超声波流量计的设计毕业设计论文

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基于超声波检测技术的流量计设计及应用研究

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。

超声波流量计设计论文

超声波流量计设计摘要：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。

然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。

本设计与传统的机械式流量仪表不同，它具有机械式仪表所不具备的优点，而且因其采用高精度时间测量芯片TDC-GP2进行时间测量，保证了测量的精度。

本设计采用时差法原理进行测量流体流速，进而计算出瞬时流量。

论文从流量计的发展历史和背景到超声波流量计的原理、特点以及国内外发展概况，详细地介绍了超声波流量计。

另外，论文又详细研究了时差法超声波流量计的理论知识，并在理论基础上研究了超声波流量计的硬件电路与软件部分，其中所用的高精度时间测量芯片TDC-GP2以及单片机STC89C58RD+是本设计的核心部分。

本设计成功实现了瞬时流量的测量与辅助功能的实现，有较广阔的研究前景。

Abstract:Ultrasonic flowmeter is the use of ultrasound in the propagation characteristics of the fluid to measure the flow measurement instrumentation. With its non-contactflow measurement, instrumentation cost essentially nothing to do with the measured pipe diameter size, high accuracy, wide measurement range, easy installation, simple operation testing their advantages are considered better large diameter flow measurement instruments, in electric power, petroleum, chemical especially water supply system has been widely used. However, since the ultrasonic flowmeter only in recent decades the emergence of a new type of instrument, there are many imperfections, such as high cost, lack of precision, etc., it is necessary to be improved and enhanced.The design with traditional mechanical flow meter are different, it has a mechanical instruments which do not have the advantages, but also because of its high-precision time measurement chip TDC-GP2 for time measurement, to ensure measurement accuracy. This design uses the principle of transit-time measurement of fluid flow, then calculate the instantaneous flow.Papers from the meter to the history and background of the development of the principle of ultrasonic flowmeter, characteristics and domestic development overview, detailed description of the ultrasonic flowmeter. Inaddition, the paper has a detailed study of transit-time ultrasonic flowmeter theoretical knowledge, and based on the theory of ultrasonic flowmeter hardware circuits and software components, which are used in high-precision time measurement chip TDC-GP2 and SCM STC89C58RD + is the design the core. This design successfully achieved instantaneous flow measurement and auxiliary functions are implemented, a more broad prospects.目录中文摘要英文摘要1.绪论1.1流量计的发展历史与现状概述1.2超声波流量计概述1.2.1超声波流量计国内外发展概况1.2.2超声波流量计的特点1.2.3超声波流量计的分类1.3本课题的主要研究内容2.时差法超声波流量计的理论研究2.1流量的基本概念2.2超声波换能器安装方式简介2.3时差法超声波流量计测量原理及影响测量的主要因素2.3.1时差法超声波流量计的测量原理2.3.2影响时差法超声波流量计测量精度的因素2.3.3改进型时差法超声波流量计原理及方案确定2.4本课题拟解决的关键问题3.时差法超声波流量计的硬件电路设计3.1高精度时间测量芯片TDC-GP2的介绍3.1.1测量范围介绍3.1.2脉冲发生器介绍3.1.3时间测量原理介绍3.2低功耗单片机STC介绍3.3超声波流量计的硬件电路解析3.3.1超声波流量计硬件电路框图3.3.2时间测量部分的核心TDC-GP2外围电路3.3.3核心控制部分-单片机STC89C58RD+硬件电路3.3.4流量测量控制电路3.3.5电源稳压部分的电路3.3.6 LCM显示模块的电路3.3.7蜂鸣器报警部分的电路3.3.8与PC机通讯接口部分的电路4.时差法超声波流量计的软件设计4.1单片机STC89C58RD+软件设计4.1.1软件设计思路4.1.2测量流程图参考文献致谢词附录1.绪论1.1流量计的发展历史与现状概述数千年前，人们为了适应水利和农业灌溉的需要，就已经开始关注流量测量的问题。

管道超声波气体流量计的设计与实现

煤矿在开采的过程中会伴随着瓦斯气体的泄露，当瓦
斯在空气中达到一定的浓度时就会出现爆炸的危险，为了保证矿井和作业面工人的安全，需要将泄露的瓦斯通过抽放管道排出，为了精确地统计瓦斯的排出量，需要安装高精度的气体流量计Ｉ２。目前流量检测技术主要有速度式流量计、容积式流量计、差压式流量计和热式流量计等，根据这些检测技术设计了涡街流量计、涡轮流量计、均速管流量计、孔板流量计、电磁流量计和超声波流量计等多
４０ｋＨｚ。
｝测量初始参数设置
啊稠
＋
■
Ｉ发送４ｏｋＨｚ驱动脉冲Ｉ
发射切换电路
超声波驱动电路
超声波换
能器ＴＩ／Ｔ２
●
启动ＴＤＣ．ＧＰ２２计时并等待０．５ｍｓ
ｉ
ＣＰＵ
接收切换电路方波产
超声波在静止气体中的传播速度为Ｃ，超声波顺流从传
播到的时间为ｔ，逆流从传播到的时间为ｔ：，则顺流和逆流的传播时间分别为：
２管道超声波气体流量计设计２．１管道超声波气体流量计硬件设计
基于图１所示的时差法超声波气体流量检测原理，设
收稿日期：２０１３—０４—１９
作者简介：李占平（１９７１一），男，河南巩义人，高级讲师，主要研究方向为电子技术与智能传感器。
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超声波流量计(信号处理)毕业论文[管理资料]

超声波流量计（信号处理）摘要：超声多普勒流量计主要用于污水类非纯净液体和混有固体颗粒的两相流的流量测量,其优点是:分辨率高,对流速变化响应快;对流体的压力、粘度和温度等因素不敏感。

但就当前测量水平来说,其精度及其它性能都有待于进一步提高,因此,超声多普勒流量计的研究无论是对于自动化测量技术的提高还是对于环保事业来说,都将是一项极有意义的研究课题。

本课题设计的超声多普勒流量计引入先进的数字信号处理技术,在频域上对多普勒信号进行有效的处理,主要处理技术是以快速傅里叶(FFT)变换为基础的周期图法和峰值逼近算法。

具体方法是首先对多普勒频移信号进行采样,再进行FFT变换,进而得到该信号的功率谱,在功率谱上应用峰值频率的逼近算法,加上适当的数字滤波技术,从而得到频移信号所对应的频率,在此基础上,根据多普勒效应原理,求取管道中流体流速及其它数据量。

