超声波流量计汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇超声波流量计范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

1.输气站场流量测量的现状分析

1.1流量测量的复杂性

与液体流量计量不同，由于气体的可压缩性，压缩因子的确定较为复杂，导致气体流量计量存在一定的复杂性；在计量过程中，对流经计量装置处气体的流态要求也比较高，在理想情况下，要求气体流经计量装置时，气体流动方向保持与管道平行，气体沿径向均匀分布等，不能存在旋流或涡流等异常流态，但在实际中要达到绝对的理想状态几乎不可能。由于上述原因，造成输气站场流量测量工作复杂，在测量过程中，一方面要求测量结果具有一定的精确度，另一方面，又要求能够满足的经济性的要求。

1.2目前输气站场所用流量计的种类和存在的问题

目前，长输管道工艺站场的天然气计量装置主要有两种形式，一是超声波流量计量装置，其主要由现场超声波流量计、压力变送器、温度变送器、直管段、整流器和流量计算机等组成；二是涡轮计量装置，主要由现场涡轮流量计、压力变送器、温度变送器、直管段和流量计算机等组成。

2.输气站场超声波流量计的种类、工作原理及影响精确度的因素

2.1超声波流量计的种类及工作原理

按照流量计的声道数划分，超声波流量计可分为单声道流量计和多声道流量计两种。为了保证计量精度，目前输气站场广泛采用的是四声道超声波流量计。按照超声波发生和接收过程划分，超声波流量计还可分为对射式和反射式两种。例如，丹尼尔流量计多为对射式流量计，而阿尔斯特流量计一般为反射式流量计。

超声波流量计工作的基本原理是，超声波在天然气中，沿气体顺流方向和逆流方向的传播速度不同，通过测量两个方向传播的时间差，来计算出天然气在管道中的流速，从而得出天然气的瞬时流量。

2.2影响超声波流量计精确度的主要因素

从理论上讲，影响超声波流量计量系统精确度的因素很多，直管段长度，温压变送器的安装位置及精度，流量计本体内加工精度，换能器性能及声道数等都与计量精度密切相关。

换能器（探头）性能的好坏和声道数是影响流量计准确度的重要因素。从理论上讲，通过单声道超声波的发射和接收，就可计算出气体流量，但实际天然气在管道内的流动往往是不均匀分布的，这样，只有通过多声道流量计在不同截面的发射和接收，才能消除这种不均匀性，从而提高计量精度。

3.输气站场超声波流量计的应用建议

3.1做好流量计的设备选型工作

输气站场环境复杂，在选用超声波流量计时，应重点关注一下几个方面。

一是要尽量选用多声道流量计。目前天然气输气站场用于贸易计量的流量计一般为四声道超声流量计，只有声道数在四个以上时，才能满足计量所需精度，减少与下游用户的计量纠纷。

二是在流量计量程选择上，要兼顾设备投用初期和远期用气量；兼顾日峰谷、年峰谷用气量。由于超声波流量计的量程比比较宽，在用户流量范围波动不是很大的情况下，根据计量管段压力等级，通过合理的选择流量计口径，一般都能做到对上述不同流量值的兼顾。

3.2做好流量计量装置的现场安装和初始化配置工作

流量计现场安装是否符合要求，对流量计量的准确性影响很大。首先，在直管段的安装上，不能仅限于满足设备厂商的技术要求，更重要的是要满足行业的相关标准。设备厂家的技术要求是在理想状态下提出的，而输气站场具有复杂多样性，各种配套设备的安装状况、运行时的不同工况等都可能给准确计量带来影响。建议超声波流量计上下游直管段应满足前30D、后40D，且上游安装整流器的要求。另外，压力、温度取样点的选择也很重要，一般压力的取样点应选择在流量计本体上，以便能准确测量流过流量计的天然气压力；温度的取样点一般选择在流量计下游直管段5D左右处，这样即能以减少温度套管对气体流态的影响，又能相对准确地反映实际气体的温度。

3.3做好流量计的日常维护工作

虽然，超声流量计的日常维护工作量并不大，但也要重点做好以下几点工作，一是要定期对探头进行清理，污损的探头对超声波的发射和接收会造成影响，从而影响计量精度；二是要定期对流量计进行声速核查，通过软件检查各探头的工作情况，使流量计始终处于最佳工作状态，确保计量准确。

3.4建立流量计远程维护系统，延长流量计检定周期，从而减少设备维护工作量

天然气长输管道具有距离长、社会依托差、远离城市的特点，这就给系统维护带来一定难度。为此，建立一套远程维护系统是非常必要的。超声波流量计远程维护是以局域网和广域网（或互连网）为基础的一套远程维护系统。在该系统中，输气站场需将流量计、流量计算机等设备组成局域网，并向上通过交换机、路由器等设备与广域网（或互联网）连接，这样，在远端就可通过网络访问到当地的流量计或流量计算机，对其进行检查、维护或修改配置等。按照国家相关规定，具备远程维护能力的流量计，其检定周期可以适当延长，从原来的两年一检延长到六年一检，这样就可大大减少设备维护工作量。

4.结束语

综上所述，文章通过研究，基本明确了超声波流量计在输气站场的应用方法，但鉴于输气站场环境的复杂性和多变性，因此以上方法在实际工作中的应用，仍然需要结合输气站场本身的计量条件和现状，予以进一步弥补和完善，以提高超声波流量计应用的实效性，为输气站场提供更为专业的计量技术。

参考文献

[1]刘军芳.气体超声波流量计诊断功能的实践应用[J].中国科技博览，2014，（5）：325.

篇（2）

【摘要】介绍了超声波流量计的工作原理、结构、选型原则及安装要求。

关键词 超声波流量计；结构；选型；安装

1超声波流量计的工作原理

超声波流量计利用超声波测量流量有许多种方法，其中典型的方法有时差法、声循环法、多普勒法。本文主要介绍时差法超声波流量计的工作原理，超声波在流体中的传播速度受到流体流速的影响，在流体顺流方向和逆流方向是不一样的，其传播时间差和流体的流速成正比。只要测出超声波在这两个方向上传播的时-间差，便可知流体的流速，再乘以管道截面积便可得流体的流量。具体计算公式如下：

超声波在顺流方向传播时间t1为：

由上可知这时只要测得t1和t2，便可求得流体流速，流体流量。

2超声波流量计的结构

超声波流量计主要由换能器和控制器（变送器）两部分构成。换能器有两种，一种是发射换能器，另一种是接收换能器。发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收换能器接收到超声波信号，通过传输线送到控制器（变送器）。控制器（变送器）的作用是将接收到的超声波信号经电子线路放大并转换为与被测流体体积流量成正比的电信号，进行显示和累计计算，还可将信号进行远传进入DCS等控制系统。

