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基于电压调幅式的抗干扰超声波流量计
发布日期:2019/11/25 11:13:53
超声波由机械振动产生,其特点包括振动频率高、波长短、定向传播、穿透能力强。超声波流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用以测量体积流量的种仪表,时差法流量计是其中一种,是通过测量超声波信号在气体中顺流和逆流传播时间之差来求取流速,是一种非常理想的节能流量计。
 
流体流动的状态不一定是理想的,所以要想提高流量计的测量精度就要提高对数据检测的准确性以消除非稳态的影响。随着高速集成芯片和模拟开关等硬件的引入,系统可以实现对过零点的准确检测标记,整个检测过程的精度由计时芯片和采样芯片决定。随着DSP和AD采样在超声检测里的应用以及过零点曲线拟合的方法的使用,可以尽量提高数据处理精度。但通常要获得越准确的波形数据,需要的ADC位数越高,而这与采样率的指标存在矛盾,如果完全依靠数字化后的波形判定渡越时间,兼顾采样精度和速率存在一定的难度。本研究的一种超声波气体流量计调幅式激励电路和回波电路,在数字化判定波形特征点后,结合模拟电路进行过零点位置判定,可以在保证时间计量精度的同时维持较低的采样速率要求。
 
1.超声波流量计的工作原理
时差法超声波流量计表体内超声波声道近似条直线,工作区截面如图1所示。

在流体通过的管道上安装有AB两个成夹角θ(图中的θ值为45)的超声波换能器,设流体测量声道截面的平均线速度为V,管道直径为D,两个换能器之间的直线距离为L,超声波在静止的流体中的速度为C。一東超声波脉冲穿过流体传播
V=0,t1=L/C
A到B即顺流时超声波传播时间为
t2 =L/(C+Vcosθ)
B到A即逆流时超声波传播时间为:
t3=L/(C-Vcos θ)
 
通过实验测得流体顺流和逆流时数据,根据式(2,3可以得到不同情况下声道截面上的平均线速度V。公式中L、C和θ均为已知,只要求得准确的2和t2就能得到准确的数据。所以确保流量计精度的关键就在于对渡越时间的准确采样和处理。
 
2.基于电压调幅的超声波流量计实验结论
实验设计了基于电压调幅的方法,具有较容易实现且后续数据采样处理简单的优点。标定实验结果表明,该方法在一般流场下具有很好的测量精度,但同时也具有调幅方法共有的抗干扰能力差这个缺点。在工业环境中仪表会受到周围的很多干扰,会给测量结果带来很大的误差,所以需要在抗干扰方面采取合适的措施,效果还需要在后续研究中验证。
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