时差法超声波流量计_2006_硕士论文-

重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被供水、石油、化工、电力等部门广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。

本论文通过充分调研及查阅大量的文献资料，选择时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究，并设计了具体的硬件电路，主要工作及创新有：

1.研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式；

2.针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响；介绍了几种常用提高超声波测时精度方法的同时，讨论并采用了超声波时差测量的新方法——多脉冲测量法的原理和应用；

3.结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行了详细的分析和设计，讨论了器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了匹配性能良好的发射、接收电路；在信号调理上，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路来提高信号的可靠性；而且，采用主从单片机协同工作的方式，提高了系统的稳定性；在软件方面，给出了系统的软件流程图并较详细地叙述了算法的实现；

4.针对流量计的工作环境，对流量计系统的抗干扰性进行了研究，并采取了相应的软、硬件措施；

5.对造成超声波流量测量误差的各种因素进行了详细的分析、研究，并应用误差理论，对时差法超声波流量计的各种可能的误差进行了误差分配和合成；对硬件电路和软件进行了试验性的验证，给出了实验结果。

关键词：超声波流量计，时差法，传播时间

ABSTRACT

Ultrasonic flowmeter has been widely used in waterworks,oil industry,chemical industry and electric power plant in virtue of its many advantages,such as non-contact, wide measurement scope,convenience of installation,especially acceptable for measurement of large flow and flow in dangerous environment.However,the ultrasonic flowmeter develops just some ten years,and has some disadvantages,thus it is necessary to make modification and advance.

After deep market investigation and many references about the ultrasonic flowmeter,we choose time-difference-type ultrasonic flowmeter for our study objects. The article makes deep theoretical research on the problem of improving accuracy, stability and reliability.In addition,it supplies the designs of circuits.Generally,there are five parts as the following:

1.Expouded the principles of some ultrasonic flowmeter,especially about the time-difference-type ultrasonic flowmeter;researched the transducer the propagation character of ultrasonic in fluid.Then the ultrasonic flowmeter was corrected according to the theory of hydromechanics and physics,and calculation formulae of the flow revision coefficient are given under different state.

2.On account of the problem that the accuracy of traditional ultrasonic flowmeter is easily influenced by temperature,adopt an improved algorithm which can avoid the influence on accuracy by temperature variation to some extent;introduce several means about precise measurement on propagating time,meanwhile,discuss the theory and application of a brand new measurement method--the multi-beams method deeply.

3.Taking the study into consideration,analyze and design the hardware circuit of flowmeter in detail,discuss some technical matters such as chip selection and parameters calculation,design a better matching emitting and receiving circuits,use routine filter circuit and automatic gain control circuit to adjust signal;furthermore, with the help of double MCU,the resist ability of system to disturbing is improved strongly.In software,the soft flow chart of system and the design idea of the system are given.

4.Considering the environment the ultrasonic flowmeter worked,the anti-jamming of the flowmeter system are discussed,and the corresponding methods of soft and hardware are adopted to minish or remove the interfere.

5.Analyze and study various error source which appear in ultrasonic flowmeter working environment and in installation process.According to the distribution principle which is to stress main errors,compose all possible errors.

Keywords：Ultrasonic Flowmeter,Time Difference Method,Travel Time.

1.绪论

1.1流量计的发展概述

自古以来流量测量都是人类文明一种标志，是计量科学技术的组成部分之一，它广泛存在于水利、化工、农业、石油、冶金以及人民生活各个领域之中，一直得到世界各国政府和企业的重视，而且重视程度一直在不断加强[1]。

早在公元前1000年埃及人就开始利用堰法测量尼罗河的流量来预报年成的好坏，古罗马人则在修渠引水中采用孔板测量流量。1738年，瑞士人丹尼尔·伯努利以伯努利方程为基础，利用差压法测量水流量；后来意大利人文丘里研究用文丘里管测量流量，并于1791年发表了研究结果；1886年，美国人赫谢尔用文丘里管制成测量水流量的实用装置。1911～1912年,美籍匈牙利人卡门提出卡门涡街的新理论；30年代,又出现了探讨用声波测量液体和气体的流速的方法，但到第二次世界大战为止未获很大进展[2]。

第二次世界大战后，随着国际经济和科学技术的迅速发展，流量计量日益受到重视，流量仪表随之迅速发展起来，测量仪表开始向精密化、小型化等方向发展。

为满足不同种类流体特性，不同流动状态下的流量计量问题，近30年来，先后研制出并投入使用的流量计有速度式流量计、容积流量计、动量式流量计，电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等几十种新型流量计。

目前国外投入使用的流量计有100多种，国内定型投产的也有近50种。随着工业生产的自动化，管道化的发展，流量仪表在整个仪表生产中所占比重越来越大。据国内外资料表明，在不同的工业部门中所使用的流量仪表占整个仪表总数的15-30％。

但是，由于流量测量技术的复杂化，以及科学技术的迅速发展向流量计量提出更新更高的要求，流量计量的现况远不能满足生产的需要，还有大量的流量计量技术问题有待进一步研究解决。目前主要存在如下问题：流量仪表的品种、规格、准确度和可靠性尚不能满足生产要求，特别对腐蚀性流体、脏污流体、高粘性流体、多相流体、特大流量、微小流量等，有待发展有效的测量手段。

我国开展近代流量测量技术的工作比较晚，早期所需的流量仪表均从国外进口，直到20世纪30年代中期才出现光华精密机械厂所制造的家用水表，50年代初有了新成仪表厂所开发的文丘里管差压流量计，60年代开始涡轮、电磁流量计的生产。至今，我国已经形成一个相当规模从事流量测量技术与仪表研发和生产的企业，从事流量仪表研究和生产的单位超过230家。目前我国的流量装置方面

与国际水平仍存在较大差距，现有产品的品种、规格、精确度和可靠性尚不能满足国内市场的需求，一些新型的流量计，如涡街流量计、旋进漩涡流量计、射流流量计等的技术水平与国际先进水平有较大的差距，需要有较充足的经费支持并通过艰苦的努力，才有可能达到国际先进水平[1]。

1.2超声波流量计概述

1.2.1超声波流量计的发展和现状

超声波流量计（简称USF）是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。

在国外，利用超声波测量液体和气体流量的研究已有数十年的历史。1931年，O.Rutten发表的德国专利是关于利用声波测量管道流体流量最早的参考文献[2]。但是要使超声波流量计具有一定的精度，要求对时间的测量精度至少达到107 秒，这在当时是很难达到的；50年代初，美国科研人员首次提出了“鸣环”法，就是通过多次循环将时差扩大在进行测量[3]，这种方法弥补了当时电子技术的不足，使得时间测量精度得以大大提高。1955年，应用声循环法的MAXSON流量计在美国研制成功，并用于航空燃料油流量的测量[4]，标志着超声波流量计已经由理论研究阶段进入工业应用阶段，但由于电子线路太复杂而未得到推广[5]。60年代末又出现了多普勒效应的超声波流量计。

进入20世纪的70年代以后，由于集成电路技术的飞速发展，使得高精度的时间测量成为可能，再加上高性能、工作稳定的锁相技术（PLL）的出现和应用，为超声波流量计的可靠性提供了基本的保证，同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法超声波流量计，这种流量计声速受温度变化的影响远小于时差法，灵敏度和测量范围也优于时差法，因而这种方法成为测量大管径大流量超声流量计的主要方案，但是仍无法保障小管径小流量测量时的精度。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作了大量深入研究，指出管道内流体流动存在两种状态：层流和紊流，并给出了层流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，超声流量计的种类也越来越多，相继出现了波束偏移法、相关法和噪声法。

20世纪90年代以后技术的革新，新材料、新工艺的不断涌现，智能化信号处理技术的发展，使超声波流量计的应用范围获得扩展，测量精度有显著突破，形成了迅猛发展的势头。超声波流量计早期应用局限在液体流量计量，近年国外气