3超声波流量计的选型

为确保流量计正常投运，仪表选型至关重要。超声波流量计根据换能器的安装方法不同可分为外夹式超声波流量计、插入式超声波流量计和标准管段式超声波流量计。超声波流量计的选型主要是根据计量要求选择适合的流量计。

（1）外夹式超声波流量计，优点：①外夹式超声波流量计的换能器安装在管道外面，不与被测流体直接接触，不存在换能器腐蚀、粘结等问题；②测量时，在管道内部无任何测量部件，没有压力损失，不改变流体的流动状态；③安装简单方便，管道不用切断，不用开孔，安装时不用停流；④可以便携使用，便于对有怀疑的其他流量计进行比对。不足：①对管道条件要求较高，应确定管道材质、管道外径、壁厚、衬里材质和厚度等；②测量精度相对低一些。

（2）插入式超声波流量计，优点：①安装时不用停流，使用专用安装工具在管道上开孔，换能器直接穿插在孔内；②与外夹式超声波流量计相比，测量精度较高，不受管道锈蚀、结垢等的影响。不足：①换能器直接与被测流体接触，易被腐蚀、结晶造成仪表测量不准确。

（3）标准管段式超声波流量计，把换能器固定安装在按照设计加工好的管段上，并且换能器直接与被测流体接触。这种流量计能够准确控制加工精度，同时可以精确测量管段的几何尺寸，而且两个换能器之间只有单一被测介质，所以测量准确度较高，但是，不足是安装麻烦，需要断流，割开管道安装，而且对于大口径管道定做价格较高，因此除非特殊要求一般不建议选用此种超声波流量计。

综上，超声波流量计在选型时必须综合考虑准确度、安装条件、现场环境等，选择适合的流量计。

4超声波流量计的安装

（1）测量点的选取：①测量点应尽量选择距离上游10倍直径、下游5倍直径以内均匀直管段，以确保流体所需的流速分布；②流量计尽可能水平或垂直安装，管内必须充满流体，当换能器安装在倾斜管道上时，不要装在上部和底部，以免管道内的气体或杂质进入测量声道，应尽可能使换能器处于和水平面成45度角的范围内；③对于外夹式超声波流量计，测量点管道内壁不能有过厚结垢层，尽量选择无结垢的管段且应具有良好的导声性能；

（2）换能器安装方式

①V法安装

适用于管径较小时，采用V法安装扩大了声程长度，增加了顺逆向声波传播时间；

②Z法安装

Z法安装方式一般适用于DN200以上管道，使用Z法安装时超声波在管道中直接传输，没有折射，信号衰耗小。

5超声波流量计的应用

近年来，由于电子技术的进步，超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中，超声波流量计具有大量程比，无压损的特点，在保证测量准确度的同时提高了官网的输水效率；在工业冷却循环水的计量中，超声波流量计实现了在线不断流带压安装和在线标定。

6结束语

综上所述，超声波流量计作为流量测量仪表，有其独特的优点，在很多领域得到了越来越广泛的应用，特别是智能化超声波流量计，采用微处理器和程序控制，且带通讯接口、功能更强、编程方便，因而具有更强的生命力。但是不论其如何发展，如果设计选型及安装不当，不仅无法发挥其优越性，还会带来损失。因此，在实际应用中，超声波流量计的正确选型及安装是极为重要的两个环节，必须引起我们的重视。

参考文献

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0 概述

中洛线六个泵站自动控制系统就采用了超声波流量计与气动调节阀紧密配合进行自动调节控制，与泄漏定位系统配合实现精确定位。它准确可靠地工作对保证全中洛线自动控制系统的正常运行和安全生产有着重要的意义。

1 超声波流量计简介

超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仪表，技术成熟领先、性价比高。特别是管道式一体型超声波流量计，应用范围广泛，测量声道可达3个，稳定性和可靠性高，可在线检定，操作和维护成本非常低，性价比高，精度可达±0.3%。它采用先进 “时差法”测量原理，利用超声波脉冲在通过液体顺逆两方向上传播速度之差来求圆管内液体的流量，几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响。

2 超声波流量计工作原理

当超声波束在液体中传播时，液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化正比于液体的流速，其关系符合下列表达式：

其中，θ为声束与液体流动方向的夹角，M 为声束在液体的直线传播次数；D 为管道直径，Tup 为声束在正方向上的传播时间，Tdown为声束在逆方向上的传播时间，ΔT=Tup-Tdown

3 与调节阀配合实现自动配输

自动配比输油系统是由给油泵、电机、电动阀门、超声波流量计、配输调节阀组成。自动配输通过超声波流量计流量计和配输调节阀来实现，其工作流程是中洛线进口油、中原油分别经过进口油管线、中原油管线进入濮阳首站，分别进入两条配输管道，经过超声波流量计给调节阀提供精确地介质流量实现自动调节每条管线的输油流量，进口油、中原油按照既定的输油比例在配输调节阀后混合输油。

4 与泄漏定位系统配合实现精确定位

安装超声波流量计，增加流量信号后，可以利用瞬时流量的对比区分管道泄漏与管道正常工况的变化：当管道发生泄漏时，管道上游端瞬时流量上升、压力下降，管道泄漏端瞬时流量下降、压力下降；管道正常工况变化时，管道上（下）游端流量、压力同时上升或下降。利用这一特点，可以准确区分管道是否发生泄漏。

（1）当管道首末端安装流量计后，可以采用实时模型法判断和定位泄漏。实时模型法认为流体输送管道是一个复杂的水力与热力系统，根据瞬变流的水力模型和热力模型及沿程摩阻的达西公式建立起管道的实时模型，以测量的压力、流量等参数作为边界条件，由模型估计管道内的压力、流量等参数值，估计值与实测值比较，当偏差大于给定值时，即认为发生了泄漏。

（2）管道首末端安装流量计，为需要流量计提供累计流量、瞬时流量等参数。

（3）采用管道首末端流量计提供的累计流量值，可以根据质量平衡法判断管道是否发生泄漏，进行流量对比的时间段可以改变，以发现较小的泄漏。

（4）采用流量平衡法，需要同时测量流体的温度，以便对流量数据进行修正。流量平衡法可以弥补这种缺点，它也是判断管道是否发生泄漏的一种常用方法，这种方法依靠质量守恒定律，没有泄漏时进入管道的质量流量和流出管道的质量流量是相等的。如果进入流量大于流出流量，就可以判断出管道中间有泄漏点。对于加热输送的管道，还需计算沿程温降对流体密度和体积的影响。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，为此质量/流量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。