以MATLAB 为分析工具对超声波多普勒流量计信号处理方法进研究,并对可行的数据处理组合方式效果进行分析,为该类流量计的软件设计提了新供的思路。

关键词：多普勒；流量计；FFT；峰值逼近；MATLABThe signal processing of ultrasonic flowmeterAbstract:Ultrasonic Doppler flowmeters are mainly applied to measure flux of sewage or other liquid with solid grain. They are of high resolving power ,and can respond quickly with the variety of ,they are insensitive to the pressure and temperature of now,technique in this field will be improved,so the task is significative not only to automatic measurement but to environment protection. Hardware and software of Ultrasonic Doppler flowmeters are designed in this signal processing is introduced to analyzed Doppler signal,for example ,FFT is used to convert Doppler signal from time domain to frequency domain,and then the algorithm of approaching peak value is put into this,filter software is in Doppler frequency shift is to Doppler effect,velocity and flux can be calculated. This paper investigates Ultrasonic Doppler flowmeter’s signal processing methods through the software of Matlaband analyzses the effects of possible combination of data-processing methods. Above all,the new ideas are provided for flowmeter’s software design.Key words: Doppler Flowmeter；FFT；Approaching peak value；MATLAB目录1 绪论 0超声波流量计简介 0多普勒超声波流量计的发展 (1)课题研究的意义 (1)2 多普勒超声波流量计测量原理 (3)多普勒效应 (3)多普勒超声波流量计的工作原理以及模型 (5)工作原理 (5)多普勒超声波流量计的测量模型 (6)超声波流量计的系统硬件实现 (6)系统硬件总体方案 (6)超声波流量计信号处理部分的电路介绍 (9)3 超声波流量计的信号处理 (13)超声波信号处理模块 (13)信号处理模块涉及到的理论知识 (13)快速傅里叶变换（FFT）原理 (13)低通滤波器 (17)采样频率的选取 (18)4 仿真实现 (20)仿真MATLAB软件的介绍 (20)基于MATLAB中对信号进行处理的流程 (22)对信号进行滤波 (23)基于MATLAB对信号进行FFT (25)找出相应的频偏值并计算出流体流速 (26)5 结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)附录 (31)1 绪论超声波流量计简介频率高出人耳可以听到的频率极限（大小超过20KHZ的频段）的弹性振动，这种振动通过波动的方式在介质中的传播过程就形成了超声波。

超声波流量计探头设计及测时误差修正论文

超声波流量计探头设计及测时误差修正摘要:利用超声波测量流体流量是超声波在工业检测中发展较早的应用技术之一。

性能较好的超声导波探头及其固定装置对于整个装置性能具有重要作用,本文主要对于超声波探头设计的各个方面进行探讨,最后还对于测时误差和修正方法进行分析,对于今后超声波流量计设计和使用具有一定作用。

关键词:超声波流量计探头设计材料选择误差修正0 引言超声导波探头是超声导波检测系统的重要组成部分,在利用超声导波技术对管道进行缺陷检测时,它与管道直接接触,用于在管道中激励和接收超声导波。

而激励接收导波的质量是能否利用超声导波技术进行流量测量的关键,可以说,超声导波探头的性能直接影响到整个检测系统的性能和可靠度。

此外,由于每个探头还需要一定的压力使其紧密地干耦合在管道表面,而使能量达到最大程度的传递,因此还需要一个探头固定装置来固定探头并且对探头施加压力[1,2]。

1 超声波探头导波探头的研制主要是利用现有探头的研制技术,结合管道这种检测对象的要求从以下几个方面着手:压电元件及其振动模式;合适的背衬材料及其配比;保护层的材料及其厚度;合理的外型设计。

本课题采用直探头,直探头也称平探头,可发射及接收纵波。

由压电晶片、阻尼块(吸收块)及保护膜组成。

1.1 压电元件压电元件是压电探头中的心脏部分。

压电元件为圆板性,两面有银质敷层,作为导电的极板,底面接地线,上面接导线引至电路上。

在压电元件上施加以外电场,在压电元件的某个方向就会产生振动,这种振动藕合到构件上,压电探头就会在构件中激励出某种应力波。

本章所研制的超声导波探头同样是基于这种性质在管道中激励和接收超声导波。

采用镐钛酸铅压电陶瓷作为压电材料,镐钛酸铅压电陶瓷简称pzt,它是pbtio3和pbzro3固溶体为基的组成物,在较大的温度范围内性能都比较稳定,作为换能器材料,其压电效应非常显著,具有高的机电耦合系数和压电应变常数、弹性常数和压电常数。

其中的pzt5系列在低功率情况下,共振状态和非共振状态都可使用,适于制作收发两用探头。

超声波流量计方案

超声波流量计方案引言超声波流量计是一种用于测量液体或气体流量的设备。

它利用超声波的传播速度与流体流过的时间来计算流量值。

这篇文档将介绍超声波流量计的工作原理、测量精度、应用领域以及一种基于Arduino的超声波流量计的具体实现方案。

超声波流量计的工作原理超声波流量计利用超声波在流体中传播的特性来测量流量值。

其工作原理基于多普勒效应和时差测量。

多普勒效应：当超声波发射器发射出的声波与流体中粒子相互作用，粒子的速度会引起声波频率的变化。

通过测量接收到的声波频率与发射的声波频率的差异，可以计算出流体的流速。

时差测量：超声波流量计通过在流体中传播的超声波的时间差来测量流体的流速。

设定两个超声波传感器，一个作为发射器，另一个作为接收器。

当超声波发射器发出声波时，它会被流体中的粒子反射回来，被接收器接收。

通过测量发射和接收之间的时间差，可以计算出流体的流速。

超声波流量计的测量精度超声波流量计具有较高的测量精度。

其测量精度受到多个因素的影响，包括超声波传感器的精度、信号处理电路的噪声、流体的性质等。

通常情况下，超声波流量计的测量精度可以达到±1%。

超声波流量计的应用领域超声波流量计广泛应用于各个工业领域，包括化工、石油、食品加工、水处理等。

它在液体流量测量和气体流量测量方面都具有广泛的应用。

超声波流量计的优势包括：•非侵入性测量：超声波流量计可以直接测量流体流量，无需对流体进行任何干扰或阻碍。

•高精度：超声波流量计能够提供较高的测量精度。

•宽测量范围：超声波流量计可以适用于各种流体，包括液体和气体，并具有较宽的测量范围。

基于Arduino的超声波流量计方案基于Arduino的超声波流量计可以实现低成本、简单易用的流量测量方案。

以下是基于Arduino的超声波流量计的具体实现方案：所需材料和组件•Arduino开发板•超声波传感器模块•LCD显示屏模块•蜂鸣器•连接线连接电路1.将超声波传感器模块的VCC引脚连接到Arduino的5V引脚。

