新型超声波流量计

严锦洲，蒋念平

(上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海　200093)

0　引言

当前，国内城市供热行业形式严峻、能源浪费严重、采暖费精确收缴已经成为生产发展的难题之一，因此有必要研发一种精确测量热量的装置。文中研究的超声波流量计主要针对北方家用供暖计费场合的热量表中流量计设计，流速约为0．15～30 m3/h，热量的测量关键在于热水流量的精确测量，流量的测量模块就用超声波流量计。

超声波流量计[1-3]因仪表流通通道未设置任何阻碍器件，适合解决流量测量困难问题，特别是大口径流量测量中有比较突出的优点。在流量测量中具有重要的作用。但是由于超声波流量计采用多普勒法测量流速，目前超声波流量计多采用时差法[4-5]，在顺逆流时间的测量精度不高导致了测量偏差较大，为了解决此现象，文中采用高精度器件GP21[6]作为超声波收发装置，数据处理中采用先标定后测量的方法，再加上软件滤波算法技术，提高了测量精度。

1　测量原理

流量测量模块采用时差法原理[7-9]。如图1所示，1为进水口，5为出水口，2、4为超声波换能器，3为超声波传播通道。超声波从换能器2发射，经过管壁反射，到达换能器4，此称为顺流传播时间tup，反之称为逆流传播时间tdown．当介质流动的时候，与介质静止的时候相比，tup会变小，tdown会变大。两值差异越大，介质流速越大。有以下计算流量的公式：

(1)

式中：q为流量；l为超声波传播声程；A为管段截面积。

图1　管段剖面图

可见对于流量测量模块而言，输入的变量只有tup，tdown，流速一般为0．15 ～30 m3/h，Δt=tup-tdown约为5～850 ns．因此准确测量顺逆流时间对于系统精度而言是极为重要的。……