（5）采用管道首末端流量计提供的瞬时流量值，可以根据瞬时流量的变化，准确判断管道是否发生泄漏，排除正常的工况变化。

（6）可以建立管道的实时模型，根据实时模型法判断是否发生泄漏以及确定泄漏发生的位置。

（7）可以采用多种方法判断泄漏和定位泄漏。利用流量校核帮助判断管道是否发生泄漏。

5 维护

超声波流量计日常不需维护，每半年应检查其信号强度，如发现信号强度低于65，应将传感器取下，将焊接在管段上的导波管内螺纹孔清理干净，保证没有水分，然后将传感器清理干净，表面重新涂上耦合剂，用手小心旋入导波管内。注意：用手拧紧即可，切勿使用扳手加力！

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中图分类号TM621 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）91-0152-02

0引言

由于火电厂的水循环系统具有循环较慢、管道直径较大等特点，所以对于其水流量的测量工作比较困难，普通仪器很难实现准确测量。超声波流量计以其独有的特点很好地解决了这一方面的难题，在流量测量方面发挥着越来越重要的作用。尽管超声波流量计有着许多无法取代的优势，但是在使用中也有许多事项需要我们去注意。只有对注意事项进行足够的重视，才能充分发挥其优势。本文对超声波流量计在火电厂中的应用进行了较为详细的阐述和分析，对注意事项进行了初步探讨。

1超声波流量计简介及工作原理

超声波流量计是通过检测流体流动对超声束的作用进而测量流量的仪器，属于非接触测量仪器，并不与被测流体进行直接接触，所以也不会对流体流动产生干扰和破坏。具有测量精度高、安装方便、不与流体直接接触、不影响管路设备的正常运行等诸多优点，所以在火电厂的流体测量中得到了非常广泛的应用。

根据对信号检测的原理可以将超声波流量计分为以下几种类型：传播速度差法（直接时差法、时差法、相位差法）、波束偏移法、多普勒法、互相关法、噪声法等等。其中以时间差法超声波流量计最常见。本文也针对这种最常见的方法来进行叙述。时间差法超声波流量计通过直接测量超声波脉冲顺流和逆流传播的时间差来实现对测量流体流量的测量。其工作原理示意图如下：

流速方程：

流量计算公式：

其中：v-线平均流速；

L-超声波在流体中的传播路径长度（声道长度）；

t1-超声波从换能器1到换能器2的顺流传播时间；

Δt-超声波在流体中顺、逆流传播的时间差；

θ-超声波传播方向与流体流动方向之间的夹角；

qV-体积流量；

K-平均流速修正系数，K=v/u；

u-面平均流速；

v-线平均流速；

D-管道内径。

超声波流量计的优点：

超声波流量计属于非接触式仪表，测量时并不需要将仪器放入流体内部，可以直接从流体管道外部进行测量，对管道自身结构不用进行再次处理，对于流体也不会造成影响，而流体自身的因素也不会影响到测量仪器及测量结果，仪器自身没有压力损失，可以使测量结果更加准确；

一般的测量工具随着流体管道直径的增大，不论是制作工艺方面还是制造成本方面都会相应地提高，而超声波流量计的造价与测量能力与管道直径的大小没有直接的关系，这样既节约设计成本，又节约能耗，一举两得；

由于其特殊的优点，所能够测量的对象更加广泛。由于超声波流量计测量时不用与被测对象进行直接接触，所以可以对那些诸如高腐蚀性、易挥发性、易燃易爆等具有恶劣性质的对象进行流量测量，而且对设备本身也不会产生损害。正是由于其不受被测对象限制这一特点，才给测量工作带来了极大的便利。此外，对于管道的材质要求也比较低。

2实际应用过程中所应注意事项

在实际的应用过程中需要注意的事项有很多，概括为一下几个方面。

2.1公式中的参数要进行准确测量

根据超声波流量计的测量原理公式可以知道，流体管道的直径和管壁厚度的测量结果与流速的计算相关，所以在计算过程中，首先要保证测量的准确性，要使用恰当的工具，在测量过程中要注意进行多次测量，然后取数据的平均值，以减小误差，保证数据的准确性。

2.2安装位置和方法均要合理

超声波流量计应该安装在管道的直管段，并且要远离流动紊乱的位置，以减少振动对测量结果的误差。将设备尽量安装在悬空的水平管道上，这样不仅方便安装施工，同时对于位置调整也是十分方便的。设备安装的方法正确与否也直接会影响到设备的测量结果。

2.3探头的安装和调整

超声波流量计探头是其最重要的部位，也是影响测量结果最重要的因素。一般情况下探头有两种安装方式：直射式测量的Z式安装和反射式测量的V式安装。前者是最常用的方式，但是二者适用范围有一定的区别。如果流体流动情况较复杂，比如会产生旋涡斜流等情况时则采用V式安装；一般正常情况下两者都可以采用。为了减小流体中气体对测量结果的影响，一般讲探头安装在管道的两侧而不是顶部。

当探头安装出现问题时会导致设备不能正常运行，主要有信号不稳定和不能进入测量程序两种状况。

信号不稳定主要由流体本身原因或者探头安装错误两方面的原因引起，需要对二者进行分析。如果是流体原因，则需要改变探头的安装位置，对于后者则可以将安装方式进行对换，以增加信号稳定性，或者调整两个探头之间的距离。保持信号强度在一定的最佳范围内，需要通过调整两个探头间的距离来实现。

如果设备不能进入测量程序，自检失败，说明探头安装有问题，也有可能设备受到环境影响干扰过于严重，影响到了设备的性能。对于安装问题，需要对安装方式进行重新检查和安装，要保证探头的安装位置，检查探头的间隔距离是否合理，探头安装平面是否与流体运动方向平行等等。除此之外，管道内壁和外壁的清洁程度对于测量的结果也有影响，内壁污垢太多会影响到流体流速，外壁污垢太多则会对探头安装的稳定性产生威胁。如果是因为外界环境因素对结果产生影响，则需要重新选择安装地点进行安装。

3 结论

通过对超声波流量计的工作原理进行了解，对于安装运行过程所出现的问题进行阐述和分析，并提出改善措施，可以有效改善仪器的不足之处，充分发挥其优势，以保证其更好的为人类生产生活服务。火电厂的管道设备比较庞大，流体流量测量比较困难，使用超声波流量计可以有效解决这方面的问题，得到比较令人满意的结果。