时差法超声波流量计设计毕业论文

时差法超声波流量计设计毕业论文第一章绪论1.1 流量计的发展概述自古以来测量都是人类文明的一种标志，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。

早在公元前1000年埃及人就开始利用堰法测量尼罗河的流量来预报年成的好坏，古罗马人则在修渠饮水中采用孔板测量流量。

1738年，瑞士人丹尼尔·伯努利以伯努利方程为依据，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究成果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的使用装置；1911~1912年，美籍匈牙利人卡门提出卡门涡街的新理论；30年代,又出现了探讨用声波测量液体和气体的流速的方法，但到第二次世界大战为止未获很大进展。

第二次世界大战后，随着国际经济和科学技术的迅速发展，流量计量日益受到重视，流量仪表随之迅速发展起来，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。

目前国外投入使用的流量计有100多种，国定型投产的也有近50种。

随着工业生产的自动化，管道化的发展，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大。

据国外资料表明，在不同的工业部门中所使用的流量仪表占整个仪表总数的15-30％。

但是，由于流量测量技术的复杂化，以及科学技术的迅速发展向流量计量提出更新更高的要求，流量计量的现况远不能满足生产的需要，还有大量的流量计量技术问题有待进一步研究解决。

目前主要存在如下问题：流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能满足生产要求，特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等，有待发展有效的测量手段。

我国开展近代流量测量的技术比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口，直到20世纪30年代中期才出现光华精密机械厂所制造的家用水表，五十年代初有了新城仪表厂所开发的文丘里管差压流量计，60年代涡轮、电磁流量计的生产。

基于相关法的高精度超声波流量计的设计

ＡｂｓｒｃＵｌｒｓｎｃｌｏｔａｔ：ｔａｏｉｆｗｍｅｅｂａｅｔｒｓｄｏｃｒｅａｉｎｌｏｉｈｎｏｒｌｔｏａｇｒｔｍｍａｅｕｌｓｏｉｆｒａｉｎｆｔｅｌｒｓｎｃｉｎａ，ｋｆｌｕｅｆｎｏｍｔｏｏｈｕｔａｏｉｓｇｌ
达到了纳秒级的精度
关键词：声波流量计：关法：配置脉冲；拟电路超相可模
中图分类号：Ｈ８４Ｔ１
文ｌｒｓｎｉｏｓｇｏｔａｏｃＦｌｗｍｅｅｔｇＰｒｃｓｏｓｄｏＣｏｒｌｔｏｇ－ｔｒｗｉｈＨｉｈｅｉｉｎＢａｅｎｒｅａｉｎＡｌｏ
ｔｅｏｐｅａｉｎｆＳｉｍｅｓｏｐｏａｅｅｈｌｇｈｃｏｒｔｏｏｅｎｃｒｒｔｔｃｎｏｏｙ，ｗｈｃｕｅａｉｈｓｓＤＳＰａｔｅｉｉｌｏｅｏｎｌｍｅｔｈｃｒｅａｉｎｓｈｄｇｔｃｒｔｉｐｅｎｔｅｏｌｔｏａａｇｒｔｍａｈｇｓｅｌｏｉｈｔｉｈｐｅｄ．Ｗｉｈｎｅｃｓａｙｎｌｇｃｅｔｏｒｃｎｇｒｂｅｉｎａｄｓｍｐｉｇ，ｔｓｓｅｒａｈｅｒ — ｔｅｅｓｒａａｏｕｒｕｉｆｏｆｕａｌｓｇｌａｎａｌｎｉｈｅｙｔｍｅｃｓｐｅｃｓｏｆｎａｓｃｎｆｒｐｉｌｎｅｉｉｎｏｎｏｅｏｄｏｐｉｗｉｈｍａｌａｉｅｎｌｗｆｏｒｔ．ｔｓｌｃｌｂｒａｄｏｌｗａｅＫｅｏｄｕｔａｏｉｏｙｗｒｓ：ｌｒｓｎｃｆｗｍｅｅ；ｏｒｌｔｏａｇｒｔｍ；ｏｉｕｒｂｌｉｎｌａａｏｒｕｉｌｔｒｃｒｅａｉｎｌｏｉｈｃｎｆｇａｅｓｇａ；ｎｌｇｃｕｃｔ

基于TMS320F240的超声波流量计设计

一
图１多普勒ＺＺ效应示意图
１超声波多普勒流量计的设计原理
超声波多普勒流量计的测量原理是以物理学中的多普
超声波束与管轴线夹角；
Ｃ一流体中声速。
固体粒子又将超声波束散射给接收器，由于它以Ｕｃｓｏａ的勒效应为基础的。根据声学多普勒效应，当声源和观察者之速度离开接收器，所以接收器收到的超声波频率，为：３间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所
测量精度。
关键字：声波；超多普勒；快速傅立叶变换
中图分类号：Ｈ１Ｔ８文献标识码：Ａ文章编号：６２— ６ｘ（０８００２０１７４４２０）２— ００— ３
ＴｈｓｇｆＵｌｒｓｎｃＤｏｐｌｒＦｌｗｍｅｅｓｄｏｅＤｅｉｎｏｔａｏｉｐｅｏｔｒＢａｅｎＴＭＳ２Ｆ２０３０４
流体的流速。
超声波流量计作为一种新型的非接触式流量计，不仅安装方便，测试操作简单，修便捷，维而且由于是非接触测量，不会象传统流量计那样影响被测流体流速。采用多普勒法的超声波流量计，仅可以进行两相流的测量，不而且分辨率如图１，示当超声波束在管轴线上遇到一颗固体粒子，高，对流速变化响应快，对流体的压力、粘度和温度等因素不该粒子以速度ｕ沿管轴线运动。对超声波发射器而言，该粒敏感，由于精度较低，应用受到很大影响。若采用子以速度ＵＣ离去，以粒子收到的超声波频率，但其ＳＯａ所２为：ＤＰ处理器作为超声波多普勒流量计的核心测量控制器，Ｓ辅，＝１＋２，（）ｆ（一ＵＣＳ）＝１ＯＯ１以数字信号处理技术，可使超声波多普勒流量计的测量精度得到大幅度的提高。式中，一发射超声波的频率；。

基于单片机的超声波流量计

基于单片机的超声波流量计基于单片机的超声波流量计的设计摘要：超生波的流量检测是根据超声波在流动的流体中传播的过程中会载有流体的流速信息这一原理，通过简便、可靠的信号处理方法，把这个流速信息转换成流量信息。

