应用研究
超声波流量计的设计和应用
韦涛王炜煜董伟群
(菜芜钢铁集团自动化部山东莱芜271104)
摘要：本文简要介绍了超声波流量计的测量原理，并详细阐述了其系统的设计和安装应用。关键词：超声波流量
中图分类号：TP274 1、概述
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2012)04-0052-01
V为流速（单位：米/秒）。
超声波流量计是基于微处理器技术，自身完备的流量测量仪表，它由测量主板和两个传感器组成，具有高精度、高可靠性、高性
能、低价格的特点。 2、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，其传播时间的变化正比于液体的流速，零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同，液体流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间，其示意围如围1，其关系符合下面的表达式：
下游传感器
一绣保护屋
A
V
MD
A7
g 安装版，
图1
上路传感
sin 29~ Tup +Tdow
其中：9为声束与液体流动方向的来角
M为声束在液体的直线传播次数； D为管道内径；
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，
T=Tup-Tdown，为时差。 F = 900 ×× D° × V
其中：F为瞬时流量(单位：立方米/小时)； D为管道的内径(单位：米)；
年
国
2GSG
CaHa 国a 业
Cpu FG4617
图2
管封量滨间
2528#890
aa 器
3、测量主板的设计
事与度人
该设计的测量准确度为1.0%，测量主板的核心元件采用MSP430 FG4618低功耗单片机，其与周边电路共同组成了模拟信号的测量处理电路，电气原理图如图2所示。
测量主板的设计具有以下特点：
(1)每个周期采样次数为128次，4字节IEEE754浮点计算，测量结果稳定，准确度高。
(2)使用电气隔离的直流电源供电并加有防雷击保护线路，使主机可靠性和抗干扰性大大提高，在变频和高压条件下可以稳定工作。
(3)测量主机板上带有标准的隔离RS-485接口，能够同时支持 MODBUS，M-BUS两种标准协议。
(4)主板可以使用任何类型的传感器，包括外败式、插人式、几型管段式，标准管段式
(5)具有日月年累计流量自动记忆功能，上，断电时闻间和流量管理功能并可实现自动或手动补加。工作参数可固化到机内的
FLASH存储器中，上电时自动调出。 4、传感器的选择
传感器可以选择外数式、插人式和管段式。其中外敷式分为：标准S1型，适用管径DN15~100mm；标准M1型，适用管径DN50~ 700mm；标准L1型，适用管径DN300~600mm。插人式管段式分为：卫生型：适用DN25~DN80，整机测量精度±0.5%，温度0~160C， Ⅱ型：适用DN15~DN40，整机测量精度±0.5%，温度0~160C，标准型：适用DN50~DN1000，整机测量精度±0.5%，温度0~160C。插人式测量管道材质不限，适用于管径DN80以上，温度0～160C。
5、传感器的安装
为了保证测量精度和稳定性，传感器的安装点应选在在流场分布均勾的直管段部分（安装时管道中必须充满液体），必须遵循以下原则：
(1选择充满流体的材质均勾质密、易于超声波传输的管段，如垂直管段或水平管段，
(2)安装距离应选择上游大于10倍直管径、下游大于5倍直管径以内无任何阀门、弯头、变径等均勾的直管径，安装点应充分远离闵门、泵、高压电和变频器等干扰源
(3)避免安装在管道系统的最高点或带有自由出口的垂直管道上（流体向下流动）
(4)对于开口或率满管的管道，流量计应安装在U型管段处。(5)两个传感器必须安装在管道轴面的水平方向上，并且在轴
线水平位置土45"范图内安装，以防止上部不满管、气泡或下部有沉淀等现象影响传感器正常测量。如果受安装地点空间的限制而不能水平对称安装时，可在保证管内上部无气泡的条件下，垂直或有倾角地安装传感器。
用途 6、
该设计测量精度高、稳定性强、通讯协议灵活、安装方便。可广泛应用于石油化工，冶金、电力、水利、自来水公司、能源监测等几乎所有液体的在线计量与系统监测，实现各类流体的流速、流量、累积量的计量与监测。