参考文献

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.08.228

0 前言

天然气作为一种优质能源和化工原料其计量越来越被人们重视。由于天然气的可膨胀性、可压缩性等特性，造成天然气要比液体计量困难得多。气体超声流量计没有如节流装置几何形状及尺寸变化影响仪表特性的问题，其声道长度，声道角及管道横截面面积是恒定的参数；也没有引压管线之类易引起故障的部件，能够根据现场条件确定仪表系数并为此长期稳定。天然气流量计量系统，具有高精度、无压损、低能耗、结实耐用、维护少的特点。

1 超声波流量计的结构及原理

1.1 流量计结构

DANIEL3400系列气体超声流量计结构主要分三部分：流量计本体、超声换能器、Mark II 电子数据处理单元。

1.2 四声道超声波流量计工作原理（如图1）

2 超声波流量计的特点及在计量系统中的应用

普光净化厂产品气贸易计量精心选择了各种设备组成计量系统，整体计量精度优于0.70%。计量系统中包括Daniel高级超声波流量计、 Daniel S600流量计算机、在线色谱分析仪。

2.1 daniel 超声波流量计

Daniel 超声波流量计是时间直通式超声波流量计，声波由一个探头发射另一个探头接受，不经管壁反射，声波由上游向下游传输的时间（由于声波被气流推动）小于声波由下游向上游传输的时间（声波被气流方向阻拦），这两个时间之差与气流的速度存在某种对应关系。从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度。

2.2 daniel s600 流量计算机

Daniel s600流量计算机适合于石油天然气贸易交接计量和标定的各种应用。可作为多流路计量的一个部分或独立运行。单台流量计算机可以计量多路油气，最多可达到 6 路计量。带有键盘和LCD显示，方便数据记录和显示。有多方向快捷件，可以方便搜寻显示条目。带有4级密码管理，可以分级管理操作人员和信息内容。它可计算瞬间流量和总流量并通过打印口打印报告，打印口可组态。S600系列流量计算机不间断进行诊断自检。一旦发现问题，会触发报警提醒操作员采取措施所有报警信息都会被记录或打印。CPU板带有两个 RS232口和三个 RS422口连接其它设备。通讯口可以用于与上位机系统， SCADA或其它设备通讯。另外带有一个10BaseT（Twisted Pair）以太网界面用于网络连接。S系列流量计算机的组态可以使用标准格式，也可以按照客户要求使用组态软件定制。

2.3 色谱分析仪

色谱分析仪系统由样品预处理系统、色谱分析仪组成。样品由采样点取出，经样品管线传输至样品预处理进行样品处理，经过样品过滤器进入色谱分析仪进行样品分析，分析的结果以Modbus通信送入DCS系统和天然气计量系统。

3 效益及结论

普光净化厂使用气体超声波流量计作为产品气贸易计量流量计大大降低了计量装置故障的发生概率，延长了计量设备的寿命，避免了一些不必要的计量纠纷，提升了企业的声誉，树立了良好的形象。

参照有关计量技术部门的数据，因计量准确度偏离造成的经济损失：以年输气1亿立方米为例：温度偏差1摄氏度---计量0.34%偏差；压力偏差1kPa---计量0.1%偏差；由色谱仪造成的组分计量偏差―0.1%。总误差造成的损失约30～50万立方米气。由此可见，有效地提高计量准确度，确保计量偏差控制在最低水平，对于我们年外输气120亿立方米的企业来说，每年直接或间接的经济效益影响大约3000万元。

气体超声波流量计有非常多的优点，同时也存在着一些局限性。如：对气体流态和管道噪声有要求。在大流量贸易计量中，如何最大的发挥气体超声波流量计的效能，解决和避免影响其测量准确度的因素。为我们在日常使用中带来了新的研究课题，是我们的研究方向。

参考文献：

[1]孙淮清.气体超声流量计与孔板流量计在天然气工业中应用的比较[J].重庆工业自动化仪表研究所，石油工业技术监督，1998，14（06）.

[2]中国石油西南油气田分公司.超声流量计的现场应用与研究技术报告[J].2001（03）.

[3]黄和，文代龙，陈汝培，游明定.浅谈我国天然气计量与国际接轨[J].2001（04）.

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超声波流量计传感器的安装误差对测量结果影响很大，两个传感器之间的距离有严格的要求，一定要按规定的尺寸安装。

图1是FUJI ELECTRIC便携式流量计V型安装示意。经安徽省大流量计量站检定（标准装置准确度±0.05%，流量稳定度优于0.05%）， 该表准确度为1.0级。将该表安装在内径d=150mm，外径D=159mm，壁厚h=4.5mm的管道上进行测试时，仪表指示探头距离L=112.04mm。测量时流量保持不变，其它测试条件相同，只改变传感器之间的距离L，测得数据列入表1。

表1 探头安装距离误差±1mm时的流量测量数据

L（mm)

平均流量

111.04

106.0

105.9

106.2

105.8

106.0

106.2

105.7

105.8

106.0

105.8

105.94

112.04

107.4

107.6

107.9

107.1

106.9

107.2

107.4

106.9

107.2

106.8

107.24

113.04

108.7

107.9

107.8

108.5

109.0

108.8

109.1

107.9

108.7

108.8

108.52

当探头的距离有±1mm的误差，即L的相对误差为：(±1/112.04)×100%=±0.893%。当探头距离为111.04mm时，流量的相对误差为：［(105.94-107.24)/107.24］×100%=-1.21%;当探头的距离为113.04mm时，流量的相对误差为： [(108.52-107.24)/107.24］×100%=1.19%

可见，传感器之间的安装距离误差对测量结果的影响非常大，所以安装时一定要把距离误差控制到最小。

2.管道外径误差导致的流量测量误差

管道外径误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道外径D=159mm+1mm的方式进行。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表2。

表2

管道外径D测量误差±1mm时的流量测量数据 D(mm)

平均流量

158

106.1

106.2

106.0

106.5

105.9

106.3

106.5

106.6

105.8

106.1

106.10

159

107.8

107.4

108.2

108.1

108.3

108.2

107.6

107.8

108.2

108.3

107.99

160

109.4

110.0

110.1

110.0

109.9

110.2

109.5

109.6

110.2

109.6

109.80

当外径有±1mm的误差时，外径D相对误差为：(±1/159)×100%=±0.63%。当外径取为158mm时，流量的相对误差为：［(106.1-107.99)/107.99］×100%=-1.75%。当外径取为160mm时，流量的相对误差为：［(109.8-107.99)/107.99］×100%=1.68%

