[其他]插入式超声流量计

说明书

本实用新型为一种用超声波测量液体流量的非接触式流量仪。

现有的超声流量计都采用发送器、接收器和设在所测液体流程二端的两只传感器来收发超声波，并通过收发转换电路交替变换超声波传播的方向，通过测取液体流速造成的超声波顺液体流动方向和逆液体流动方向传播的速度差来测取流速，从而测取流量。对这个微小的、可变换为时间差或频率差的速度差，现有技术均采用锁相技术来倍频以提高测量精度。用于频差的称为PLL（相位锁相环）方式，用于时差的称为TLL（时间锁相环）方式。其倍频原理图如图1所示，其中：〔u_i〕——输入信号；〔u₀〕——输出信号；〔1〕——缓冲器；〔2〕——鉴相器；〔3〕——低通滤波器；〔4〕——压控振荡器；〔5〕——分频器。由于收发换向造成的接收信号不连续，使得锁相系统经常处于失控状态，失控时间取决于收发换向的时间，至少有几十毫秒，失控时压控振荡器的频率远离额定频率，输出的误差较大。再加上失控到锁定的过渡过程，测量误差就相当大。同时，锁相电路较复杂，调整也困难。另外，现有技术在每次收发换向前，都连续循环收发一至十秒，在这样长时间的循环中，系统很难保证高的稳定性，也难免因偶然扰动造成大的误差。

本实用新型的任务是制造一种既有高的精度与稳定性，结构又简单的超声流量计。

上述任务是通过下列方案解决的。在原理上采用了多参比环频时差法。即，每次收发换向前，都由一个多参比触发脉冲信号控制收发系统，使其连续循环收发过程每进行数毫秒就出现一次间断，即短时停止。每二次间断之间的时间间隔相等，其间连续循环收发多次。而倍频原理图则如图2所示，其中：〔u_e〕——接收信号；〔φ〕——高频量化脉冲；〔1〕——双稳态触发器；〔2〕——N₀脉冲计数器；〔3〕——门电路。对接收到的顺液体流动方向传播（简称顺环）和逆液体流动方向传播（简称逆环）的超声波信号，由N₀计数器产生它们的等值脉冲N₀到达的时间差并用晶振产生的稳定的高频标准脉冲〔φ〕进行量化，然后根据量化脉冲数在微处理器中运算出代表频差的脉冲数N_i，从而获得稳定的高倍频结果。按多参比环频时差法建立的流量计算公式如下：

Q＝K（1＋τf₀）²f²₀M N_i

其中：Q——流量；

K＝πD³／（4N₀Sin2θ）——常数；

D——被测管道直径；

N₀——等值计数脉冲；

θ——流向与超声波传播方向的夹角；

τ——超声波在非流体介质内传播的时间；

f₀＝（f₁＋f₂）／2——静态环频频率；

f₁——顺环频率；

f₂——逆环频率；

M——脉冲量化系数

N_i——单位时间内得到的脉冲数。