超声波流量计主机与探头原理探讨  二十二

平行安装的超声波换能器位于管道轴线上，理论上讲，声波在管道的径向穿过流体截面的次数越多，其测量准确度就越高，但是换能器安装在管道轴向中心一方面会严重扰乱流场的分布，另一方面其测量的流体流速不具有整个流束截面的代表性，所以是不可取的；Z 型安装的声传播路程较短，传播时间不易测量，会限制流量计在小管径上的应用；而V 型结构既保证了波的传播方向又可以扩大声程，是现在国际上流行的两个换能器安装在同一侧的设计。

所以，在本设计中，我们的换能器将采用单通道（即只采用一对探头）V 字型安装，这样不仅可以提高系统的分辨率，而且单通道形式可以消除由于双通道换能器参数不对称等引起的一些附加温度误差，特别是单通道的发射器、接收器安装在管壁同一侧，让超声波在管壁对侧反射一次的方法还可以减少流速断面分布不均匀的误差，另外这种方法也可以减少超声波在声道中多次反射引起的对测量的干扰。

3.2 测量原理

3.2.1 超声波流量计声学原理

如2.3 节所述，当管道中流体以速度v 流动时，超声波信号在流体中的顺、逆流传播时间分别为1 t 、2 t ， 但是，由式（3-4）我们可以看到流体的流速v 与超声波速度C 有关，而C 又受温度、水深等物理参数的影响，如果直接利用式（3-4）进行流量计算势必会造成比较大的误差，因此，可以采用改进型时差法，利用数学变换将影响测量精度的超声波速度C 剔除。

（3-7）与（3-4）相比，消掉了超声波速度C 这一项，因此，改进后的时差法公式消除了C 对测量结果的影响，从理论模型上提高了流速的测量精度。

超声波流量计