可见，流量测量误差大约为管外径误差的2倍多。为了减小管外径误差的影响，一般把实测外径输入流量计，这样可减小外径误差对测量结果的影响。

3.管道壁厚h导致的误差

管道壁厚误差对便携式超声波流量计测量的影响，用实际管道壁厚h=4.5mm+1mm进行测试。测量时流体保持稳定，其它测量条件相同。测试数据见表3。

表3 管道壁厚h测量误差±1mm时的流量测量数据 h(mm)

平均流量

3.5

110.2

110.1

110.3

110.5

110.9

110.4

110.8

110.7

110.3

110.5

110.47

4.5

108.5

108.2

108.4

107.9

108.1

107.6

108.2

108.0

109.0

107.6

108.15

5.5

105.5

105.3

105.1

105.5

105.3

105.2

105.0

105.2

105.3

106.0

105.34

壁厚误差直接导致内径误差。壁厚有±1mm的误差时，内径相对误差分别为（+2/159）×100%=+1.26%。壁厚取3.5mm时，流量的相对误差为：［(110.47-108.15)/108.15］×100%=2.15%。壁厚取5.5mm时，流量的相对误差为：［(105.34-108.15)/108.15］×100%=-2.60%。在实际测量中，壁厚导致内径误差的影响不可忽视。本实验中，流量测量的误差约为管道内径误差的2倍。

4.测量直管段要求

由超声波流量计的测量原理可知，传感器所测量的流速是流体的线速度。只有流速分布均匀才能保证测量的准确度，所以在流量计的上下游要有足够的直管段。一般要求上游有5-10倍管径的直管段，下游有3-5倍管径的直管段。

结论

从超声波流量计的特点及管道参数对便携式超声波流量计测量影响的误差分析中，可以看出：

1、超声波流量计在大口径管道的流量测量中有其独特的优势，是一种方便可靠的测量手段，有着广泛应用前景。

篇（7）

一、前言

Daniel气体超声波流量计具有现场监测诊断功能CBM （Condition Based Monitoring），METERLINK作为诊断功能的流量计操作软件能实时显示流量计受脏污影响的情况 ，动态反映流量计运行状况 ，提示需要再标定的时间 ，有效延长再标定周期从而节约运行成本。Daniel气体超声波流量计的精度受污染物的影响非常小 ，通过METERLINK （ 超声波流量计用户操作界面 ） 软件能够周期性自动获取流量计数据并加以分析 ，微小变化较难通过单个数据显示出来 ， METERLINK可将多个 Excel 数据文件合并成一个文件 ，并形成趋势图 。

二、CBM基本参数

CBM的五个基本参数是诊断计量装置存在计量隐患，方便计量维护人员采取预防性维护的重要指标：

1、增益值 （Gain）：增益值随压力， 气体流速， 探头受脏污介质影响的情况而变化。

2、信号质量 （Signal Quality）：Daniel 超声波流量计通常有 100% 信号质量， 接近流量计所允许的最大流速时， 信号质量可能会小于 100%， 当流速仅达最高流速的 50% 而信号质量未达 100% 时， 应对流量计进行必要检查。

3、信噪比 （SNR）：信噪比是接收到的信号和背景噪音的数值比率。在信噪比小于 100 时， 精度会受到影响。

4、流速特性 （Velocity Profile）：流速特性的显示根据流量计声道设计而不同， 剖面系数是流量计受脏污影响的最佳指示器， 对剖面系数的实时监测对保持精度非常重要。

5、声速 （Speed of Sound）：声速计算能帮助辨别探头上是否有异物， 声速受气体组分， 压力和温度的影响， 1 引起 SOS 0.17% 的误差， 5 psig 引起 SOS 0.01% 的误差。

三、METERLINK在实践中的应用

定期做好超声波流量计系统的维护和诊断，是发挥气体超声波流量计的最大效能，解决和避免影响其测量准确度因素的必要手段，下面是我们对超声波流量计性能进行诊断测试时的截图：

图解及分析：

（1）增益值

增益指要对接收到的信号增强多少，才能达到需要的振幅强度，如果信号强度衰减，增益就加强。从现场截图来看，增益值 （Gain）正常。

（2）信号质量

Daniel 超声波流量计通常有 100% 信号质量， 接近流量计所允许的最大流速时， 信号质量可能会小于 100%， 当流速仅达最高流速的 50% 而信号质量未达 100% 时， 应对流量计进行必要检查。从现场截图来看，信号质量正常。

（3）信噪比

信噪比是接收到的信号和背景噪音的数值比率。通常情况下， 流量计正常工作有较高的信噪比， Daniel 超声波流量计正常工作信噪比大于1000， 低信噪比常常意味着控制阀噪音的存在， 信噪比小于 250 会导致信号质量小于 100%， 信噪比小于500时，则需要调查。在信噪比小于 100 时， 精度会受到影响，从现场截图来看，信噪比正常。

（4）流速特性

流速特性的显示根据流量计声道设计而不同， 普光分公司净化厂的超声波流量计为四声道流量计，从现场截图来看，流速正常。

（5）声速

声速计算能帮助辨别探头上是否有异物， 声速受气体组分， 压力和温度的影响，此超声波流量计的运行环境中，组份、压力和温度相对稳定，从现场截图来看，声速也正常。

通过测试，超声波流量计的流速、声速、增益值、信噪比等各项参数均在正常指标范围，波形和组态也没有发现异常情况，说明目前超声波流量计运行比较正常。在对超声波流量计检测过后，我们会导出一份超声波流量计的维护日志，用于和日后维护的性能进行比较。

四、效益及结论

采用METERLINK诊断软件对外输产品气五台超声波流量计进行详细的“体检”，有效的在计量故障发生之前，发现问题根源。通过METERLINK、流量计量监控系统与净化厂原有的计量管理检测体系相结合，可以实现：1、不断提高计量的准确度和重复性；2、定期诊断计量装置的各种数据和动态趋势信息；3、方便计量维护人员采取预防性维护；4、有效监控计量装置的动态变化，发挥现有计量设备的巨大潜能。

参考文献

篇（8）

中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0146-01

超声流量计是通过检测流体流动时对超声束的作用，以测量体积流量的仪表。超声波流量仪的传感器是将传感器直接捆绑在被测管道的外表面，从而实现流量测量的一种安装方式，解决了其它原理的流量仪在安装时必须断管、停产的难题，是超声波流量仪的基本安装方式，具有与管径无关、安装简单、无需停产、无压力损失等特点。超声波流量计常用的测量方法为传播速度差法，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。它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点，测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值，从而计算流体流动的速度和流量。

