速度差法超声波流量计硬件延时误差分析及对策

一2017年一第3期

仪表技术与传感器

Instrument一Technique一and一Sensor

2017一No.3一

基金项目:国家自然科学基金项目(11272223);国家自然科学基金青年基金项目(71401123);天津商业大学青年基金项目(160112)

收稿日期:2016

-05-10速度差法超声波流量计硬件延时误差分析及对策

李一蕊,刘一冰,杨一佳,周一莹

(天津商业大学机械工程学院天津300134)

一一摘要:基于速度差法超声波流量计的测量原理,分析了硬件延时对测量精度造成的误差三提出可采用二次回波法和声速法来提高测量精度,利用数学模型分析2种方法的可行性,最后通过实验验证这2种方法,实验结果表明二次回波法和声速法对提高了超声波流量计测量精度的可行性和有效性三关键词:超声波流量计;速度差法;硬件延时;二次回波;声速;误差分析

中图分类号:TH814一一一文献标识码:A一一一一文章编号:1002-1841(2017)03-0045-04

Error Analysis and Countermeasure of Hardware Delay of Ultrasonic Flowmeter in Speed Difference Method

LI Rui,LIU Bing,YANG Jia,ZHOU Ying

(School of Mechanical Engineering ,Tianjin University of Commerce ,Tianjin 300134,China )

Abstract :Based on the measurement principle of ultrasonic flowmeter in differential velocity method,the error of the meas-urement accuracy caused by the hardware delay was analyzed.It is presented the second echo method and the sound method can improve the measurement accuracy.It applied mathematical model to analyze the feasibility of the two methods.Finally the two methods were verified through the experiment,and the experimental results show that the feasibility and effectiveness of the sec-ondary echo method and the sound velocity method to improve the measurement accuracy of the ultrasonic flowmeter.Keywords :ultrasonic flowmeter;speed difference method;hardware delay;second echo;sound velocity;error analysis

0一引言

速度差法超声波流量计是利用声波在顺流方向与逆流方向的传播速度差来反映流体流速的精密流量计量仪表三其能够实现精确计量的关键在于精确测量声波在顺流方向与逆流方向的传播时间三为提高超声波流量计的测量精度,很多专家学者在各个领域进行了研究,并提出了一系列的改进方法,如峰值检测法二双门限测量法二双阈值比较法二自适应门限触发法二信号质量判断机制等[1-8],这些方法提高了超声波流量计的测量精度,也有一些学者通过数学分析及数字算法得到了提高超声波流量计精度的方法[5,9-16]三但对于速度差法测量中的硬件延时问题,尚没有很好的解决方案三本文针对此问题,提出采用二次回波法和声速法2种方法,用于提高速度差法超声波流量计的测量精度三

1一速度差法超声波流量计测量原理

如图1所示,速度差法超声波流量计有相对放置

的2个超声波换能器A,B,交替发出超声波,超声波发射点与接收点之间的距离为L ,超声波传播路径与流体轴向的夹角为?,管道截面直径为D ,流体的轴向平均流速为v

图1一速度差法超声波流量计测量原理图

根据速度分解原理,顺二逆程声速可表达为:

t up =

L

c +v cos ?(1)t down =

L c -v cos ?

(2)

式中:t up 为超声波在流体中顺流传播的时间,即换能器A 发射超声波,换能器B 接收超声波;t down 为超声波在流体中逆流传播的时间,即换能器B 发射超声波,

换能器A 接收超声波三

由式(1)二式(2)可导出超声波信号在顺流方向与逆流方向的速度差公式为

万方数据

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