体用超声波流量计发展很快，常用的可测气体有空气、沼气和氮气等。而国际上天然气工业的发展，更加促进了超声波流量计在气体的应用。英国市场已经在用超声家用燃(煤)气表大宗替换传统皮膜式家用煤气表，在中国市场，也有国内公司开始涉足这一市场应用。目前市场上管道式气体用的超声波流量计的最大管径可达到1100mm，最多的有6个声道，精度可以达到0.1的等级。夹持式气体用超声的管径最大可达到1500mm，最多可以有8声道，精度在0.5－1％测量值之间。近年国际市场较为引人注目的超声气应用，就是中国的西气东送项目。在这一世界最长的气体输送管线上，每年要输送超过40亿美金的天然气，总计有13套超声气体流量计在这一管线应用[6]。

随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。ARC（Auotmation Research Corp）2001年给出2001-2005年超声波流量计的年复合增长率（Compound Annual Growth Rate,CARG）为10.5,到2005年全球超声波流量计的销售额可以达到3.65亿美金，82,100套的市场规模。Frost Sulliven2002年给出的预测为14.6,Flow Research2002年的预测为15.3，远远高于其它流量计的增长率[6]。

当今全世界50多家较大的超声波流量计生产商都集中于欧美日等国家,其中处于领先水平的国家有：美国、荷兰、日本、英国、德国和加拿大等。这些国家己经在超声波流量计的研制、生产和推广方面积累了丰富的经验，再加上它们本身所具有的在电子技术和工业制造领域的优势，使得它们在国际超声波流量计市场上占据了绝大部分的份额，并且主导着超声流量测量技术发展的方向和趋势,较著名的有美国的Controlotron和Ploysonics、德国的Krohne,、荷兰的Instrormet、日本的横河等等。

我国超声波流量计的研究起步较晚，60~70年代机械工业部上海工业自动化仪表研究所、北京大学相继进行超声波流量检测的研究，80年代中期，开封仪表厂从美国西屋公司，本溪无线电厂从日本富士电机公司相继引进专用技术，生产具有80年代国际先进水平的超声流量仪表，但是市场基本为国外产品占据。我国超声波流量计年产量90年代初估计为800～1000台[7]。我国于94年正式出版了由中国计量科学院组织有关专家起草、分别经国家技术监督局和建设部批准的“JJG198-94速度式流量计”的国家计量检定规程（包括超声波流量计）JJG（建设）0002-94超声流量计（传播速度差法、多普勒法）的部门计量检定规程[7]。这是我国超声波流量计发展的一个标志[8]。

目前我国超声波流量计的研究和生产仍比较落后的，尽管近年来随着国外各大超声波流量计生产公司的产品纷纷进入我国的市场，也带动了国内超声流量测量研究的发展，出现了唐山汇中、南京亚楠、大连先超、武汉泰隆等国内生产超

声波流量计的厂家。但是从总体上说，我们现有的技术还和国际先进水平有较大差距，在国内市场中，高精度的超声波流量计还是国外品牌的天下，形成了低档产品过剩、高档产品依赖进口的局面。

1.2.2超声波流量计的特点

超声波流量计是一种非接触式流量测量仪表，相对于传统流量计而言，它主要具有一下特点：

①可作非接触测量。夹装式超声波流量计无需停流截管安装，只要在管道外部安装换能器即可，为无流动阻挠测量，无额外压力损失，这是超声波流量计在工业用流量仪表中具有的独特优点。

②适用于大型圆形管道和矩形管道，原理上不受管径限制，通用性好，同一仪表可以测量不同管径的管道流量，使用时不必严格考虑管材和壁厚，且其造价基本上与管径无关，更适合于大管径、大流量的场合。

③对介质几乎无要求。只要能传播声波的流体皆可用超声波流量计测量流量，因而适用于多种流体，除了水、石油等常见流体外，尤其适用于其他方法不便测量的情况，例如高温高压、腐蚀性液体、高粘度液体或气体等；而它可测量非导电性液体，在无阻挠流量测量方面是对电磁流量计的一种补充。

1.3超声波流量计的分类

1.3.1按信号检测原理分

根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为传播速度差法、多普勒法、相关法、波束偏移法及噪声法等不同类型的超声波流量计。

⑴传播速度差法

传播速度差法利用传播速度之差与被测流体流速之关系求取流速，进而求的流量。按测量具体参数不同，分为时差法、相位差法和频率差法。时差法由于时间差t?的数量级很小（约为108-～109-s），所以一般用于大口径管道及明渠等的流速或流量测量[9]，但此法受温度影响较大，其发展方向是提高计时精度和设法降低温度对测量精度的影响。相位差法是将时间差转换为超声波传播的相位差来进行流速或流量测量，避免了测量数量级很小的时间差值而采用测量较易测量的相位差值，可提高测量准确度，但准确度会随流体温度变化而变化，需进行声速修正。频率差法采用测量顺流和逆流情况下超声波脉冲的循环频率差来反映流量大小，精度高、受温度影响较小，但是受环境影响较大，工作不稳定。关于时差法将在第二章做详细介绍。

⑵多普勒法

多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏

移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。其工作原理如图1-1所示。

管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为T f 的连续超声波。根据多普勒效应，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为R f ,当粒子流速均为u 时，T f 与R f 有如下的关系：

)sin 21()sin 1(2C

u f C u f f T T R ββ-≈-=则多普勒频移f ?为：

f ?＝R T f f -=C

u f T βsin 2所以：

f f C u T ?=β

sin 2图1-1多普勒法工作原理图

Fig 1-1Theory of Doppler approach

多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。⑶相关法

当流体在管道内流动时，其内部存在着各种各样的随机扰动，从而产生了与流动状况有关的流动信号，并具有一定的统一特性，其工作原理如图1-2所示。

在管道上取相距为L 的截面A 和B，两个超声波接收器分别检测到流动信号x(t)和y(t)，对x(t)、y(t)作互相关运算，获得互相关函数)(τxy R ：

?-=T

xy dt t y t x R 0)()()(ττ当L 在一定范围内时，流动信号x(t)和y(t)具有一定的相似性，故互相关函数)(τxy R 会出现一峰值，该峰值对应的时间位移0τ即为理想状态下流体从A 截面到B 截面的渡越时间，流体的平均流速为：

/τL V =

u

图1-2相关法原理图

Fig 1-2Theory of Correlation approach

相关法的测量的特点在于寻找两路信号的相似程度，因此这种方法的测量精度与所测管道的口径、介质的种类及流速关系不大，比较而言，相关法更适合小管道、小流量的测量。

⑷波束偏移法

波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。它的工作原理如图1-3所示。在管道一侧装一个超声波换能器，在另一侧装两个超声波接收换能器。流体静止时，超声波束方向位于两接收器中间，两接收器收到的信号强度相等，指示仪指示为零。管内流体以流速u 流动时，超声波束方向为声速C 与流速u 的矢量合成方向，与流体静止时的波束方向偏移θ角：C u tg /=θ,流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。

图1-3波束偏移法原理

Fig 1-3Theory of beam-excursion approach

1、2——放大器

超声发射器

⑸噪声法

噪声法是利用液体在管内流动时产生的声波或超声波的强度与流速存在一定关系的现象来测量流量的。其工作原理图如图1-4所示。这种测量方法测量线路简单，但测量准确度不高，用于对流量测量准确度要求不高的场合。

图1-4噪声法工作原理图

Fig1-3Theory of noise approach

1.3.2按超声波换能器供电方式分

按超声波流量计换能器供电方式不同，可分为外夹式、插入式、管段式三种[10]。

①外夹式

外夹式超声波流量计是生产最早，用户最熟悉，且应用最广泛的超声波流量计，安装换能器无需管道断流，即夹即用，它充分体现了超声波流量计安装简单、使用方便的特点。

②管段式

某些管道因材质疏、导声不良，或者锈蚀严重，衬里和管道内空间有间隙等原因，导致超声波信号衰减严重，用外贴式超声波流量计无法正常测量，所以产生了管段式超声波流量计。管段式超声波流量计把换能器和测量管组成一体，解决了外贴式流量计在测量中的一个难题。而且测量精度也比其它超声波流量计要高，但同时也牺牲了外贴式超声波流量计不断流安装这一优点，要求切开管道安装换能器。