1.超声波流量计优缺点

1.1 超声波流量计优点

（1）节约能源。改仪表可以夹装在测量管道的外表，不接触流体，所以不干扰流场，没有压力损失，因此是一种比较理想的节能仪表。特别是大流量计量时，节能效益更加显著。（2）特别适合大口径的流量测量。其它流量计随着口径的增加，造价更大幅度增加，而超声波流量计的造价基本上与被测管道的口径无关。所以，口径越大，优点越显著。（3）解决流量测量的难题。由于超声波流量计是非接触式仪表，所以，除了用于测量水、石油等一般介质外，还能对强腐蚀介质、非导电介质，易爆和放射性介质进行流量测量，而且不受流体的压力、温度、粘度密度的影响。（4）安装维修方便，无论是安装还是维修，都不需要切断流体，不会影响管道内流体的正常流通。安装时不需要阀门，法兰、旁通管路等，因此，安装方便，费用低。（5）通用性好。其它流量计的仪表结构与管道口径的大小是密切相关的，口径改变时，就需要换用不同尺寸的仪表。对超声波流量计来说，无论是管道尺寸的改变，还是流量测量范围的变化，都有较大的适应能力。

1.2 超声波流量计缺点

超声波流量计是基于集成电路、单片机和自动控制技术的高集成、多功能仪表，先进的控制理论和成熟的电路设计为流量计多种功能的实现奠定了基础，如果要提高流量的测量精度，必须进一步完善测量线路的设计，提高对声速的测量。超声波流量计高度集成的电路设计势必会提高设计制造的成本与难度，而一旦发生故障，维修难度也相应增加。另外，受超声波换能器及传感器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度原始数据不全因素的影响，目前还难以将超声波流量计应用在高温介质的流量测量上。

2.常见故障分析

2.1 瞬时流量异常

瞬时流量异常可能是由于温变压变、通讯电缆、浪涌保护器、流量计算机等故障引起，需要仔细检查确认。通过与其它流量计的温变、压变上传通讯线对换，判断是流量计算机的问题或是现场线路、仪表的问题。以下以A、B超声波流量计举例说明，A正常，B异常。

1）仪表及线路故障判断

把A和B的温变、压变通讯线对换后，B的显示正常，A显示异常，可判断A的温变、压力通讯线路或仪表存在问题。温变和压变都支持HART通讯协议，通过以下方法判断：断开二次仪表的电源，用FLUK供电，并检查二次仪表，如检测不到或数据异常，判断是仪表故障，更换仪表恢复正常生产。

如果能够检测到仪表值并且显示正常，那么恢复向现场仪表的24V供电，逐段检测到流量计算机的通讯电缆如在某段检测不到信号或信号异常，可以判断是该段电缆破损，更换该段电缆恢复正常通讯。如果在经过浪涌保护器后信号异常，可判断是浪涌保护器故障，更换浪涌保护器恢复数据正常传递。

2）流量计算机Hart板故障

把A和B的温变、压变通讯线对换后，A显示正常，B显示异常，说明B的流量计算机故障。检查流量计算机Hart板LED指示灯状态，正常情况下是绿色闪烁，如果显示红色常亮或不亮等其它状态，说明温变和压变对应的Hart板通道损坏。解决办法有两个，一是直接更换Hart板，不用刷新组态；二是更改刷新组态，请技术工程师更改组态，更改温变和压变对应Hart板的通道。一般在夏季雷雨天气下容易出现流量计算机被雷击损坏的情况，特别是Hart板，更容易损坏，需要格外留意。

2.2 无瞬时流量

1）CPU板故障

CPU板LED指示灯不亮或显示红色。检查方法：笔记本电脑首先安装相关组态软件并激活，用网线连接，把笔记本电脑的IP地址更改，建立通讯局域网，下载组态备用。更换使用备用CPU板，把组态刷到备用CPU板中，冷启动，检查指示灯状态。

2）流量计故障

CPU板LED指示灯不亮或显示红色，表示流量计与流量计算机之间的通讯异常，需要检查流量计的超声换能器和信号放大单元。检查方法：笔记本电脑安装相关软件，通过数据线与流量计的端口相连，通过软件检查在带压下四个声道是否有报警，如果是表示所有超声换能信号全部没有上传上来，需要拆卸下表头，紧固信号放大器，如果信号还传递不上去，表示信号放大器损坏，需要更换新的。

如果检查发现声道报警、信噪比异常、声道增益信号异常，可能是声道换能器损坏或信号放大器损坏，可以通过交叉接线的方法判断。超声波流量计的4对声道分别是A、B、C、D，如果C声道正常，D声道异常，把C1与D1、C2与D2分别对换，如果C声道异常，D声道正常，表示超声换能器损坏，可以拆卸、清洗信号放大器，如果仍然异常，则需要更换同型号的超声换能器；如果C声道正常，D声道异常，表示信号放大器损坏，需要更换同型号的信号放大器。

3.结论与认识

流量仪表大都需要适合的测量介质和工况条件为依托方可发挥正确作用，只有优势而没有缺点的流量仪表现今是不存在的，合理的选择仪表对于现场工程师和管理者是至关重要的。在工业装置中要正确和有效地选择，使用流量测量方法和仪表，必须熟悉流量仪表和生产过程流体特性这两方面的技术，同时还应考虑经济因素。

基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其测量准确的优点，也使其成为化工行业测量流速的首选工具。由于超声波流量计具有抗干扰能力强、测量精度高、无压损、量程比宽、维护量小等特点，近几年，得到了大力的应用。在实际生产中，超声波流量计会出现各种各样的问题，需要我们做到以下几个方面：一是结合实际情况，建立合理的维护保养制度，半年对超声换能器进行检查，半年使用软件检查；二是储备适量的备件和组态，在出现问题时能够及时更换更新；三是技术人员需要不断加强学习，提高自身的技能水平和解决问题的能力。只有这样，才能最大限度的减少因超声波流量计故障造成的影响，降低企业运营成本。

篇（9）

浮子流量计曾是油田注水井分层测试的主要仪器。随着时代的发展、技术的进步，开始使用FDL型电子流量计，FDL型电子流量计由传感和记录两部分组成。传感部分由一根内径沿液体流动方向由小到大的圆锥形管和一个在管内随流量变化而上下移动的浮子及约束浮子的测量弹簧、记录笔杆组成。记录部分由井下时钟、钟筒、卡纸筒、卡片及笔尖组成。测试时采用坐封测量，由于坐封式FDL电子流量计已使用多年，仪器使用时间过长，设备本身存在老化现象，很难满足分层测试的需要，影响测试的质量。随着科研院所和单位在流量计方面进行不断的研究，目前油田引进使用的CLJE型超声波流量计，克服了FDL型电子流量计的缺点，提高了测试精度，满足油田开发的监测要求.