本文详细介绍了超声波流量检测技术的基本原理和实现方法，在借鉴和吸收国内外先进的超声波流量检测技术的基础上，设计出了完整的系统硬件，并且给出了系统软件的设计思想。

超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被水利、电力、冶金、选矿、选煤等部门广泛应用,经常需要精确计量和控制液体的流速和流量。

测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表，它是工业测量中重要的仪表之一。

超声波流量计与以往传统的流量计相比，具有很多优点，是一种非常理想的节能型流量计。

目前应用较多的超声波流量计测量方法主要有时差法、多普勒效应法、相关法、噪声法、波束偏移法等，其中时差法应用最为普遍。

本设计以单片机AT89S51为主控芯片，通过对超声波的深入研究，利用时差法实现了对流量的测量，另外本设计通过对系统软硬件的合理设计，提高了系统的精度及系统稳定性。

关键字：单片机，AT89S51，超声波，流量计，时差法Ultrasonic flow meter based on the design of single chip Abstract：The ultrasonic flow measurement technology’s operating theory is that when ultrasonic pass the liquid, it carries out the signal reflecting the liquid’s flow velocity, and then, the signal will be used to compute the flow. The paper introduces basic principle and realizing method of the ultrasonic flow measurement technology. On basis of absorbing and referring to the domestic and foreign advanced ultrasonic flow measurement technology, the system hardware is designed and the idea of the system software is given.Ultrasonic flow meter has been widely used in waterworks, electricity, metallurgy and mineral processing in virtue of its many advantages, such as non-contact, wide measurement scope, convenience of installation, especially acceptable for measurement of large flow and flow in dangerous environment. It often requires precise measurement and control of liquid flow rate and flow. Measurement of fluid flow meter or instrument referred to as flow meter, which is an important instrument of industrial measurement one. Ultrasonic flow meter, compared with previous conventional flow meter has many advantages, is an ideal energy-saving flow meter.Application of more current measurement ultrasonic flow meter are time difference, the Doppler effect method, correlation, noise method, the beam offset law, including the most common application of time difference. The design for the main chip microcontroller AT89S51, through in-depth study of ultrasound, the use of transit-time flow measurement realized, while the design of the system through the rational design of hardware and software to improve the system accuracy and system stability.Keywords: microcontroller, AT89S51, ultrasonic, flow meter, transit-timeI目录1 绪论 01.1选题依据及研究意义 01.2超声波的概述 (1)超声波的相关概念 (1)超声波的研究发展和应用 (1)1.3 流量计概述 (2)流量的定义 (2)超声波流量计的原理与分类 (2)1.3.3 流量的测量仪器 (5)1.3.4 流量计的发展现状 (6)1.4本设计的设计目标及研究内容 (8)2 超声波流量计的总体设计 (9)2.1 传感器概述及其特性 (9)2.2 超声波换能器概述 (9)2.2.1 超声波换能器能量转换原理 (9)2.2.2 超声波换能器的简介及主要性能指标 (10)2.3 超声波换能器的选择及设计 (11)2.3.1 超声波换能器的主要参数 (11)2.3.2 超声波换能器的安装方式及选择 (12)2.4 流量计总体设计框图 (13)3 超声波流量计硬件设计 (14)3.1 单片机系统 (14)单片机的选择 (14)AT89S51单片机简介 (15)3.2 显示电路的设计 (17)LED显示器的结构和原理 (17)共阴极LED结构及显示原理 (18)II3.3 按键调节电路的设计 (20)3.4 超声波收发电路的设计 (22)超声波发射电路的设计 (22)超声波接收电路的设计 (24)3.5 电源电路的设计 (24)3.6报警电路设计 (25)4 系统软件程序设计 (25)4.1 软件设计概述 (25)4.2 编程语言的选用 (26)4.3 主要功能函数的实现 (27)主函数main (27)超声波时差读取函数 (27)显示函数 (28)按键处理函数 (29)4.4 系统流程图 (30)5 系统仿真 (33)结论 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附件一：超声波流量计的程序 (39)附件二系统总原理图 (46)III1 绪论1.1选题依据及研究意义流量计量是计量科学技术的组成部分之一，它与国民经济、国防建设、科学研究有密切的关系。

超声波流量计在天然气计量中应用论文

超声波流量计在天然气计量中的应用【摘要】通过对超声波流量计的结构、工作原理的分析，阐述了流量计的计量精度优势和使用特点，结合现场使用的对比和使用经验，得出结论，分析了使用前景。

【关键词】超声波流量计；推广；应用随着石油工业的飞速发展以及国际贸易的不断增多，对天然气流量测量的准确性和可靠性要求越来越高，各类贸易交接场所迫切需要能够满足大流量、高压力下天然气精确计量要求的流量计，同时随着自动化水平的不断提高，天然气管输集中调度系统（scada）也需要能够满足站控计算要求的高精度流量计，同时能够稳定运行，减少日常维护工作量。

在此情况下我国已经开始广泛采用气体超声流量计用于天然气的贸易或计量交接。

目前山东天然气管网在重要的转输站就采用了多台美国产的daniel3400高级超声波流量计。

通过与用户的涡街流量计以及涡轮流量计进行对比，反映准确度高，效果非常好。

由于超声波流量计是一种非接触型测量仪表，同时它的测量精度主要取决于超声波的时间和速度，因此它是继孔板流量计和涡轮流量计之后的一种较理想的精度流量计。

具有无压损、量程范围较宽、双向测量有相同准确度、可以测量脉动流、智能化等其它流量计所不及的优点，在发达国家得到了广泛的推广应用。

本文主要从超声波流量计的结构、工作原理和现场使用效果来探讨其计量性能。

1.daniel高级超声波流量计的特点和技术规范1.1高精度：精确度优于±0.5%,重复性优于±0.2%。

1.2专用于贸易交接。

1.3多通道可检测流体的多个剖面。

1.4多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道替补技术使流量计在某一声道故障的情况下，仍能基本正常工作。

1.5精确的设计和在加工制造过程中的质量控制。

1.6声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的。

1.7特别适用于高压气体,一般最低工作压力为4～5 bar。

1.8常见流量计的直径, 150mm - 600mm (6”-36”)。

1.9最高压力可达ansi #2500(约42mpa)。

时差法超声波流量计论文

南开大学滨海学院本科生毕业论文中文题目：超声波流量计的设计英文题目：The design of ultrasonic flowmeter学号： *********名：***年级： 2008级专业：电子信息科学与技术系别：电子科学系指导教师：***完成日期： 2012年5月南开大学滨海学院毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，题目《超声波流量计的设计》是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。

除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

本人完全意识到本声明的法律结果。

毕业论文作者签名：郑尚博2012年5月2日超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表，目的是解决一些测量困难的问题。