③插入式

插入式超声波流量计介于上述两者中间。在安装上可以不断流，利用专门工具在有水的管道上打孔，把换能器插入管道内，完成安装。由于换能器在管道内，其信号的发射、接受只经过被测介质，而不经过管壁和衬里，所以其测量不受管质和管衬材料限制。

1.4本课题的目标及内容

随着国内市场的国际化和WTO的加入，我国流量仪表工业面临着更加严峻的挑战。因此，开展高性能流量仪表的研究、开发及产业化，对促进我国流量仪表工业的发展，增强产品的国际竞争力，具有十分重要的意义。

超声波流量计是一种很有发展前途和应用前景的节能型流量计。然而超声波流量计本身也存在许多不足之处，如传统时差法测流受声速影响精度不高，不适合小管径、小流量场合等。现有国内的大多数超声波流量计虽然价格比外国的便宜，但总体性能较差；而国外的超声波流量计尽管在精度、性能和操作使用方面都优于国内的产品，但因价格昂贵(每台约为5万元左右)，也不可能在工业界大量使用。因此有必要在现有的基础上对超声流量测量技术加以改进和提高，使超声波流量计工作性能更加稳定，总体性能接近或者达到国际先进水平，以便在国内推广和使用，这也是本课题的研究目的之所在。基于难度和可实现性因素的考虑，本论文选用传播时差法为研究课题，在综合吸收国内外先进的超声波流量测量技术的基础上，完成了以下一些主要工作：

①超声波时差法测流量原理研究，针对超声波流量计测量精度容易受温度影响的问题，利用改进型算法避免温度对测量精度的影响；

②超声波在流体中传播特性的分析、超声波流量计流体力学分析及流量修正；

③设计系统的控制测量电路，包括超声波发射电路、超声波接收电路、信号整形电路及系统控制电路等，并根据仪器本身的实际情况和现场环境研究适合于的硬件抗干扰技术；

④设计相应的计算机软件对仪器进行控制和对数据进行运算处理，在软件上采取适宜的抗干扰措施，进一步增强仪器的运行稳定性；

⑤以超声波时差检测的实验为整个实验研究工作的重点，针对现有实验条件进行了实验研究并给出了实验数据和结果分析。

2.时差法超声波流量计的理论研究

2.1流量的基本概念

单位时间内，流体流过管道或设备某处横截面的数量称为流量。流体流量可用单位时间内流过通道横截面的流体体积或质量来表示，前者称为体积流量，用Q 表示，单位为m3/s，后者成为质量流量，用G表示，单位为kg/s[9]。

体积流量Q的计算式为：

Q=v A(2-1)式中，A为与流速v相垂直的通道横截面积，m2；v为沿通道横截面上的流体平均速度，m/s。

质量流量G的计算式为：

G=ρQ=ρvS（2-2）式中，ρ为流体密度，kg/m3。

2.2超声波技术概述

由于超声波传播时，其声速、衰减和声阻抗都和媒质的特性与状态有关，不同性质的媒质不但影响超声波的穿透深度，也影响接收波的强度。因此，要准确地检测到超声信号并非易事，在投入设计前要对超声波及相关的知识进行介绍。

2.2.1超声波的传播特性

超声波通常指频率高于20KHz的机械波，它可以在气体、液体和固体中传播。因为本课题主要是研究针对供水行业的超声波流量计，所以我们只以水为介质进行分析：

⑴超声波的传播速度

超声波在水中的传播速度不但温度有关，还受水深h和水中含盐量S的影响，

图2-1水中声速与温度的关系曲线

Fig2-1The relation curve of speed and temperature

图2-1为水中声速与温度T 的关系曲线。当0≤T≤35℃，0≤S≤45‰，0≤h ≤1000m 时，水中声速可用下式计算[9]：

h

S T T T T C 016.0)35)(01.034.1(00029.055.06.42.144932+--++-+=（2-3）

⑵超声波的衰减[11]

超声波在媒质中传播时，其振幅将随传播距离的增大而减小，这种现象称为超声波的衰减。造成衰减的主要原因是因为一方面，超声波在传播过程中，在液体分子、固体颗粒、悬浮物和气泡的作用下，有一部分声能会不可逆转地转换成媒质的其他形式的能量，对超声波来说就是有一部分能量被吸收了，通常认为流体的声吸收衰减系数是与频率的平方成正比的；另一方面，超声波在媒质中传播时，如果媒质中含有大量的散射粒子（如流体媒质中的悬浮粒子、液体中的小气泡、固体媒质中的颗粒状结构缺陷、掺杂物等），则一部分超声波将被散射开来，不再沿原来方向前进，仅有余下的一部分是沿原方向继续前进的，这样就形成了散射衰减，而固体颗粒、悬浮物等散射物质本身又成为声源，又会向所有方向辐射声能，超声工业测量技术中最常遇到的散射衰减情况是由大量的尺寸远小于波长的散射粒子所引起的，通常可认为散射衰减系数与频率的四次方成正比。

因此，超声波在水中传播时会不断衰减，甚至会被噪声淹没。在设计过程中必须充分考虑以上两大因素，采取相应的措施确保超声波流量计的实现。

2.2.2超声换能器的结构及原理

超声的发射和接收，需要一种电一声之间的能量转换装置，这就是换能器。超声换能器，也即超声传感器，是超声波流量计中的重要组成部分。通常所说的超声换能器一般是指电声换能器，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。换能器处在发射状态时，将电能转换为机械能，再将机械能转换为声能；反之，当换能器处在接收状态时，将声能转换为机械能，再转换为电能。超声换能器通常都有一个电的储能元件和一个机械振动系统。人们为研究和应用超声波，己发明设计并制成了许多类型的超声波发生器，目前使用较多的是压电型超声波发生器，而压电材料有单晶体的、多晶体复合的，如石英单晶体，钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷复合晶体((PZT)、PVDF 等。

压电型超声波换能器是借助压电晶体的谐振来工作的，即晶体的压电效应和逆压电效应。其结构原理如图2-2所示。

超声波换能器是一个超声频电子振荡器，当把振荡器产生的超声频电压加到超声换能器的压电晶体上时，压电晶体组件就在电场作用下产生纵运动。压电组件振荡时，仿佛是一个小活塞，其振幅很小，约为(1～10)m μ，但这种振动的加速度很大，约(10～103)g，这样就可以把电磁振荡能量转化为机械振动能量，若

图2-2超声换能器结构原理图

Fig 2-2Configuration of ultrasonic transducer

这种能量沿一定方向传播出去，就形成超声波。当在超声换能器的两电极施加脉冲信号时，压电晶片就会发生共振，并带动谐振子振动，并推动周围介质振动，从而产生超声波。相反，电极间未加电压，则当共振板接收到回波信号时，由逆压电效应，将压迫两压电晶片振动，从而将机械能转换为电信号，此时的传感器就成了超声波接收器。

通常压电型超声波换能器可以等效地看作一个电压源和一个电容器的串联电路，如图2-3（a）所示，也可以等效为一个电流源和一个电容器地并联电路，如图2-3（b）所示。

图2-3压电超声换能器等效电路图

Fig 2-3The equivalent circuit of piezoelectric ultrasonic transducer

如果用导线将压电换能器和测量仪器连接时，则应考虑连接导线地等效电容、等效电阻、前置放大器地输入电阻、输入电容。图2-4是压电换能器的完整等效电路（电流等效电路图）。

图2-4压电换能器的完整等效电路

Fig 2-4The full equivalent circuit of piezoelectric transducer

Ca——换能器的电容

Ci——前置放大器输入电容Cc——连接导线对地电容Ri——前置放大器的输入电阻

Ra——包括连接导线在内的换能器绝缘电阻

压电晶体

由等效电路来看，压电换能器的绝缘电阻Ra 与前置放大器的输入电阻Ri 相并联，为保证换能器和测试系统有一定的低频响应，就要求压电换能器的绝缘电阻应保持在1013Ω以上，这样才能使内部电荷泄漏减少到满足一般测试精度的要求；与此相适应，测试系统应有较大的时间常数，亦即前置放大器要有相当高的输入阻抗，否则换能器的信号电荷将通过输入电路泄漏，即产生测量误差。