一、CLJE型超声波流量计的工作原理及使用

1.工作原理。CLJE非集流存储式超声波流量计是供油田测试分层配注井注水量的仪器。仪器采用了先进的超声波速度叠加原理，测试精度高。测试方法是时差法。利用超声波在传播距离相同的情况下，顺着介质流动方向与逆着介质流动方向传播有时间差，根据这个时间差可以计算出在已确定几何尺寸、结构的管道中流体的速度，这样就可以测量出流体的体积流量。仪器不存在任何可活动的机械部件，因此安装方便，可靠性高。仪器既可以测试注水井，也可以测试注聚合物井。另外，仪器在测试流体流量时也同时测试压力和温度。

2.超声波流量计的使用。（1）组成及结构。系统由CLJE非集流存储式超声波流量计（简称流量计）、YHF-2回放仪主机（简称回放仪）、CLJ系列非集流存储式超声波流量计数据处理软件及与之配套的ZCD-4A自动充电器组成。回放仪是地面仪器。主要功能是在计算机和流量计通讯时：：为流量计提供电源；为计算机和流量计提供通讯接口；ZCD-4A自动充电器用于回放仪和电池组件充电，一台充电器可以同时给一台回放仪和最多4支电池组件充电，充电时间为9小时。CLJE非集流存储式超声波流量计（简称流量计）由绳帽、电池组件、主机、导流管、上扶正器和下扶正器组成。（2）软件操作。运行程序，界面。选择处理、打印、上传、下载。点击“数据调取”按钮出现数据传输窗口，从服务器调取该井的参数数据。数据调取操作完成后，再录入实际水井测试数据，如调后水嘴、油压、泵压等数据，保证数据的完整性。测试成果还可进行网上上传操作，操作与下载数据类似。

二、应用效果

1.现场应用。（1）仪器加电。旋开电池帽，将电池与测试仪器对接。（2）连接下扶正器，旋上绳帽开始下井。试井过程中绞车时速小于80/分钟，通过偏心时减速。（3）以三级三段井为例，测试顺序为偏III，偏II，偏I.注意测试时流量计探头段应处于各层段封隔器与偏心配水器之间。每层停5分钟左右采集数据。（4）试井结束后刮下扶正器，擦拭仪器。打开回放仪与流量计对接好后接收数据。

2.效果分析。超声波流量计在油田的应用，取得了较好的效果，具体表现在以下几个方而：（1）精度高，在现场测试中，超声波流量计测得的全井总水量同水表水量符合率较高。

（2）无须坐封，减小工作量，超声波流量计可在层位间任意停点，因此测试一次成功率较高。（3）可以检漏，对死水区、管柱漏失点可精确测量到位置。对在生产中出现的一些异常井进行分析十分有效。（4）启动排量小，量程大，由2方到200方均可测量。（5）通过温度、压力、流量三参数，可以完整的反映测试全过程。（6）以往一些由于坐封集流而测试难度大的井，用超声波流量计可以轻松完成。

三、存在问题

一是对于井筒内介质黏度较大，油管壁内径不均匀的井，测量结果与水表差距较大。二是测试过程中要控制三次注水压力，对于离配水间较远的井，测试起来不方便。三是油田目前各采油队的配水间使用的多数是干式高堰水表，精度低，稳定性差，压力表为弹簧管式压力表，精度低。而超声波流量计精度高，工作状态较稳定，有时测试水量、压力与配水间水量有较大偏差。因此存在一个测试计量和配水间计量仪器的精度匹配问题。

在精细地质研究成果日趋成熟的今天，这已经是一个不容忽略的问题。另外，该仪器价格不菲，校验费昂贵，此为美中不足。但从油田高含水后期的发展趋势来看，精细注水不可避免。坐封集流式测量仪器必将被非集流式测量仪器代替，因此，该种测量技术和仪器具有广阔的发展前景。

四、结束语

CLJE型超声波流量计，具有操作简便、可靠性好、测量精度高、无须坐封，减小工作量、可以检漏、量程范围宽及启动排量小等特点，通过温度、压力、流量三参数，能客观地反映井下各层的流量，避免人为因素影响，可完成分层测试的全过程测量，满足了油田开发的监测要求，适合在分层管柱的测试中使用。

篇（10）

中图分类号：TH714 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0129-03

Abstract：Controling and measurement of water for agricultural irrigation widespread inefficiency， high accuracy is not the situation， based on multi-channel ultrasonic transit-time flowmeter design and complete hardware design and software design. Program uses a high-voltage power driver ultrasonic transmitter circuit， for receiving and processing signals from the microprocessor Cortex-M4k60 be calculated according to the signal information， the conclusion that the open channel flow measurement.

Key Words：Multi-channel ultrasonic flowmeter， Time difference method， High voltage power driver

超声波传播的方向性好，穿透能力强，接收的时候容易获得集中的声能，它在液体中传播距离远。超声波明渠流量计作为一种非接触式测量设备具有很好的发展前景。

1 超声波明渠流量计测流原理

时差法测流就是利用超声波脉冲在流体中顺流与逆流传播的时间差来测量流速，此流速与截面积的积就是所测的流量，工作原理如图1所示。

在图1中，1和2均为超声波传感器，3为测流截面。L是超声波传播的距离即声程。开始工作时，顺流方向传感器1向传感器2发射声脉冲，测出传播时间。逆流方向传感器2再向传感器1发射声脉冲，测出传播时间。则该水层平均流速为：

（1）

两个换能器安装在河流两边，声波传输时通过整个断面，实际传输速度受断面上这一水层所有水流速度影响。根据测得的时间差得到的是断面这一水层的平均流速。由此可以根据所测的各个水层平均流速资料推求整个断面平均流速。在测速的同时测量水位，由水位计算过水断面面积S。在简单的情况下，可用的方法计算流量。式中的k是断面流量系数，断面平均流速。

2 系统方案设计

一般来说渠道中的流态比较复杂。一方面，从渠底到水面流速呈不均匀分布；另一方面，当渠道的上游有转弯或分水口时，水流会产生横向流，为消除横向脉动流等影响，提高测量精度，一般采用多声路的布置方式，根据我国的灌区特点，一般采用三个声道的超声波流量测量系统，其现场工艺如图2所示。

