工业用超声波流量计系统原理

工业用超声波流量计系统原理

超声波流量计是容积式流量计，用于丈量液体、气体或蒸汽的流量。它们常用于油气、制药、食品饮料行业。流量计使用飞翔时刻或多普勒技能丈量流量。超声波流量计采用时差式丈量原理：一个探头发射信号穿过管壁、介质、另一侧管壁后，被另一个探头接纳到，同时，第二个探头同样发射信号被第 一个探头接纳到。由于遭到介质流速的影响，二者存在时刻差Δt，根据推算能够得出流速V和时刻差Δt之间的换算关系V=(C2/2L)×Δt，进而能够得到流量值Q。

采用飞翔时刻原理的流量计有一对或多对传感器。丈量超声波沿两个方向的发射时刻，由此便可核算流量。这种技能通常需求相对纯洁的介质，颗粒量应小于5%。它能够完结优于1%的精度。

采用多普勒办法时，超声压力波被流体中的运动颗粒反射。这些颗粒的速度在回波信号中产生一个多普勒偏移，由此便可断定流量。在实际使用中，这种丈量办法的精度通常不超越3%。

超声波流量计包括电源、传感器鼓励、信号调度、模数转转器、处理器、显示屏、键盘和多种通讯选项(如4 mA至20 mA、HART、RS-485、无线等)。

工业超声波流量计系统规划考虑和首要挑战方向

本解决方案指南重关键关注根据飞翔时刻原理的超声波流量计。下面所述的信号链适合要求较高性能的使用，尤其是具有多对传感器的使用。除了需求完结较高丈量精度以外，这些规划常常还有适当严厉的空间约束。

液体超声波流量计常用MHz超声波频率。系统精度与上游和下游飞翔时刻丈量的精度直接相关。因此，一般使用FPGA来操控发射和接纳脉冲的时序。此外，必须认真对待发射和接纳信号途径推迟的任何可能偏差。

另一个重要方面是接纳信号链需求高增益。此增益需求动态可调以适应不同的活动条件和管道尺寸，典型范围是60 dB或更高，因此需求低噪声的接纳信号链途径。传感器鼓励能够是开/关式，或许波形发生器。波形发生器通常会添加成本和复杂度，但用户能够更好地操控输出信号，完结更、更鲁棒的流量计规划。信号处理需求很多滤波和FFT分析以断定接纳信号的时刻戳，这能够使用DSP处理器完结，它还能支撑所需的接口协议。