超声换能器有许多不同的结构，可分为直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、双探头等。根据压电晶片的大小，如直径和厚度的不同，每个探头的性能是不同的，其主要性能指标包括[12]：

①工作频率f 0：大多工作频率选在换能器的机械共振频率（即压电晶片的共振频率）附近。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时，输出的能量最大，灵敏度也最高。

②机电耦合系数K t ：超声波换能器的机械能和电磁能相互转换过程，就是机电耦合过程。最早给出定义的梅森将机电耦合系数定义为

从电源取得的总能量贮存的机械能量

=t K （2-4）

但是，定义机电耦合系数的公式很多而且各不协调。此外，压电元件的机械能与它的形状和振动方式有关。因此不同形状和振动方式所对应的机电耦合系数也不同。机电耦合系数为无量纲单位。机电耦合系数大，灵敏度高；反之，灵敏度低。

③换能器的机械品质因数Q m ：Q m 是从电学中应用到机械振动系统中来的一个重要物理量，它与标称带宽π

ω2?=?f 密切相关，即与换能器的机电耦合系数密切相关，而且与所在介质的辐射阻、换能器结构、材料及损耗密切相关。例如，同一只压电换能器，在水中的Q m ≈30，在空气中Q m ≈200。

④换能器的阻抗特性：根据换能器的等效机电六端网络图，每一端具有一定的特性阻抗。所以，一方面换能器与发射电路（或接收电路）末级电阻应该匹配；另一方面换能器应该与辐射声负载（或接收声负载）匹配。

⑤换能器的方向特性：一个发射或接收声波换能器，其尺寸和所在介质中的声波波长可相比拟时，它发射声能是集中在某些方向上的，即具有一定的扩散角θ[14]。

D λ

θ22.1sin 1-∝（2-5）

式中，λ为超声波波长（与频率成反比），D 为换能器直径，所以频率越高，扩散角越小。但是，超声波在传播过程中，散射衰减系数和吸收衰减系数分别与频率

的4次方和2次方成正比，因此超声波的频率不能太高。

⑥换能器的频率特性：所谓频率特性就是换能器的主要参数，如功率、声压、阻抗和灵敏度等随频率变化的特性。在接收换能器中宽频带可获得窄脉冲、短余振时间波形，获得极高的纵向分辨率。

为了提高探头发射超声波的效率，常在晶片背面装上阻尼块以增大晶片的振动阻尼，并吸收晶片背面发出的超声波；同时，为了保证声能损失小、方向性强，必须把压电材料封装在声楔中，声楔应具有良好的透声性能，常用有机玻璃制成。

在一般工业领域，通常接收和发射的传感器使用完全相同的材料，做成完全一样的结构，可以互换使用或进行双向收发[15]，这样不仅可以降低成本，而且在一定程度上减小了测量误差。

2.2.3超声波换能器的驱动信号对其工作特性的影响

任何一个换能器都有其中心频率，要使换能器工作在最佳状态，其驱动信号频率应与换能器的中心频率一致。一般可采用单脉冲信号及连续脉冲信号作为换能器的驱动信号，驱动信号的主要性能参数为脉冲宽度与脉冲幅度，这两个参数对于缩小盲区，提高探测精度有重要意义。无论什么驱动信号，在换能器正确安装的前提下，脉冲宽度的大小与换能器频率之间存在着一最佳关系式，当脉冲宽度满足该关系式时，可使换能器输出的信噪比最高。

当脉冲为单脉冲信号时，由于检测系统的测量周期往往远大于脉冲宽度，因此，我们可以认为前后两个测量周期之间的驱动信号相互之间没有影响，从而可以仅仅对单一脉冲信号进行分析。对图2-5(a)所示脉冲信号进行频谱分析，其幅频特性如图2-5(b)所示。假设脉冲的宽度为2a，其直流成分的幅值最大，然后幅值慢慢减小至零，接下来幅度的峰值分别处于(2n+1)/2a 处(n=1,2,3…),且随着n 的增大，峰值逐渐减小至零。为了使传感器的输出特性最佳，所发送的脉冲信号应该在传感器的中心频率处信号最强；但另一方面脉冲宽度不能太大，否则会给接收换能器带来很大的干扰，使接收电路识别不出接收信号是否为真实信号，因此可以考虑将中心频率对应的角频率取在偏离直流信号一定角频率的第一个峰值3π/2a 处。于是有下面的公式成立：

a

f 2/320ππ=（2-6）

式中，0f 为换能器中心频率，a 为脉冲信号宽度。

图2-5脉冲信号及其幅频特性

F ig 2-5Pulse signal and amplitude-frequency characteristic

2.3时差法超声波流量计的基本原理

时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速，也就可以计算出流体的流量。其基本原理如图2-6所示。超声换能器A、B 是一对可轮流发射或接收超声脉冲的换能器，其安装方式采用管外夹装式。

图2-6时差法工作原理图

F ig 2-6Theory of transit-time method

设超声波信号在被测流体中的声速为C，超声波顺流时从A 到B 的时间为1t ，逆流时从B 到A 的时间为2t 。由于换能器布置在管外，超声波在换能器和管壁中传播需要时间，而且电路也有延迟，这三种传播时间总称为延迟时间0τ，0τ远小于超声波在流体中的传播时间，则有：

1t ＝0sin cos τθ

θ++v C d （2-6）2t ＝0sin cos τθ

θ+-v C d （2-7）θθ22212sin 2v C dvtg t t t -=-=?

（2-8）

在一般工业测量中，超声波在液体中传播速度(水中约为1450m/s)比液体的流速大得多，即C 2>>θ22sin v ，所以顺逆流时间差12t t t -=?可以简化为：

θtg C dv t t t 2122=-=?（2-9）因此，时差法超声波流量计的基本方程可以写为：

t dtg C v ?=θ22（2-10）

v d Q 42

π=（2-11）

2.4提高测量超声波传播时间精度的方法

由上节时差法超声波流量计的基本原理我们可以看到，时差法超声波流量计的测量精度与超声波传播时间的准确测量密切相关。只有在既能稳定、准确地测量传播时间又能有效地对顺、逆流传播时差进行计算的前提下，才谈得上测量精度。但是，在错综复杂的工业现场，接收的信号常常伴随着各种外来干扰，如流体介质中的杂质颗粒和气泡等产生的干扰，特别是来自外界的电磁干扰等，这些干扰信号成为准确测量超声波传播时间的主要障碍[16]。因此，如何确保超声测时的准确性以及选用何种方法计算时差成为时差法超声波流量计测量的关键，为此人们常在测量回路上采取一些措施，常见的方法有：

2.4.1阈值法

设置阈值，当接收信号高于阈值时，即认为信号到达，一般采集信号的第2个峰值（如图2－7），然后减去一个周期，所得结果为信号的传播时间。这样处理存在一下弊端：

①信号在流体中传播时，其强弱容易受到流体中的杂质、气泡等诸多因素的影响，产生反射、折射、吸收等现象，使得超声波能量衰减不一，阈值电压难以设定；

②阈值电压设定后，当接收信号强弱变化时，就可能会使第一个波形超过阈值电压而被接收，误当作第二个波形处理；或者当第三个波形来到时才高出阈值电压而被采集，这样会严重影响流量计的精度；

③实际采集信号时，常常是选取波形上升沿的某个位置，如图2－7所示，这样实际采样点与信号达到时刻相差不是一个整周期，这样即便是减去一个周期的时间，测量值还是存在明显的误差，尤其是频率比较低时上升沿的坡度变得缓慢，误差也会随之加大；

④由于阈值选定，就对信号的放大倍数提出了一定的限制，不能过高或者过低，所以当电路受到外界环境的影响（比如温度变化等）使得接收信号的强度发生变化时，直接影响检测的波形，导致测量不准确。

图2-7接收示意图

Fig2-7The sketch map of take-over

2.4.2设置接收窗口

一般测量传播时间，都是以收到的的第一个接收波作为计时开关信号的。从发射超声波脉冲起至接收到第一个波为止的时间间隔内，由于接收门一直敞开着，外界各种干扰信号都很容易侵入，从而影响测量的稳定性。克服此弊病的最有效方法是设置一个能跟踪目标的窗口，在此窗口内接收门是打开的，除此之外，门一直是关闭着，可以有效的防止干扰信号的侵入。但设计此窗口宽度时，必须考虑介质温度变化所引起的声速变化以及环境温度对电子元件参数影响等因素。2.4.3PLL锁相回路法