如图2所示，多声道的超声波流量计是通过精确地测量各声道上超声波沿水流顺向及逆向传播的时差，用加权积分的方法计算出流量。多声道超声波流量计测流原理与单声道超声波流量计基本相同，只是测流时在流量的断面上布设了多个传感器。其中每个声道的工作原理框图如图3所示。系统主要由电源、微处理器部分、超声波发射电路、输入保护电路和放大滤波电路构成的信号调理电路、显示电路、通讯电路、传感器等部分组成。其中， 发射部分和接收部分是超声波测厚的重要组成单元，它完成从超声波发射和接收到检测、放大滤波等一系列超声波信号在流量中的模拟部分的信号处理。

3 系统硬件设计

3.1 信号发射模块

在发射电路的设计中，由单片机单个I/O引脚触发激励脉冲信号，单片机激励的信号脉宽大致为400ns，幅值为5V，由于激励电路中采用的是FQPF4N90C N沟道增强型功率场效应管，单片机I/O口的信号不足以驱动其通断，所以设计中选用了MAX4420作为驱动芯片，它是一款单功率金属氧化物半导体场效应管驱动器，用于TT/CMOS输入信号转换为高压/大电流输出，信号经MAX4420放大后，促使FQPF4N90C导通，由于高压已经对电容C3充好电，所以电容将会通过电路瞬间放电，在超声波探头上产生高压窄脉冲信号，压电晶片将电能转换为声能（机械能）而产生超声波信号。电路图如图4所示。

电路具体的工作原理为：在没有激励发射脉冲时，高压电源HVCC通过电阻R3和R4对能承受高压的电容C3充电，使其两端的电压差达到高压电源的输出值。当发射激励脉冲到达后，场效应管FQPF4N90C瞬间导通，C3通过FQPF4N90C向后续的电路进行快速放电，产生负向的脉冲瞬间作用在超声波探头上，使其快速发生压电变换，激励出高能的超声脉冲。

3.2 信号接收模块

在超声波测流电路中信号接收模块主要对超声波探头的回波信号进行处理，包括限幅、放大、滤波、检波和比较，输出的信号直接传到单片机，由单片机判断信号的变化并识别回波信号。

3.2.1 输入保护电路

在超声电路中，在使用高压窄脉冲激励超声波探头时，激励信号同时也会附加到后面的接收电路上，如果不能对此信号进行过压保护即限幅，高压信号将可能损坏接收电路中的一些精密的元器件，不能正常接收到信号，从而造成误判。

设计中，主要采用二极管并联限幅保护电路，电路如图5所示，反向二极管分别能对正向和负向的大脉冲信号进行限幅，保护后面的接收电路，同时也提高了超声波接收电路反应的灵敏度。由于超声信号频率较高，这要求限幅二极管具有较高的反应速度和承受0-800V的正或者反向电压，在设计中采用反向并联2个1N5817以达到限幅的作用。

3.2.2 增益放大电路

由于探头接收到的回波信号是比较微弱的高频信号，所以用高频放大电路来对回波信号进行放大。设计中采用AD620对回波信号进行放大，电路如图6所示。在增益设置上，使用一个外部电阻器便可把增益精确的设置在1到1000倍，并能保持其最大误差在±0.3%之内。

3.2.3 滤波电路

因为超声波激励及回波信号都属中高频段，所以在对信号放大的过程中会在信号中附加上一些高频干扰和噪声，这些干扰不但存在而且其幅度相对有用信号很大影响后期的信号处理，滤波电路用来对大噪声进行滤除。设计中主要采用MAX4104ESA对噪声进行处理，电路如图7所示。

在不同频率输入下的滤波结果仿真如图8所示（左图输入频率 500KHz，右图输入频率2MHz，图中幅值较小的波形为滤波后的信号）。

3.2.4 检波电路

信号经过滤波后，仍存在震荡，对信号进行检波，以改善信号的平滑度，设计中选用1N4148二极管与电阻电容构成检波电路，如图9所示。

在高频输入下检波仿真结果如图10所示（图中正弦波为输入信号、频率为500KHz，幅值为4.2V的波形为检波后的信号）。

3.2.5 比较电路

设计中采用高速、低功耗比较器MAX913进行电压比较，电路如图11所示。在Protues下仿真结果如图12所示（图中正弦波为输入信号，频率500KHz，直流波形为基准电压，方波为输出信号）。

3.2.6 通信电路

由于控制芯片串口类型为TTL，为使电路能够接入RS485总线。所以设计中采用MAX485作为通讯芯片，P23可与单片机IO口连接，P23为高电平时，MAX485处于发送状态，单片机将串行数据送至TXD引脚。P23为低电平时，MAX485处于接收状态，单片机从RXD引脚接收串行数据。

3.3 显示模块及功能键

为了全面直观的显示信息，选用EDM12864P液晶显示模块。

EDM12864P是+5V电源供电的128*64点阵式图形液晶显示模块。功能键单元主要是完成参数设定、数据的输出、显示和传送等功能。

4 实验结果及分析

在系统设计中，驱动的窄脉冲信号由单片机I/O引脚提供，可使脉冲的脉宽最小保持为一个机器周期的时间，单片机输出小脉冲信号后，经MAX4420放大信号驱动场效应管导通，电容通过电路进行快速放电，在测试中，使用了150V的电压对电容进行充电，满足探头2.5MHz的中心频率。探头受到脉冲的激励，会产生 阻尼震荡，用数字示波器观察到的效果如图13所示。

通过实验发现，超声波流量计在进行流量测量时还存在一定的误差，误差取决于数据的线性度和修正系数的准确性。误差是由超声波信号的时间差和超声波在水中的声速影响的。在测流中可以改善信号的处理结构和降低噪声来提高时间差的测量精度，而声速则与液体的温度和压力有关，消除温度和液体压力带来的误差则大大增加了软硬件设计的难度，另外渠中水的流态，如层流和湍流也影响着测流的准确性。

6 结语

针对农业灌溉用水测量普遍存在着效率低下、精度不高的状况，设计了多声道超声波流量计设计方案，并完成了硬件及软件设计。此方案能广泛的适用于灌溉用的明渠流量测量，也可以用于管道流量测量，在实际的测试中，程序无出错率，很好的达到各种测试的目的。在测试中，各个模块都能顺利的采集到相应的数据并在接收到上位机的读取指令后自动向上位机返回数据值。

参考文献

[1]吴斌，赵刚，夏冰.浅谈超声波流量计的分类和实际应用[J].中国计量，2006，（11）：53-55.

[2]徐方明，夏洲，朱浩，等.基于FPGA的多声路超声波流量计设计与实现[J].水电自动化与大坝监测，2014，（02）：25-27.