2、时差超声波流量计测量原理

　　使用超声波束从流动的液体向流动的水和逆流传播所需的时间是不同的，如图1所示。f，j是交替发射和接收超声波的超声波转换器。设置下游时，超声波传播的时间是t1，反流时超声波传播的时间是T2

　　:D是直径。θ是超声波射线与管道轴之间的角度。u是流体的平均流速。C2是超声波在流体中的传播速度。τ是超声波在声学和管道壁上的传播时间与电路延迟时间之和。

　　通过测量时差，可以得到流体速度u。

　　3、转换器结构和波形转换问题可在图1中看到，*折射面上入射角为α的超声波纵波会在管道壁上产生纵波和横波两种波形。在管道壁和流体接口中，这两个波形都转换为两个纵波，并在流体中传播。两个宗派在相对的管道壁上转换为两个宗派和两个横档。为了提高转换器接收信号的可选性，通常选择入射角α大于*阈值角并小于第二阈值角，以便转换器仅接收一束超声波。如果管道是钢管，转换器使用有机玻璃作为声学导向，通常选择28.7 40，r默认情况下保持在90%左右。因此，要想提高超声束从管壁到液体的透射率，必须在钢管壁上将超声束的入射角保持在30左右，但此时超声波是以从图1、θ=90-β、耦合公式(3)中获得的液体折射角度β~ 14来测量的，在这种情况下δ t会减少，因此为了获得特定的测量精度，必须提高电路的测量精度(例如D=25mm管道，电路测量精度必须在纳秒(ns)级需要指出的是，在现代电子技术中，入射角约为30，管道壁薄时，在管道壁上反射的两个梁波(图4中的1，2个梁波)的间隙很小，转换器同时接收到，这可能会影响测量精度。对壁厚为4mm、直径为25mm的钢管进行了实验，结果显示，入射角为30，芯片直径为30mm以上的转换器难以接收到一束波浪，因此必须相应地减小转换器晶片的大小。减小转换器芯片的大小会减少传输信号，但如果传输速率较大，接收信号会接收入射角大于45，大型晶片转换器会接收到接收信号(实验结果显示，入射角为30，芯片直径为20mm的转换器，接收信号大于入射角大于45，芯片直径为30mm的接收信号)。入射角为30的转换器透射率高，能量损失小，因此可以降低激发电压。入射角为45的转换器透射率较低，因此可以使用增强的激发电压来提高接收信号强度。

　　超声波转换器选择振动频率的超声波流量计的发射转换器通常以脉冲方式工作，超声波转换器受脉冲刺激时，转换器的压电陶瓷会根据固有频率振动，从而发射超声波。压电陶瓷的固有频率对流量测量有重要影响。一般来说，接收到的超声波是一束波，如图5所示，为了提高时间测量的准确性，经常选择流向发射和逆流发射情况下特定波的上升作为时序切削的闭合脉冲(图5中的“×”位置)。如果超声波从正弦状态升级到缓慢的连续曲线，从而导致频率低，则接收回路中的错误会导致图5中“×”的位置沿时间轴偏移，从而降低计时精度。要提高计时精度，必须选择高频转换器，但频率过高会增加电路设计的困难。频率通常根据管道直径选择，并选择高频转换器，而不是选择直径较大的低频转换器。频率范围通常为0.5到2MHz。

　　根据本论文的分析，入射角为30的转换器适用于透射率高、能量损失低、激发电压小、使用交流电源不方便的便携式超声波流量计。入射角为45°的转换器，透射率小，但可以增加转换器晶片的大小，提高激励电压，非常适合于固定式或可使用交流电源的便携式转换器。转换器的频率应根据管道直径选择，大直径应选择低频率，反之亦然。