在超声波流量测量中，传播时间只有几百μs，用一般计时脉冲（如1MHz）来计时是不能满足要求的。为了达到1ns的分辨率，往往需要用1000MHz计时脉冲，并且相应的要提高各种门电路的开关速度，这是不现实的。采用锁相技术可以解决这一问题。

PLL锁相回路的基本原理如图2－8所示，设置一个电压控制振荡器VCO，同步信号发生器使发射器激励换能器，发射超声波脉冲，同时使计数器开始计数VCO 的频率，在时间差检测回路中，计数终了信号N/f与超声波在介质中传播时间进行比较，时间差信号被变换成电压后去调节VCO。在闭合回路达到稳定状态时，时间差信号为零，t=N/f。这样的调节每秒可以进行数百次，故响应较快。但是PLL

锁相回路没有从本质上解决由于设定阈值而带来的误差问题。

图2-8PLL锁相回路工作原理

Fig2-8Principle of PLL

2.4.4自动增益控制

利用自动增益放大控制电路，在每次测量结束后，根据接收信号的强度自动调节接收机增益。若检测到噪声或输入信号太强则调小增益，如果输入信号太弱且噪声级很低则调大增益，仪器将新的自动增益设置值作为在下一次测量中的增益初始值。自动增益控制电路保证了每次检测门槛的精确性。

2.4.5双触发回路

所谓双触发回路就是预先设置两种不同的触发电平，当接收波形变化时，改变触发电平，自动选择最佳触发电平来检测时间。如图2－9所示，通常以L电平来检测时间（见实线部分），在稍许高的电平上预设H电平，当波形变化时（见虚线部分），若继续在L电平上触发，就会引起误触发，产生时间检测误差。此时可改用H电平触发，即由第二个波触发变到第三个波触发。如果能引入第二个波与第三个波元时间差的时间补偿，测得传播时间的绝对值也就不变，待接收波恢复，再返回到用L电平触发。

图2-9双触发原理图

Fig2-9Principle of double triggered

由于双触发回路中包含有误触发检测回路、触发选择回路和延迟时间补偿回

超声波流量计特点

超声波流量计发展很快，且日益完善，越来越显示出其优越性。各种超声波流量计已广泛应用于工业生产、商业计量和水利检测等方面，例如，在市政行业的原水、自来水、中水、污水的计量中。 产品介绍 超声波流量计是采用高集成度FPGA芯片及低电压宽脉冲发射技术设计的一种通用时差型超声波液量计，适用于水的测量 产品特点 超声波流量计除高精度、高可靠性、高性能、低价格的显著特还具有下列优点 1、超大规模集成电路设计。硬件数目少，低电压工作，多脉冲发射，低功耗，高可靠性，抗干扰、适用性好。优化的智能信号自适应处理，用户无需任何电路调整，就像使用万用表一样方便简单。

2、全窗口化的软件设计。通过窗口可方便地设置管径、管材质、壁厚、输出信号等参数或类型。可使用公制或英制单位。 3、日、月、年流量累积功能。可记录前64个运行日、前64个运行月、前5个运行年的累积流量上、断电管理功能，可记录前64次上电、断电时间及上、断电时刻的瞬时流量，并具有自动或手动补加断电时间段内的流量功能。 4、带倍乘因子的机内七位数长的正向、负向及净流量累积器并行工作。 5、探头可以安装在管道的外边，不妨碍管道内流体的流动状况，以减小压力损失； 6、AFTU型-2W,外夹式超声波流量计的价格与管径无关； 7、测量精度与管道口径有关，管径越大有可能得到的精度越高（采用多声段）。 8、方便测量，随时打印数据。 9、机内自带充电电源，便于户外携带、使用。 10、掉电保护功能，在线自诊断功能。 11、测量准确度高，从算法上消除了环境温度对测量值的影响。 12、全中文或全英文显示，液晶显示 13、非接触式测流量方式，体积小，携带方便

双代号时标网络计划总时差与自由时差计算的简便方法总结

双代号时标网络计划总时差与自由时差计算的简便方法总结 双代号网络计划中的总时差和自由时差是什么意思？

还有总时差的缩写为什么是TF，F是什么英文的缩写？ 最佳答案 总时差是不影响总工期的情况下该工作拥有的时间 总时差其实就是机动时间或宽裕时间 F。。。。flexible： 自由时差是在不影响后续工作的情况下拥有的时间，可以简单理解就是多余的时间 双代号时标网络计划总时差与自由时差计算的简便方法总结 项目组织与管理和实物课程的考试都会涉及网络图的计算，双代号时标网络图自由时差和总时差的计算是经常考到的，我在学习中总结了一些简单的分析方法，希望可以帮助大家更快更准确的解决双代号时标网络图时间参数的计算。 一、自由时差，双代号时标网络图自由时差的计算很简单，就是该工作箭线上波形线的长度， 但是有一种特殊情况，很容易忽略，如下图： 其中E工作的箭线上没有波形线，但是E工作与其紧后工作之间都有时间间隔，此时E工作的自由时差为E与其紧后工作时间间隔的最小值，即E的自由时差为1。 二、总时差。双代号时标网络图总时差教材中的计算公式=紧后工作的总时差+本工作与该 紧后工作之间的时间间隔所得之和的最小值 这样计算起来比较麻烦，需要计算出每个紧后工作的总时差，我总结的简单的方法如下：计算哪个工作的总时差，就以哪个工作为起点工作，寻找通过该工作的所有线路，然后计算各条线路的波形线的长度和，波形线长度和的最小值就是该工作的总时差。还是以上面的网 络图为例，计算E工作的总时差，

以E工作为起点工作，通过E工作的线路有EH和EJ，两天线路的波形线的和都是2，所 以此时E的总时差就是2。 再比如，计算C工作的总时差，通过C工作的线路有三条，CEH，波形线的和为4；CEJ，波形线的和为4；CGJ，波形线的和为1，那么C的总时差就是1。 施工管理中的自由时差和总是差的计算 一项工作的自由时差（FF）是指在不影响紧后工作最早开始时间的前提下，该工作所具有的机动时间，自由时差也叫局部时差或自由机动时间，其计算公式如下： FFi-j=ESj-k—ESi-j—Di-j= ESj-k —EFi-j FFi-j—工作i-j的自由时差。 ESj-k—工作i-j的紧后工作j-k的紧早开始时间，对紧后一项工作ESj-k ＝ Tp 。 ESi-j—工作i-j的最早开始时间。 Di-j—工作i-j的持续时间。 EFi-j—工作i-j的最早完成时间。 工作总时差是指在不影响工期的前提下，该工作可以利用的机动时间，以TFi-j表示。 即：TFi-j＝LSi-j—ESi-j 或TFi-j＝LFi-j—EFi-j LSi-j—在总工期已经确定的情况下，工作i-j的最迟开始时间。 ESi-j—工作i-j的最早开始时间。 LFi-j—在总工期已经确定的情况下，工作i-j的最迟完成时间。 EFi-j—工作i-j的最早完成时间。 中文词条名：工作的总时差和自由时差 英文词条名： 工作的总时差是指在不影响总工期的前提下，本工作可以利用的机动时间。工作的自由时差是指在不影响其紧后工作最早开始时间的前提下，本工作可以利用的机动时间。 从总时差和自由时差的定义可知，对于同一项工作而言，自由时差不会超过总时差。当工作的总时差为零时，其自由时差必然为零。 图上计算法计算工作时差

开题报告超声波流量计

毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目: 超声波水流量计 院 系 名 称: 电气与信息工程学院 专 业 班 级: 测控技术与仪器11-1班 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 20 年 月 日 一、课题研究目的和意义 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日

