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基于電壓調幅式的抗干擾超聲波流量計
發布日期:2019/11/25 11:13:53
超聲波由機械振動產生,其特點包括振動頻率高、波長短、定向傳播、穿透能力強。超聲波流量計是通過檢測流體流動時對超聲束的作用以測量體積流量的種儀表,時差法流量計是其中一種,是通過測量超聲波信號在氣體中順流和逆流傳播時間之差來求取流速,是一種非常理想的節能流量計。
 
流體流動的狀態不一定是理想的,所以要想提高流量計的測量精度就要提高對數據檢測的準確性以消除非穩態的影響。隨著高速集成芯片和模擬開關等硬件的引入,系統可以實現對過零點的準確檢測標記,整個檢測過程的精度由計時芯片和采樣芯片決定。隨著DSP和AD采樣在超聲檢測里的應用以及過零點曲線擬合的方法的使用,可以盡量提高數據處理精度。但通常要獲得越準確的波形數據,需要的ADC位數越高,而這與采樣率的指標存在矛盾,如果完全依靠數字化后的波形判定渡越時間,兼顧采樣精度和速率存在一定的難度。本研究的一種超聲波氣體流量計調幅式激勵電路和回波電路,在數字化判定波形特征點后,結合模擬電路進行過零點位置判定,可以在保證時間計量精度的同時維持較低的采樣速率要求。
 
1.超聲波流量計的工作原理
時差法超聲波流量計表體內超聲波聲道近似條直線,工作區截面如圖1所示。

在流體通過的管道上安裝有AB兩個成夾角θ(圖中的θ值為45)的超聲波換能器,設流體測量聲道截面的平均線速度為V,管道直徑為D,兩個換能器之間的直線距離為L,超聲波在靜止的流體中的速度為C。一東超聲波脈沖穿過流體傳播
V=0,t1=L/C
A到B即順流時超聲波傳播時間為
t2 =L/(C+Vcosθ)
B到A即逆流時超聲波傳播時間為:
t3=L/(C-Vcos θ)
 
通過實驗測得流體順流和逆流時數據,根據式(2,3可以得到不同情況下聲道截面上的平均線速度V。公式中L、C和θ均為已知,只要求得準確的2和t2就能得到準確的數據。所以確保流量計精度的關鍵就在于對渡越時間的準確采樣和處理。
 
2.基于電壓調幅的超聲波流量計實驗結論
實驗設計了基于電壓調幅的方法,具有較容易實現且后續數據采樣處理簡單的優點。標定實驗結果表明,該方法在一般流場下具有很好的測量精度,但同時也具有調幅方法共有的抗干擾能力差這個缺點。在工業環境中儀表會受到周圍的很多干擾,會給測量結果帶來很大的誤差,所以需要在抗干擾方面采取合適的措施,效果還需要在后續研究中驗證。
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