意义是使流量仪表更能适应工业现场的环境，计量更方便、经济、准确，而且本身不容易损坏，功耗低，可靠性高。

此类产品为国内外先进水平，可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

基于难度和可实现性因素的考虑，本论文选用传播时差法为研究课题，在综合吸收国内外先进的超声波流量测量技术的基础上，完成了以下一些主要工作：①超声波时差法测流量原理研究，针对超声波流量计测量精度容易受温度影响的问题，利用改进型算法避免温度对测量精度的影响；②超声波在流体中传播特性的分析、超声波流量计流体力学分析及流量修正；③设计系统的控制测量电路，包括超声波发射电路、超声波接收电路、信号整形电路及系统控制电路等，并根据仪器本身实际情况和现场环境研究适合于的硬件抗干扰技术；④设计相应的计算机软件对仪器进行控制和对数据进行运算处理，在软件上采取适宜的抗干扰措施，进一步增强仪器的运行稳定性；⑤以超声波时差检测的实验为整个实验研究工作的重点，针对现有实验条件进行了实验研究并给出了实验数据和结果分析。

关键词：超声波流量计；时差法；传播时间Ultrasonic flowmeter is through the test fluid flow of the ultrasonic bunch of (or ultrasonic pulse) role to measure flow of meter, the purpose is to solve some difficult problems of measurement. Meaning is that flow meters will be able to adapt the industrial field environment, more convenient, economy, measurement accuracy, and itself does not damage easily, low power consumption, high reliability. Such products for the domestic and international advanced level, and can be widely used in petroleum, chemical industry, metallurgy, electric power, water supply and drainage, etc.Based on the difficulty and practical reasons, this thesis chooses spread the method of time difference for research subject, the comprehensive absorbs the domestic and foreign advanced ultrasonic flow measurement technology, and on the basis of the following some main work completed:(1) Ultrasonic approach to measure time flow theory research, this paper ultrasonic flowmeter measurement accuracy easy effected by temperature problems, using the improved algorithm avoids the influence of temperature on measuring accuracy;(2) The ultrasound in fluid in the analysis of the propagation characteristics of ultrasonic flowmeter, fluid mechanics analysis and flow correction;(3) Design system control measurement circuits, including ultrasound circuit, ultrasonic receiving circuit, signal plastic circuit and control circuit system, and based on the instrument itself actual conditions and the environmental research suitable for hardware anti-interference technology;(4) The appropriate design of computer software to the instrument to control and the data processing operations, taking suitable on software anti-interference measures, further strengthen the operation stability of the instrument;(5) The time difference in ultrasonic testing experiment for the whole experiment research focus, in view of the existing conditions of the experimental and the experimental data and results.Key words: Ultrasonic Flowmeter；Time Difference Method；Travel Time摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国内外发展现状及应用 (1)1.3 本文主要研究内容 (2)第二章时差法超声波流量计概述 (3)2.1 流量的基本概念 (3)2.2 超声波技术概述 (3)2.3 时差法超声波流量计的基本原理 (5)第三章时差法超声波流量计系统原理 (7)3.1 系统的构成和原理 (7)3.2 结构框图 (8)第四章时差法超声波流量计硬件设计 (10)4.1 超声波发射/接收电路 (10)4.2 采样保持电路 (11)4.3 电压比较电路 (11)4.4切换控制电路 (12)4.5 信号采集及控制电路 (13)4.6 信号处理及人机接口电路 (14)第五章时差法超声波流量计的软件设计 (19)5.1 主单片机软件设计 (19)5.2 从单片机部分软件设计 (20)5.3 单片机软件抗干扰措施 (21)第六章系统误差分析及实验结果 (22)6.1 系统误差分析 (22)6.2 实验研究 (22)附录 (25)参考文献 (27)致谢 (28)第一章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景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[1]。

基于单片机的超声波流量计毕业论文[管理资料]

毕业设计说明书基于单片机的超声波流量计摘要测量流体流量的仪表统称为流量计或流量表，流量计是工业测量中重要的仪表之一。

超声波流量计与以往传统的流量计相比，具有很多优点，是一种非常理想的节能型流量计。

本设计在查阅大量文献资料的基础上，选择了时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究。

主要进行了以下的详细研究：1.研究了时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中传播特性及超声波换能器的特性及安装选择进行了深入研究；2.在测量精度的提高方面，讨论并采用了超声波时差测量的新方法—多脉冲测量法。

3.对流量计的硬件电路及软件编程进行了详细的设计分析关键词：超声波流量计；单片机；超声波换能器；时差法；多脉冲声循环法The ultrasonic flowmeter based on Monolithic integrated circuitAbstractThe appliance to measure the rate of fluid flow is generally called flowmeter or flow indicator and is an important appliance in industrial measurements. Compared with traditional flowmeter, the ultrasonic flowmeter has many advantages.This design based on mass research of data and finally took the travel-time-difference method ultrasonic flowmeter as the object of study and made deep theoretical research of how to improve the accuracy, stability and reliability of the system.1. Studies on the measurement principles of travel-time-difference method ultrasonic flowmeter were made. The dissemination features of ultrasonic wave in fluid and the features of Ultrasonic wave transducer and the choice of different methods of installation.2.From the aspect of the enhancement of measure accuracy, it discussed the new method of travel-time-difference---multi-beams measurements and further put it into application.3. Detailed design and analysis of the hardware circuit and software programming of the flowmeter were made.Key words: ultrasonic flowmeter；Monolithic integrated circuit；ultrasonic transducer；travel-time-difference method；multi-beams Sound cyclic method目录摘要 (II)Abstract (III)第一章概述 (1)超声的相关概念 (1)超声的相关概念 (1)超声的研究发展和应用 (1)流量计的发展历史及现状 (2)流量计的分类及特点 (3)超声波流量计概述 (3)超声波流量计的发展及现状 (3)超声波流量计的特点 (3)超声波流量计两种主要测量原理及对比 (4)第二章超声波流量计的总体设计 (5)超声波换能器概述 (5)超声波换能器能量转换原理 (5)超声波换能器的类型及主要性能指标 (5)超声波换能器的选择及设计 (7)超声波换能器的主要参数 (7)超声波换能器的选择 (8)超声波换能器的安装方式及选择 (8)时差法测量原理及影响测量的主要因素 (9)Z型安装方式时差法测流量的测量原理 (9)影响测量的主要因素 (11)V型安装方式时差法原理介绍 (11)多脉冲测量原理 (12)第三章超声波流量计一次仪表部分硬件设计 (15)超声波发射电路的选择与设计 (15)超声波接收信号调理电路选择与设计 (16)一级放大电路 (16)带通滤波电路 (17)二级放大电路 (18)第四章超声波流量计二次仪表部分硬件设计 (19)系统工作原理概述 (19)芯片资料 (20)总线收发器74LS245 (20)计数器74S196 (21)4040CMOS12级二进制计数分频器 (22)AT89C51 (23)超声波顺流逆流发射接收控制电路 (25)计数电路原理概述 (26)从单片机的作用及选择 (27)主单片机的作用及选择 (28)显示电路 (28)LED显示器的结构和原理 (28)共阴极LED结构及静态显示原理 (28)键盘电路 (30)看门狗电路 (31)主单片机与从单片机的通信接口 (32)主从单片机通信的作用 (32)主从单片机的连接方法 (32)第五章系统软件设计 (34)软件系统结构总述 (34)主单片机软件设计 (34)从单片机软件设计 (35)从单片机的软件流程图 (35)主从单片机数据发送子程序流程 (36)键盘子程序 (37)键盘行列扫描主程序流程图 (37)键盘扫描子程序流程图 (38)按键预处理子程序流程图 (39)按键处理子程序流程图 (39)超声波换能器发射接收切换控制流程图 (41)设计程序仿真调试过程 (41)结论 (43)参考文献 (44)附录A (46)附录B (47)致谢 (62)第一章概述1.1 超声的相关概念1.1.1超声的相关概念我们生活的世界充满了各种声信号，人们可听到的声音频率为20Hz一20KHz，即为可听声波，超出次频率范围的声音，即20Hz以下的声音称为低频声波；频率高于人类听觉上限频率(约20KHz)的声波，称为超声波，或称超声。