一、课题研究目的和意义 由于目前国内还有大部分的液体流量计是用传统的接触式测量法，但是接触式流量流速测量具有十分明显及普遍的缺点：受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响十分大，并且难以检测到强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质流量的测量，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为传统接触式流量计会随着测量管径的增大会带来制造和运输上的十分困难，关键是造价的提高、使用能量损耗加大、安装维护困难等等因素使得厂家们与顾客急于寻找一种新的流量测量方法来减少种种环境或材料等因素对测量的影响。 本设计通过对超声波在水中的传播特性、超声波传感器工作机理分析设计一种基于超声波测量原理测量流量的仪器。 二、文献综述 随着国家节能降耗工作的不断深人开展,各个企业对液体流量计量也越来越重视,在过程控制中使用不同原理和类型的流量计进行测量,其中超声波流量计随着其技术的不断发展成熟、测量精度的不断提高等优点越来越多的被企业所青睐[1]。超声波流量计是在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息,因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速,从而换算成流量,它属于非接触式仪表，即通过把测量传感器夹装在测量管路外表面上进行测量,适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量,解决了实际应用中大管径、大流量测量困难等问题[3]。 流量测量的发展可追溯到古代的水利工程和城市供水系统。古罗马凯撒时代已采用孔板测量居民的饮用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法测量尼罗河的流量。我国著名的都江堰水利工程应用宝瓶口的水位观测水量大小等等。

超声波流量计的基本原理及类型

超声波流量计的基本原理及类型 超声波流量计的基本原理及类型 刘欣荣 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。起声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种 非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。 另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。

双代号时标网络计划总时差与自由时差计算的简便方法总结

工作最早完成时间和最迟完成时间的计算 EFi-j最早完成时间是在各紧前工作全部完成后，本工作有可能完成的最早时刻。 最早完成时间=工作最早开始时间+本工作持续时间。 LFi-j最迟完成时间是在不影响整个任务按期完成的条件下。 最迟完成时间=工作最迟开始时间+本工作持续时间。 FFi-j自由时差是在不影响其紧后工作最早开始的前提下，本工作可以利用的机动时间。 工作自由时差等于该工作的紧后工作的最早开始时间减本工作最早开始时间，再减本工作的持续时间所得之差的最小值。 工作的自由时差小于等于其总时差。 总时差的计算 TFi-j总时差是在不影响总工期的前提下，本工作可以利用的机动时间。 工作总时差=工作最迟开始时间-最早开始时间。 总时差最小的工作就是关键工作。在计划工期Tp等于计算工期Tc时，总时差为0的工作就是关键工作。 关键工作两端的节点称为关键节点，关键节点具有如下规律。 ① 络计划的起始节点和终点节点必为关键节点。 ②以关键节点为完成节点的工作，当Tp=Tc时，其总时差和自由时差必然相等。其他非关键工作的自由时差小于等于总时差。 由关键工作组成的线路，且当每相邻的两项关键工作之间的时间间隔为0时，该条线路即为关键线路。 双代号时标网络图自由时差和总时差的计算 一、自由时差，双代号时标网络图自由时差的计算很简单，就是该工作箭线上波形线的长度，但是有一种特殊情况，很容易忽略，如下图： 其中E工作的箭线上没有波形线，但是E工作与其紧后工作之间都有时间间隔，此时E工作的自由时差为E与其紧后工作时间间隔的最小值，即E的自由时差为1。 二、总时差。双代号时标网络图总时差教材中的计算公式=紧后工作的总时差+本工作与该紧后工作之间的时间间隔所得之和的最小值 这样计算起来比较麻烦，需要计算出每个紧后工作的总时差，我总结的简单的方法如下： 计算哪个工作的总时差，就以哪个工作为起点工作，寻找通过该工作的所有线路，然后计算各条线路的波

超声波流量计原理论文

自 动 化 仪 表 之 超 声 波 流 量 计 的 认 识 电气与控制工程学院 测控技术与仪器0902班 姓名：雷军 学号：0906070225

超声波流量计原理 摘要 本文阐述了超声波流量计常用的时差法、多普勒法的测流原理，以及超声波流量计的分类。通过实际测流应用并与流速仪所测的流量结果做了对比分析，得出超声波流量计无论在测流准确度还是在测流精度上都比其它的测流设备高，而且具有其它测流设备所不具备的实时在线和数据远传的优越性能。 一、引言 近几年来，随着电子技术、数字技术和声楔材料等技术的发展，利用超声波脉冲测量流体流量的技术发展很快。基于不同原理，适用于不同场合的各种形式的超声波流量计已相继出现，其应用领域涉及到工农业、水利、水电等部门，正日趋成为测流工作的首选工具。 超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。 众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m 宽的河流都可适用。 另外，超声波测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、

超声波时差法测量

题目：超声波传输时差法的测量 姓名： . 学号： . 班级： . 同组成员： . 指导教师： . 日期： .

关键词：超声波流量计，时差法，换能器，脉冲 第一部分:摘要 1.中文摘要： 超声波用于气体和流体的流速有许多优点。和传统的机械式流量仪表，电磁式流量仪表相比它的计量精度高，对管径的适应性强，非接触流体，使用方便，易于数字化管理等。 近年来，由于电子计术的发展，电子元器件的成本大幅度下降，思潮申博流量仪表的制造成本大大降低，超声波流量计也开始普及起来。 根据其原理，研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了一定的探讨和研究：根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了相关了解。针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响。在多种测量原理及方法下，这里我们则采用的是多脉冲测量法的原理和应用。 当然，我们还要结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行详细的分析和设计，讨论器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了换能器发射和接收超声波的等效电路，当其换能器发射超声波时，相当于换能器给相应的计数环节给以上升沿脉冲使其开始计数，同理，当换能器接收超声波时也产生一个上升沿脉冲，来作用于相对应的计数器使其停止计数。 针对超声波流量计的工作环境，由于条件的限制，我们只能在普通环境下进行我们的课题设计。对造成超声波流量测量误差的各种因素我们也只能进行常规

的分析以及改进。 2.英文摘要： The FV ultrasonic flowmeter is designed to measure the fluid velocity of liquid within a closed conduit. The transducers are a non-contacting, clamp-on type, which will provide benefits of non-foulingoperation and easy installation. The FV transit-time flowmeter utilizes two transducers that function as both ultrasonic transmitters and receivers. The transducers are clamped on the outside of a closed pipe at a specific distance fromeach other. The transducers can be mounted in V-method where the sound transverses the pipe twice,or W-method where the sound transverses the pipe four times, or in Z-method where the transducersare mounted on opposite sides of the pipe and the sound crosses the pipe once. This selection of themounting method depends on pipe and liquid characteristics. The flow meter operates by

关键路径计算、总时差、自由时差

关键路径计算、总时差、自由时差 络图中的关键路径、自由时差、总时差等相关的知识作为进度管理中非常重要的一个内容，是历年软考中必考的一个知识点，要求大家一定要掌握，关键路径是怎么计算的，最早开始，最早结束，最迟开始，最迟结束是怎么得来的，总时差的计算、自由时差的计算。在2013年上半年的考试中就曾经考到了计算自由时差。 1. 关键路径是什么 2. 总时差与自由时差的区别 总时差是指在不延误项目完成日期或违反进度因素的前提下，某活动可以推迟的时间。 总时差=LS-ES=LF-EF 自由时差是指在不影响紧后活动最早开始的情况下，当前活动可以推迟的时间。 自由时差=(后一活动)ES-(前一活动的)EF 所以总时差影响总工期，自由时差影响紧后活动。 3. 如何计算ES,EF,LS,LF 前推法来计算最早时间

