超声波流量计使用编码技术的探讨 十三

2．2时差法超声波流量测量

2．2．1时差法流量测量原理

当介质流动与超声波传播速度顺方向时，超声波传播速度与介质流动速度的分量叠加，使其真实传播速度增加；当介质流动与超声波传播方向逆方向时，超声波传播速度需抵消部分介质流动速度的分量，使真实传播速度减小。时差法是在被测流体内放一对超声波发射／接收传感器，分别在顺流方向和逆流方向发射超声波信号，测量接收到信号的传播时间差。

超声波声速与被测介质温度有关，因此介质流速与时间差并非线性正比关系，计算时要进行温度补偿，但是在一个很短的测量时间内，可认为温度变化不大，c是常数。

2．2．2时差法流量计算方程

超声波气体流量计测得的是沿声道上的流体平均流速，由流体力学可知：在流体流速较大或粘性较小时，流体的流动呈湍流状态，其管内流体沿横截面流速分布呈对数速度分布，比层流状态时的抛物线速度分布要均匀得多。所以超声波流量计适宜应用在湍流状态流体中，以减少由于流速分布不均匀而引起的测量误差。

2．2．3时差法误差分析

本课题在过程控制流量实验室气体流量实验装置的DNl 50管道上进行实验，管道上的稳定气体截面平均流速范围是0．79m／s-47．1 8m／s。因为气体流速越大时，越容易测量，所以可选择在0．8m/s-10m/s流速范围内设计测量系统。

温度以室温25度来计算时，温度每变化1度，产生的流速误差是O．33％。声程长度采用卷尺和游标卡尺结合的测量方式，以212．1mm计算时，声程变化lmm，引起的流速误差为0．47％。安装角度通过精准测量加工而成，以理论值45度计算，偏差O．1度时，引起的流速误差为O．17％。由分析可知，温度、声程长度、安装角度引起的测量误差对流量测量的精度影响很小，测量时间是影响流速精确测量的主要原因。

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