确性和可靠性。
_时差法_超声波流量计的应用
在进行气体测量时,由于气体偏离(P= 101325Pa,t=20℃)标准状态,需要把气体换算成标准状态,以消除误差。
计算公式F b=101325×(273115+t)(101325+P)(273115+20)(9)式中 P——工作状态下的压力,Pa; t——工作状态下的温度,℃。
215 振动引起的误差仪表安装现场附近如果有压缩机等设备时会引起管道的振动。
由于振动引起的旋涡将加在一起,引起测量值比真实值偏高,振动越强偏高越大。
在安装时在仪表前后加装两个防振支柱,以减小振动的影响。
216 电磁干扰引起的误差电磁波对涡街流量计的干扰,主要来源于安装地点的电磁场,这种干扰较强时会出现无流量而计数,给测量带来误差使测量值偏大。
在距大型变配电站或仪表上部有电线时,时常发生。
当仪表上部有电线,而刮风时使电线抖动,仪表内部线路切割磁力线而产生感应现象使仪表发生误动作。
这种干扰可采用屏蔽线接地而解决,我厂自供煤气站安装一插入式涡街流量计,1998年7月份发现夜间停供煤气时,仪表有跳数现象。
原来在仪表安装现场有一高压电线与仪表电线平行,现场分析认为是高压线引起的电磁干扰,对仪表与传感器采用屏蔽电缆,仪表与传感器接地线采用同一接地点,以消除跨步电压,问题得以解决。
涡街流量计是一种新型流量计。
在工业现场会有各种因素影响仪表的准确度。
在实际应用中最好能进行现场标定。
若标定有误差应消除时,采用修正仪表K值的方法,最实际、最方便;在应用中合理选型,保证下限流速是关键所在;从日常维护出发选用插入式结构更便于经常清洗探头,以保证仪表的准确度;合理安装、消除电磁干扰和振动也是仪表正常使用的条件。
(收稿日期:1998-12-11)“时差法”超声波流量计的应用杨秀红 余国强(山西铝厂 河津 043300)摘 要 根据超声波流量计的现场安装和实际使用情况,对超声波流量计的计量原理、现场安装及其所具有的优点做了相应的介绍。
关键词 流量计 探头 流体 山西铝厂是生产氧化铝的大型企业,年设计能力为120万t。
时差法测量流量
时差法超声波流量计的原理和设计王润田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。
Dtn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e o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：山=切—0 = —;—- ;c — ¥ COS^ E + 厂cos^_ L 2 卩co$0一J-Qg%_ 2叫砒一/一护加&2VX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:7《宀—灯1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。
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时差法超声波流量计的原理和设计
王润田
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。
他们共同来完成超声波的发射、接受和时间差的测量等工作。
其他的外围单元主要是为了测量仪表的参数设定、测量数据的输出、显示和传送等功能，可参考相关资料，这里不作介绍。
图2 超声波流量计的电原理框图
4结语
时差法超声波流量计的换能器安装方式可以有多种。
常见的有外加式和管段式，也有介入式，比如家用煤气表一般可采用介入式。
无论何种安装方式其原理大同小异。
比如介入式就是取上面公式中的θ=0。
超声波波用于流体的测量还有其他几种基于不同原理的测量方法：多卜勒频移法、相位差法和相关法等等，各有优缺点，可根据不同的使用条件和计量精度等因素加以选取。
随着电子技术的迅速发展、超声波技术的普及以及产品成本的降低和可靠性的提高，我们相信，超声波流量仪表将成为流体计量中最为普遍采用的手段。
参考文献：。