某一活动的最早开始时间（ES）=指向它的所有紧前活动的最早结束时间的最大值。 某一活动的最早结束时间（EF）=ES+T（作业时间） 逆推法来计算最迟时间 某一活动的最迟结束时间（LF）=指向它的所有紧后活动的最迟开始时间的最小值。 某一活动的最迟开始时间（LS）=LF-T（作业时间） 4.计算关键路径的步骤 1. 用有方向的线段标出各结点的紧前活动和紧后活动的关系，使之成为一个有方向的网络图（PDM） 2. 用正推和逆推法计算出各个活动的ES,LS, EF, LF，并计算出各个活动的自由时差。找出所有总时差为零或为负的活动，就是关键活动 3. 关键路径上的活动持续时间决定了项目的工期，总和就是项目工期。 自由时差 例子1： 打比方你有个朋友坐晚上9点的火车去合肥到火车站发现忘带身份证了，打电话让你帮他送过去，为了不耽误他赶火车你必须在9点前将身份证交给他。那么当你交给他身份证时的时间与晚上9点之间的差距就是自由时差把身份证交给他是紧前工作赶火车是紧后工作把身份证交给他不能影响他赶火车也就是紧前工作最早完成不能影响紧后工作最早开始。 例子2： 是活动可以推迟，但是不影响后面活动按时开始的等待时间。比如夫妻俩要出门，老公洗了把脸，刮了刮胡子，穿好外衣就OK了，只用了10分钟。可老婆又是化妆，又是梳头，还得挑衣服，整整用了40分钟。老公虽然早就准备好了，可不能自己走，得等老婆收拾好了一块儿出门，所以老公等老婆的这半个小时，就是自由时差。与总时差不同，不是每个活动都有自由时差，只有当几项历时不同的活动同时并行执行，并且这几项活动全部结束后才能开始后面的活动时，这几项活动中用时较短的才有自由时差，并且自由时差一定是大于0的。 计算公式： 自由时差=所有紧后工作中最早开始时间最小值－最早结束时间

时差法超声波流量计_2006_硕士论文-

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 超声波流量计由于具有非接触式测量、测量范围宽、安装简便、以及特别适合大管径及危险性流体流量测量等优点，被供水、石油、化工、电力等部门广泛应用。然而，由于超声波流量计只是在近几十年才出现的一种新型仪表，还有很多不完善的地方，比如成本较高、精度不够等，有必要对其加以改进和提高。 本论文通过充分调研及查阅大量的文献资料，选择时差法超声波流量计为研究对象，对如何提高系统的精度及系统稳定性和可靠性问题进行了深入的理论研究，并设计了具体的硬件电路，主要工作及创新有： 1.研究了几种超声波流量计特别是时差法超声波流量计的测量原理，对超声波在流体中的传播特性及超声波换能器进行了较深入的研究；根据流体力学及物理学的有关知识，对超声波流量计进行了修正，并给出了不同情况下流量修正系数的计算公式； 2.针对传统时差法超声波流量计测量精度易受温度影响的问题，采用了改进型算法，在很大程度上避免了温度变化对测量精度的影响；介绍了几种常用提高超声波测时精度方法的同时，讨论并采用了超声波时差测量的新方法——多脉冲测量法的原理和应用； 3.结合课题的实际情况，对时差法超声波流量计的硬件电路进行了详细的分析和设计，讨论了器件的选择、参数计算等技术问题，设计出了匹配性能良好的发射、接收电路；在信号调理上，除了常规的滤波电路外，还采用了自动增益放大电路来提高信号的可靠性；而且，采用主从单片机协同工作的方式，提高了系统的稳定性；在软件方面，给出了系统的软件流程图并较详细地叙述了算法的实现； 4.针对流量计的工作环境，对流量计系统的抗干扰性进行了研究，并采取了相应的软、硬件措施； 5.对造成超声波流量测量误差的各种因素进行了详细的分析、研究，并应用误差理论，对时差法超声波流量计的各种可能的误差进行了误差分配和合成；对硬件电路和软件进行了试验性的验证，给出了实验结果。 关键词：超声波流量计，时差法，传播时间

总时差的计算

题目中“工作 B 的最迟时间为14”有误，应为“工作 B 的最迟开始时间为14” 某网络计划中，工作A的紧后工作B和C，工作B的最迟开始时间为第14天，最早开始时间为第10天；工作C的最迟完成时间为第16天，最早完成时间为第l4天，工作A和工作 B、C的间隔时间均为5天，则工作A总时差为( )天。 答案：工作A的总时差为 7 天。 解析一： 在实际计算和运用中下面两个理论很重要 a、本工作总时差=其后续工作各条线路自由时差的最小值+本工作自由时差 b、本工作总时差=(某项紧后工作的总时差+本工作与该某项紧后工作的自由时差)min 注：紧后工作它有时不是一个数字，而是一组，因为紧后工作可能有若干个。取最小值。 1、工作A的自由时差为5天。(工作A和工作 B、C的间隔时间均为5天) 2、工作A的紧后工是B和C 3、工作B的最迟开始时间为14,最早开始时间为10；则B工作的总时差为4天； 4、工作C的最迟完成时间为16，最早完成时间为14；则C工作的总时差为2天； 工作A的总时差：5+min{4，2}=5+2=7天 解析二： A工作的总时差=12-5=7，如图所示。

总时差 1、概念：总时差（用TFi-j表示，TF 是Total Float 的缩写）。双代号网络图时间计算参数，指一项工作在不影响总工期的前提下所具有的机动时间。用工作的最迟开始时间LSi-j 与最早开始时间ESi-j之差表示或最迟完成时间与最早完成时间之差。 2、计算公式：总时差TF=LS-ES=LF-EF 3、区别 相应总时差的还有自由时差，指一项工作在不影响后续工作的情况下所拥有的机动时间。用紧后工作的最早开始时间与该工作的最早完成时间之差表示。 总时差的含义就是，不影响总工期的情况下，可以耽误的时间；自由时差的含义就是，不影响紧后工作的最早开始时间而可以耽误的时间。

超声波流量计的设计毕业设计论文

毕业设计说明书超声波流量计的设计

目录 1 绪论 (1) 1.1 超声波流量测量技术发展概述 (1) 1.2 常用流量计类型和性能比较 (2) 1.3 超声波流量计的特点和用途 (3) 1.4 超声波流量计 (3) 1.4.1 多普勒超生波流量计 (4) 1.4.2 时差法超生波流量计 (4) 2 超声波流量计原理 (5) 2.1 超声波简介 (5) 2.1.1 超声波的频率 (5) 2.1.2 超声波的发生 (5) 2.2 研究超声波流量计测水量需用：时差法 (5) 3 时差法超声波流量计的总体设计 (7) 3.1 流量计设计参数 (7) 3.2 换能器的安装 (7) 3.3 测量原理 (8) 3.3.1 声学原理 (8) 3.3.2 测时原理 (9) 3.4 系统硬件框图 (11) 4 时差法超声波流量计的硬件设计 (13) 4.1 超声波换能器的选择 (13) 4.2 超声波发射/接收电路 (13) 4.2.1 超声波发射电路 (14) 4.2.2 超声波接收电路 (15) 4.2.3 采样保持电路 (18) 4.2.4 电压比较电路的设计 (20) 4.2.5 切换控制电路 (21)

4.3 信号采集及控制电路 (21) 4.3.1 从单片机的选取 (21) 4.3.2 电路设计 (22) 4.4 信号处理及人机接口电路 (22) 4.4.1 主单片机系统方案 (22) 4.4.2 数据存储电路 (24) 4.4.3 键盘电路 (24) 4.4.4 时钟电路 (25) 4.4.5 液晶显示电路 (26) 4.4.6 与从单片机通信接口 (27) 4.4.7 与PC机通讯接口 (28) 4.5 硬件抗干扰设计 (29) 4.5.1 干扰的来源 (29) 4.5.2 抗干扰措施 (30) 5 时差法超声波流量计的软件设计 (31) 5.1 主单片机软件设计 (31) 5.2 从单片机部分软件设计 (32) 5.2.1 从单片机软件流程图 (32) 5.3 单片机软件抗干扰措施 (33) 5.3.1 数据采集误差的软件对策 (33) 5.3.2 控制状态失常的软件对策 (33) 6 系统误差分析 (34) 6.1 系统误差分析 (34) 6.1.1 误差基本理论 (34) 6.1.2 误差产生因素 (35) 7 结论 (40) 参考文献 (41) 致谢 (43)