超声波流量计系统的设计

超声波流量计系统的设计樊伟佳（陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业,2012级1班，陕西汉中 723004）指导教师：秦伟[摘要]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，并且以其非接触式的测量、高精度等特点在工业生产、医药、水资源等领域有着广泛的应用。

本设计利用时差法超声波流量计原理，针对超声波流量计测量精度容易受温度影响的问题，利用改进型算法避免温度对测量精度的影响。

设计系统时选择了一些基本电路设计了以下电路：超声波发射电路，超声波接收电路，LED显示电路，主从单片机电路，电源电路以及存储电路等，成功实现了瞬时流量的测量与辅助功能的实现，总的来说，本次设计的超声波流量计具有精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等特点。

另外，本次设计的超声波流量计适用于管道和明渠流量测量,适合测量的流体：水或其它杂质较少的液体,管径或明渠宽度：0.3～20m,流速：0.1～12m/s。

[关键词]超声波流量计；单片机；时差法；The Design of Ultrasonic Flow Meter SystemFan Weijia(Grade 04,Class 1,Major electronics and information engineering，Electronics and information engineering Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Qin Wei[Abstract]: Ultrasonic flowmeter is the use of ultrasonic wave propagation characteristics in the fluid to measure the flow rate measuring instruments, and its non-contact measurement, high accuracy and other characteristics in industrial production, medicine, water and other fields have a wide range of applications. This design uses the principle of transit-time ultrasonic flowmeter, ultrasonic flowmeter for measurement accuracy easily affected by temperature problems using the improved algorithm to avoid the effect of temperature on the measurement accuracy. Design system selected some basic circuit design of the following circuits: ultrasonic transmitter circuit ultrasonic receiver circuit, LED display circuit, master-slave microcontroller circuit, power circuit and a memory circuit, successfully realized its measurement and accessibility of instantaneous flow, Overall, this design ultrasonic flowmeter has high accuracy, wide measuring range, easy installation, simple test operation. In addition, this ultrasonic flowmeter design suitable for pipes and open channel flow measurement, suitable for measuring fluid: water or other impurities, less liquid, open channel diameter or width: 0.3 ~ 20m, flow rate: 0.1 ~ 12m / s.[Key words]:Ultrasonic flowmeter; single chip microcomputer; time difference method;目录1引言 (4)1.1选题的目的及研究意义 (4)1.2国内外研究现状 (4)1.3论文研究的主要内容 (5)2 设计方案及工作原理 (7)2.1方案一 (7)2.1.1多普勒超声波流量计 (7)2.2方案二 (8)2.1.2 传统时差法 (8)2.1.3 改进时差法的原理和优点 (9)2.3方案确定 (9)3 时差法超声波流量计的总体设计 (10)3.1超声波换能器的结构及原理 (10)3.2超声波换能器安装方式简介 (10)3.3时差法超声波流量计测量原理及影响测量的主要因素 (11)4 时差法超声波流量计的硬件电路设计 (14)4.1整体硬件系统设计框图 (14)4.2超声波发射电路设计 (14)4.3超声波接收电路设计 (15)4.4超声波顺逆流发射和接收控制电路设计 (17)4.5计数电路的设计 (17)4.6LCD12864显示电路设计 (18)4.7参数输入电路设计 (19)4.8主从单片机之间的电路设计 (20)4.8.1 单片机的选择 (20)4.9电源电路 (21)4.10存储电路 (22)5 系统软件设计 (24)5.1主单片机软件设计 (24)5.2从单片机程序设计 (24)5.3主从单片机之间总体设计 (25)5.4INT0中断服务子程序设计 (26)5.5键盘子程序 (26)5.5.1键盘扫描主程序流程图 (26)5.5.2按键预处理子程序流程图： (27)5.5.3 键值处理子程序流程图 (28)5.6超声波换能器收发射电路控制子程序设计 (29)6 系统误差分析 (31)6.1数据结果 (31)6.2误差产生因素 (31)6.2.1 管径 (31)6.2.2 声束进入流体介质的折射角 (31)6.2.3 传播延时 (31)6.2.4 流体的纯净度 (32)6.2.5 系统硬件的性能 (32)7 系统软件的仿真和调试 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附件一：电路图 (36)附件二：主单片机程序 (37)1引言1.1 选题的目的及研究意义由于目前国内还有大部分的液体流量计是用传统的接触式测量法，但是接触式流量流速测量具有十分明显及普遍的缺点：受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响十分大，并且难以检测到强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质流量的测量，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，这是因为传统接触式流量计会随着测量管径的增大会带来制造和运输上的十分困难，关键是造价的提高、使用能量损耗加大、安装维护困难等等因素使得厂家们与顾客急于寻找一种新的流量测量方法来减少种种环境或材料等因素对测量的影响。

