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2013年第7期
仪表技术与传赢器 Instrument Technique
andSensor
基于多普勒原理的管道流量测量系统的设计
孙新新"，翟媛媛”，常堂
710043）
（1.西安航天计量测试研究所，陕西西安710100;2.陕西黄河集团有限公司，陕西西安
2013 No. 7
摘要：流量计量是计量科学与技术的重要组成部分，且应用广泛。与其他类型流量计相比，超声多普勃流量计具有非接触、高分辨率以及对流体的压力、粘度和温度因素不敏感等优点。丈中采用多普勃法实现流量测量，建立了流速、体积流量计算模型，采用了以数字信号处理器(DSP)为信号处理核心的超声多普勤流量测试系统的设计方案。对测试系统部分硬件电路进行了介绍，并分新了主程序设计。对测试系统进行了调试研究。结果表明，该系统达到了拟定5%的精度要求，且稳定性较好。
关键词：管道流量；多普勃效应；测量系统；数宇信号处理
中图分类号：TH814
文献标识码：A
文章编号：10021841(2013)07009203
DesignofPipelineFlowMeasurementSystemBasedonDopplerEffect
SUN Xin-xin',ZHAI Yuan-yuan",CHANG Ying'
(1.Measuring and Testing Institute Under Xi'an Aerospace Corporation,Xi'an 710100,China;
2. Shaanxi Huanghe Group Company ,Xi' an 710043,China)
Abstract: Flow measurement is an important part of measuring science and technology, and it' s extensively used. Compared with other kinds of flowmeters,ultrasonie Doppler flowmeter's outstanding features are non-contact, high resolution, and being in-sensitive for fluid pressure, viscosity and temperature and so on. The design proposal that DSP was the core of signal process was employed, Part of hardware circuit was introduced. Main program was analyzed. The system was tested and researched. The results
show that ultrasonic Doppler pipleline flow test system attain the required precision of 5% and the stability is good. Key words: pipeline flow; Doppler effect;test system;digital signal processor
引言
流量测量仪表是工业自动化仪表中品种最多的一类。目
前，国内使用的流量计主要有：差压式流量计、容积式流量计、转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计和超声流量计等。在各生产行业中，由于液体介质的多样化，特别是对具有强腐储性，有硬颗粒等恶劣工况条件的流体，接触式原理流量计的运行寿命短，测量精度低，基至无法工作，非接触式仪表超声流量计应运而生。近年来，在流量计量中，特别是恶劣工况条件下或大口径管道的流量计量中，超声流量计已经逐步取代原来的差压流量计、涡轮流量计、电磁流量计，其最显著的特点是非接触测量。
国外生产的超声多普动流量计虽然技术先进，精度高，但是价格昂贵，而国内生产的超声流量计主要集中在时差法流量计，鲜有成型的超声多普勘流量计产品(1-2)，因此，需要自主开
发一种高精度的超声多普勒流量计。流量方程
设发射探头向流体发射超声波的频率为，接收探头收到的超声波频率为，超声波在被测流体中的传播速度为C颗粒随流体以速度运动，超声波束与流体流向之间夹角为6，下面推导多普勒赖移与流体流速之闻的关系。
当超声波束在管道中心轴线上遇到一颗粒，该颗粒随流体
收稿日期：20120425
收修改稿日期：20130426
以速度&一起运动，如图1所示[3]。对超声波发射探头面言，该颗粒是以速度ucos9运动的，所以颗粒收到的超声波频率应低于发射的超声波频率，得到颗粒所接收到的超声波频率为：
e=f(1_±c088)
(1)
粒子又将超声波束散射给接收探头，接收器相对于粒子是静止的，这种情况可以看作是：粒子以cosg速度运动，而接收探头是静止的，这时接收探头所接收到的频率可表示为：
射探头
图管型
固体颗粒或气滤
管通
图1多普勒法测量原理图
x=fu08(6)
=fo
e+uc068
把式(1)代人式(2)得到：
C-uc0s6 f=f
+0086
(2)(3)
接收探头收到的超声波频率与发射探头发出超声波频率之差为多普动频移，即：