传感器作业..docx

《检测技术》课程设计题目：超声波流量测量姓名：李宇翔学号：031110330学院：自动化专业：自动化班级：0311103指导教师：黄玲日期：2014.6.151 绪论我国水资源相当匮乏，分布也不平横，随着国民经济的发展，我国水资源越来越珍贵，水的价格也越来越高，对水量的计量精度要求也越来越高，特别是对大型引水、城市供水等大流量计的计量，要求流量计的精度很高，因为很小的测量误差就会产生很大的流量误差，因此带来的直接经济利益是一个很可观的数目。因此需要有高精度、大流量、使用方便、价格合理的水流量计。1.1 超声波流量测量技术发展概述超声流量测量技术的基本原理是利用超声波在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的。利用超声波测定流速、流量的技术不仅应用在工业生产方面，而且在医疗、海洋观测及各种计量测试中都有着广泛的应用。1955年，世界上第一台超声波流量计在美国诞生，它使用的技术就是“呜环”时差测量法，用于航空燃料油流量的测量。上个世纪70年代中后期，基于大规模集成电路技术的飞速发展，商精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的PLL（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定性和可靠性得到了初步的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法。同一时期，前苏联科技工作者对管道内流体的流速分布规律进行了大量深入细致的研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流状态和絮流状态，并给出了层流状态与絮流状态下流速分布规律的理论分析，提出了流量修正系数及其理想状态下的理论计算公式，为超声波流量计进一步提高测量精度打下了坚实的理论基础。至此，超声波流量计的研究和应用才蓬勃发展起来[1]。进入80年代中期，超声波流量计的实现方法已不仅仅局限于时差法和频差法两种方法，由于电子技术及其相关理论的飞速发展，超声波流量计的种类越来越多，又出现了射束位移法、多普勒法、相关法及噪声法等。到了80年代中后期，单片机技术的应用使超声波流量计向高性能、智能化方向发展。由于使用了单片机作中央处理单元，系统不仅可以进行复杂的数学运算和数据处理、进一步提高了超声波流量计的测量精度，而且还能够设计出友好的人机界面,使系统具有参数设置、自动检错排错功能以及其他一些辅助功能，大大方便了用户的操作和使用。单片机在超声波流量计中的应用，使超声波流量计开始真正进入工业测量领域[2]。最近10年来，基于高速数字信号的处理技术与微处理器技术的进步，基于新型探头材料与工艺的研究，基于声道配置及流体动力学的研究，超声波流量测量技术取得了长足的进步，显示了它强劲的技术优势，形成了迅猛发展的势头，其潜在的巨大的生命力是显而易见的。超声波流量计的发展历史来看，美国最早着手这方面的研究，而且很快就有产品投入使用。前苏联以及西欧各国也很快很早就开始从事这方面的研究，前苏联的科学工作者广泛地对流量测量理论进行了研究，讨论了流速分布中的流量补偿系数问题，并且提出用多路超声波流量计解决流场畸变对测量精度的影响，为超声波流量计进一步提高精度打下了坚实的基础，但在实际应用方面远不美国那么活跃。日本是超声波流量计研究的后起之秀，在消除管外传播时间、提高一起精度和缩短响应时间方面有独到之处。我国的超声波流量计研究工作虽然起步比较晚，但是由于广大科技工作者的努力和引进国外先进的技术，国产的超声波流量计已经开始批量生产并投入使用了。目前，国内超声波流量计生产厂家主要有上海自动化仪表有限公司、唐山汇中仪表有限公司、唐山大方电子技术有限公司、大连索尼卡电予有限公司、大连长风电子有限公司、北京衡安特测控技术有限公司等。国外著名的品牌有日本的富士，美国的宝丽声、康创，英国的梅克罗尼等。其中美国的宝丽声公司的必威体育精装版一代DDF系列超声波流量计使用了技术DSP进一步提高了超声波流量计的灵敏度和抗干扰能力,其可测的最小管径为0.006米[3]。2.超声波流量计的分类和实现原理介绍1.1分类和基本原理按测量原理分类有：①传播时间法；②多普勒效应法；③波束偏移法；④相关法；⑤噪声法。其中以噪声法原理及结构最简单，便于测量和携带，价格便宜但准确度较低，适于在流量测量准确度要求不高的场合使用。由于直接速度差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照探头的配置方法不同，传播速度差法又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大。多酱勒法是利用声学多普勒原理。通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普勒频移来确