超声波流量测试技术现状与展望

超声波流量测试技术现状与展望摘要：超声波流量计是一种非接触流量计，因此有着别的流量计所不具备的优势，具体运用到液体流量的测量中，不会改变流体的流态。

本文通过介绍超声波流量计的运用场合、发展历程、原理、分类以及发展现状，对将来的发展做出展望。

近年来，正是它优于其他类型流量计而获得了很大的发展空间，未来它通过跟计算机及相应软件之间的不断融合，未来的超声波流量计会获得更好的发展。

关键词：超声波流量计；原理；分类；现状；展望1 前言流量是工业生产过程检测控制中的一个很重要的参数, 在石油、化工、水电等部门, 对液态流体流量的检测已成为生产中不可缺少的组成部分。

要准确地检测流量就要依赖于有效的测试工具——流量计,它是利用超声波在液体中传播时所载流体流速的信息来实现流量的测量的仪器，具有非接触、高灵敏度的特点，不破坏原来流量的流场。

它由超声波换能器、电子转换线路、流量显示累积系统3部分组成。

超声波流量计以其结构简单、压力损失小、使用方便等独特优点得到了广泛的应用。

[1]超声波原理用于流量测量，早期出现在航空煤油的测量或作为精密医疗仪器用于对人体血管流量的测量，性能优越但造价昂贵。

近年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的快速发展，成本随之降低，应用领域业已涉及水利、电力、冶金等行业，其优越的性价比正日趋成为流量测量的首选仪表之一。

[2]2 超声波流量测试技术综述2.1 超声波流量计特点超声波流量计基于微处理技术，大多采用集成电路及低电压宽脉冲发射技术而设计的。

在测量技术上，为取得更高的分辨率和更大的测量范围，多使用0.1ns 超高分辨率时间测量线路。

它专门用于液体介质测量特别是水的测量。

其显著特点是：精度等级为±1.0%，可在不停产状态下带压安装，主机既可安装于值控室还可输出电流、脉冲等标准信号并可利用RS232或RS485接口通讯进行计量数据远程传送。

[3]由于超声波在流动的流体中传播时可以载上流体流速的信息, 因此我们可以通过对接收到的超声波信号进行处理, 得到相应的流体流速。

毕业设计外文翻译：流量计—超声波流量计

流量计- 超声波流量计多普勒和时差法超声波量计，已经广泛地用于液体的流量测量。

个别出色的公司现在正在为气体流量测量和天然气计量中采用超声波流量计。

我们想要解释的是，因为超声波流量计的生产和应用的有着非常高的可靠性和准确性。

所以超声波流量计它们更加适用于液体流量的测量，特别是时差法。

重要的是要知道这二种技术应用的特点和他们应该应用于哪个领域。

我们的超声波流量计发展到今天,已经经过了许多的科技进步, 尤其在电子和电路发展使计算机更快速地运算数据。

现在更多更新的处理器被用于时差流量计。

现在设计上可以达到15小时的电池电池续航能力和在瞬时获取流量数据。

,这已经极大地减轻了流量调查公司的工作量和增加的客户对超声波流量计的信心。

调查公司现在通过测量能得到的量要远比以往多的多。

最近我们公司流程调查单位报告能够用液体流程率做成超过35个不定时查核结果。

时差法和多普勒超声波流量计使用探测钳连接在感应器上，而且能辨别流量从管的外面有没有停止过测量管内流量。

因此我们能够确定我们的新旧泵是否正在运作。

所以这些类型的技术应用是多种的和实用的，检查和实时收集数据。

如果我们的长期应用的设备不正确的安装，则检测器将不能满足系统需要, 或在流量计是否探测哪里没有流量计或者其他的流量计使安装的它不适用的地方。

超声波流量计能测量的: , 水，废物水，碳化氢液体，有机的或者无机的化学药品，牛奶，啤酒, 润滑油。

基本的满足的根据是液体超音波传导特性，而且有适度成形的流量。

探测器没有与流体经过管任何接触,从而液体的腐蚀效果将不影响感应器的工作和电子信号反映在超声波流量计上。

在附加Eesiflo（公司名称）探测器的超声波流量计上单一化安装的情形中是更加适合维护，停工时间和初装费用将要被更好的控制。

这流量计是否是一手提式的或者固定安装的单位, 在使用它方面有一些利益, 像是对在一个开阔区的程序化工厂各处，在一些位置中存在测量的已经安装的流量计或某种多余测量。

电磁超声流量计仿真与设计---会议论文

电磁超声流量计仿真与设计[摘要]：本文设计一种电磁流量计和超声流量计相结合的复合式流量计。

此种新型流量计可对不同种类的液体有针对性的进行计量，发挥各自单独优势，提高计量数据准确性，并且可以使用超声波流量计定期对电磁流量计进行校准，实现流量计的自校准。

采用FLUNT 仿真软件，研究换能器对电磁流量计电极附近流场的影响，计算电极垂直截面处流体的平均流速以及流场稳定性，确定换能器最佳安装位置。

仿真结果表明，两个换能器之间的垂直距离在80mm 时，电极截面附近平均流速与入口给定流速相近，并且流场稳定，无漩涡存在，为实际管道加工提供理论依据。

[关键词]：[中图分类号]：TB937 Abstract: Key Words:1. 前言电磁流量计由于其压损小、量程范围宽、精度高并且可测量各种浆液等优点，已被广泛地使用在工业工程中一些导电液体的流量测量，大口径电磁流量计被应用于城市自来水供应、污水排放等关系到国计民生、贸易结算等流量计量领域[1]。

电磁流量计流量量值通常在制造厂经过流量标准装置实流校准，然而在现场流动和使用条件偏离实流校准时的参比工作条件，或者是贸易交接计量需要短期内需要进行周期检定，以及不容许停役管线离线校准的场所，需要对流量计进行在线校准[2]，以确保计量数值准确可靠。

流量仪表在线校准是在现场将流经待校准仪表的流体临时接入流量标准装置或是标准计量器具进行比较。

电磁流量计电极和超声流量计换能器安装在同一段测量管上，可实现电磁流量计的在线自校准。

2. 流量计管道模型建立电磁流量计安装时，电极与励磁线圈在空间上相互垂直。

超声波换能器与电磁流量计共用同一段管体，若换能器与励磁线圈安装在同一截面，由于励磁线圈体积过大，必然导致安装不便，所以考虑换能器与电极安装在同一截面上，换能器分布于电极两侧，以Z 型进行安装。

电磁流量计是通过检测管道内流体的平均流速来求得流量。

此处平均流速，是指管道垂直截面上的平均流速。

基于超声波传感器的水流量计的设计毕业设计论文

学士学位论文基于超声波传感器的水流量计的设计摘要目前，我国家庭用水的计量多采用机械旋翼式水表，这种水表存在精度低等缺点。

本文设计了一种基于超声波技术的适合家用的水流量计，具有精度高、操作简单、低成本等优点。

本设计的主要工作有两个方面：一是硬件设计，二是软件设计。

硬件设计系统选用了高精度时间间隔测量芯片TDC-GP2用于时间测量，以及控制发射脉冲，以超低功耗的MSP430F427单片机作为系统的核心，用于控制及计算处理。

结合超声流量计阀值比较模型和超声波信号过零点不受其电压幅度变化影响的优点，提出了过零阀值比较模型，阀值比较模型可以有效去除接收换能器接收到超声波信号之前的干扰信号，而超声波过零点不随其电压幅度变化而变化，结合两者的优点可以有效抑制静态时间差变化很大的范围。

同时设计了脉冲计数电路，消除了部分干扰。

采用GP2通过芯片，与传统的高速计数器相比，具有极高的精度，并可以在1MHz的频率下完成电路，避免了高频电路的干扰等复杂问题，有效提高流量计测量精度和稳定性。

在设计软件时，为提高时间测量精度，消除干扰，设置了有效时间区间，无效时间，减少了干扰的影响。

为降低功耗，间断性关断放大器电源，节省了电池电量，延长了更换电池的周期。

关键词：时差式超声波流量计；低功耗；精度；MSPAbstractAt present, most household water flow meters in our country is Mechanical rotor-type, but this type of water meters low accuracy existing shortcomings. This paper introduces a design of ultrasonic technology based on suitable for household water flow meter, with high precision, simple operation, low cost, etc. This design main job has two aspects: one is the hardware design, and the second is the design of software. Hardware design systems use the high precision time-interval measurement chip TDC for measuring time-GP2, and control the firing pulse, with low power consumption of MSP430F427 single chip microcomputer as the core of the system to control and calculation processing. Combining ultrasound flow meter threshold is model and the ultrasonic signal zero from its voltage amplitude change the advantages of influence, and puts forward the zero threshold is model, threshold model can effectively remove is receiving receivers ultrasonic signal to the disturbance signal before, and with the ultrasonic zero voltage amplitude variation and change, combined with the advantages of both static time difference can effectively restrain the scope of the big changes. At the same time the pulse counts circuit design, eliminate some of the interference. GP2 use internal propagation delays of signals through gates to measure propagation time of system. The GP2 through the chip, and traditional high-speed counter, it is characterized by high precision, and can be in 1 MHz frequency complete circuit, to avoid the interference of high frequency circuit complex problems, effectively improve the flow meter measurement accuracy and stability. In the design software, to improve the time the measurement precision, eliminate interference, set up effective time interval, invalid time and reducing the effects of theinterference. To reduce power consumption, intermittent shut off the power amplifier, save the battery power, extended the replacement battery cycle.Keywords: ultrasonic flow-meter with time difference method; low power; measurement precision; MSP430目录1 引言 (1)1.1 本课题研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究情况及其发展 (2)1.3 本设计的主要研究内容 (7)2 超声波流量计的原理与分类 (9)2.1 流量仪表的基本概念 (9)2.2 超声流量计分类及应用特点 (10)2.3 时差法超声流量计工作原理 (13)2.4 流体状态对时差法超声流量计精度的影响 (15)2.5 本章小结 (17)3 超声换能器的研究与设计 (18)3.1 超声换能器的总体介绍 (18)3.2 超声换能器参数指标 (19)3.3 压电陶瓷晶体的谐振特性 (19)3.4 超声换能器的电匹配及其实现 (20)3.5 本章小结 (21)4 时差法超声流量计系统功能的实现 (22)4.1 系统的构成 (22)4.2 微处理的选择 (23)4.3 计时模块 (24)4.4 切换开关及驱动电路 (27)4.5 信号处理部分 (29)4.6 LCD显示模块 (37)4.7 接口模块 (37)4.8 电池电量检测模块 (39)4.9 稳压电路模块 (40)4.10 时钟模块 (41)4.11 按键电路 (41)4.12 软件功能分析 (42)4.13 本章小结 (45)5. 水表功能介绍 (46)5.1 硬件方面 (46)5.2 软件方面 (47)5.3 误差的基本理论 (47)5.4 抗干扰措施 (49)6 总结及展望 (52)6.1 总结 (52)6.2 展望 (52)参考文献 (54)附录基于超声波传感器的水流量计电路图 (56)致谢 (1)1 引言1.1本课题研究的目的和意义我国水资源总量丰富，但人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1/4，位列世界第121位，是联合国认定的“水资源紧缺”国家。

佛山管段式气体超声波流量计设计

佛山管段式气体超声波流量计设计《佛山管段式气体超声波流量计设计》一、引言佛山管段式气体超声波流量计是一种用于测量气体流量的设备，它采用了先进的超声波技术，能够实现高精度、无压损和无移动部件的流量测量。

在工业生产和科研领域中，气体流量的准确测量对于控制生产过程、节能减排以及科学研究具有重要意义。

佛山管段式气体超声波流量计的设计和研发具有重要的意义。

二、佛山管段式气体超声波流量计的设计原理1. 超声波技术超声波技术是利用超声波在介质中传播的原理来实现流量测量的一种先进技术。

当气体通过测量管道时，超声波的传播速度会受到气体流速的影响，通过测量超声波的传播时间来确定气体流速，从而实现流量的测量。

这种技术不仅能够实现高精度的流量测量，而且还可以减少气体流经过程中的压损和能量损失。

2. 管段式设计佛山管段式气体超声波流量计采用了管段式设计，即将管道划分为若干个小段进行测量，然后将各小段的测量结果进行综合，从而得到整个管道的流量。

这种设计能够有效克服气体流动中的非均匀性和湍流等因素对测量精度的影响，同时也能够适应不同直径和流速范围的管道。

三、佛山管段式气体超声波流量计的设计特点1. 高精度佛山管段式气体超声波流量计采用了先进的超声波技术和管段式设计，能够实现高精度的流量测量。

不论是在低流速还是高流速条件下，都能够保持较高的测量精度，满足工业生产和科研领域对于流量测量精度的要求。

2. 无压损传统的流量测量设备往往会对流体产生一定的压损，而佛山管段式气体超声波流量计则可以实现无压损的流量测量。

这对于一些对于流体压力损失要求较高的应用场合具有重要意义，能够更好地保护流体的能量和稳定流动。

3. 无移动部件与机械式流量计相比，佛山管段式气体超声波流量计采用了无移动部件的设计，减少了维护和保养的成本，同时也提高了设备的可靠性和使用寿命。

四、总结佛山管段式气体超声波流量计是一种先进的流量测量设备，采用了超声波技术和管段式设计，在测量精度、压损和稳定性方面均有很好的性能。