[超声波衍射时差法(TOFD)检测中参数设定的研究]超声波衍射时差法

[超声波衍射时差法（TOFD）检测中参数设定的研究]超声波 衍射时差法 摘?要在TOFD检测过程中，相关参数的设置非常为重要，关系到采集图谱质量的好坏。下面，就结合现场情况，把TOFD检测实践中的一些见解归纳分析一下，主要以ISONIC系列仪器进行研究。 关键词 TOFD检测；ISONIC；参数设定；研究 TN914 A 1673-9671-(xx)071-0198-01 1 TOFD检测中的参数设置的重要性 TOFD检测扫描前主要注意的参数有：探头真实频率，脉冲宽度，重复频率，阻抗，感抗，滤波频率，信号平均值，时间窗口，增益等参数。 脉冲宽度是非常重要的，它有助于优化接受信号的形状。改变脉冲宽度可以导致不同周期部分减弱或加强。如果想使两个超声脉冲组成单一频率的信号，则应将脉冲宽度设置为所用探头频率周期的一半（例：5 MHz时使用100 ns）；为了使信号持续最低周期数，应将脉冲宽度设置为所用探头频率的一个周期（例：5 MHz时使用200 ns）。

其中探头频率必须是探头实际频率，而不是探头的标称频率。在实际工作中必须通过试验来获得最优脉冲宽度。 如果使用手动采集数据，则需要注意脉冲重复频率PRF与探头移动速度必须相匹配，由于手动扫查时计算机不能判断和控制探头移动，只能由操作者正确选择PRF来保证能正常采集A扫数据。若采用编码器或者电机驱动，则PRF相对不重要，因计算机可以计算出探头位置，在规定的A扫采样率间隔采集数据。若PRF设置不当时将采集到空白A扫。 阻抗Tuning项匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。在纯电阻电路中，当负载电阻等于激励源内阻时，则输出功率为最大，这种工作状态称为匹配，否则称为失配。 感抗damping项的单位是欧。知道了交流电的频率f（Hz）和线圈的电感L（H），就可以把感抗计算出来。在实际调节射频波波幅时，需要不断地改变感抗值来选择最优波幅，使图谱效果达到最佳。 在选择高低通滤波器频率时，推荐滤波器带通宽度的最小范围是0.5到2倍的探头中心频率。选择信号平均值至最低要求，以获得一个合理的信噪比，设置时间窗口覆盖A扫的有用部分，以便数字化。

时差法超声波流量计

时差法超声波流量计

1 引言 超声波流量计是利用超声波在流体中的传播特性来测量流量的计量仪表。凭借其非接触测流、仪表造价基本上与被测管道口径大小无关、精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等自身的优势被认为是较好的大管径流量测量仪表，在电力、石油、化工特别是供水系统中被广泛应用。随着超声波流量计的技术的不断成熟和用户对它的逐渐认可，超声波流量计市场正以前所未有的发展速度向前发展。 2 超声波流量计分类 根据对信号检测的原理，超声波流量计可分为多普勒法、波束偏移法、噪声发、相关法等。 2.1 多普勒法 多普勒法是应用声学中多普勒原理，检测反射声波与发射声波之间的频率偏移量即可以测定流体的流动速度，进而测出流体流量。其工作原理如图1所示。 图1 多普勒法工作原理图 Fig.1 Theory of Doppler approach 管壁两侧分别装有发射和接收两个超声波换能器，发射器向含有固体颗粒的流体中发射频率为0f 的连续超声波。根据多普勒效应，在中间相交区的频率为1f ，接收器收到的经固体颗粒反射后的超声波频率为 2f ，当粒子流速均为u 时，其关系为： )sin 21()sin 1()sin 1(02012C u f C u f C u f f β ββ-≈-=- = (1) β sin 2)(020f C f f u -= (2) 多普勒法只能用来测量含有固体颗粒的流体，比如血液、污水、蒸汽等。 2.2 波束偏移法 波束偏移法是根据测量由于流体流动而引起的超声波束偏移角来确定流体流速的。其测量原理如图2所示。

图2 波束偏移法原理图 Fig.2 Theory of beam-excursion approach 流速越大，偏移角越大，而两接收器收到的信号强度差值也越大，因此测出两接收器的信号强度差值可确定流体的流速。波束偏移法用于测量准确度要求不高的高速流体流量测量。 3 时差法原理 3.1 时差法 时差法超声波流量计就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间的差异与被测流体的流动速度有关系，因此测出时间的差异就可以得出流体的流速。基本原理如图3所示。 图3 时差法工作原理图 Fig.3 Theory of transit-time method 超声波换能器A 、B 是一对可轮流发射或接收超声波脉冲的换能器。设超声波信号在被测流体中的速度为C ，顺流从A 到B 时间为1t ，逆流从B 到A 时间为2t ，外界传输延迟总时间为0t 。则由几何关系可知 01sin cos /t v C d t ++= θ θ (3) 02sin cos /t v C d t +-= θ θ (4) 由于2 C >> θ2 2 sin v ,则

关键路径计算、总时差、自由时差一点通算法

关键路径计算、总时差、自由时差 1. 关键路径 2. 总时差与自由时差的区别 总时差是指在不延误项目完成日期或违反进度因素的前提下，某活动可以推迟的时间。 总时差=LS-ES=LF-EF 自由时差是指在不影响紧后活动最早开始的情况下，当前活动可以推迟的时间。 自由时差=(后一活动)ES-(前一活动的)EF 所以总时差影响总工期，自由时差影响紧后活动。 （1）总时差（TF）：当一项活动的最早开始时间和最迟开始时间不相同时，它们之间的差值是该工作的总时差。计算公式是：TF=LS-ES。 （2）自由时差（FF）：在不影响紧后活动完成时间的条件下，一项活动可能被延迟的时间是该项活动的自由时差，它由该项活动的最早完成时间EF和它的紧后活动的最早开始时间决定的。计算公式是：FF=min{紧后活动的ES}-EF。

（3）关键路径。项目的关键路径是指能够决定项目最早完成时间的一系列活动。它是网络图中的最长路径，具有最少的时差。在实际求关键路径时，一般的方法是看哪些活动的总时差为0，总时差为0的活动称为关键活动，关键活动组成的路径称为关键路径。 尽管关键路径是最长的路径，但它代表了完成项目所需的最短时间。因此，关键路径上各活动持续时间（历时）的和就是项目的计算工期。 3. 如何计算ES,EF,LS,LF （1）最早开始时间（ES）：一项活动的最早开始时间取决于它的所有紧前活动的完成时间。通过计算到该活动路径上所有活动的完成时间的和，可得到指定活动的ES。如果有多条路径指向此活动，则计算需要时间最长的那条路径，即ES=max{紧前活动的EF}。 （2）最早结束时间（EF）：一项活动的最早完成时间取决于该工作的最早开始时间和它的持续时间（D），即EF=ES+D。 （3）最晚结束时间（LF）：在不影响项目完成时间的条件下，一项活动可能完成的最迟时间。计算公式是：LF=min{紧后活动的LS}。 （4）最晚开始时间（LS）：在不影响项目完成时间的条件下，一项活动可能开始的最晚时间。计算公式是：LS=LF-D。 前推法来计算最早时间 某一活动的最早开始时间（ES）=指向它的所有紧前活动的最早结束时间的最大值。 某一活动的最早结束时间（EF）=ES+T（作业时间）

(完整版)超声波流量计设计方案及分析1毕业论文

1.引言 研究利用超声波测量流体流量已经有数十年的历史了。1928年，法国人0.Rutten研制成功了世界上第一台超声流量计。但为了使超声波流量计有一定的精度，时差法超声波流量计要求对时间的测量至少有10mS，这在当时是很难做到的。1955年，应用声循环法的MAXSON 流量计在美国研制成功，用于航空燃料油流量的测量。50年代末期，超声波流量计由理论研究阶段进入工业应用时期。但由于电子线路太复杂而未占有牢固的地位[1]。 进入20世纪的70年代以后，由于集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事，再加上高性能、工作非常稳定的锁相技术(PLL)的出现与应用，使得超声波流量计的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，出现了频差法超声流量计。锁相频差法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响，因而这种方法成为测量大管径大流量超声流量计的主要方案，缺点是测量小管径小流量时精度得不到保证。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作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：层流状态和紊流状态，并给出了层流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，超声流量计的种类也越来越多，相继出现了波束偏移法、多普勒法、相关法及噪声法等。其中波束偏移法是利用超声波在流体中传播时因流体流动产生的波束的偏移量的大小来测量流量，这种方法灵敏度低，只能用来测量大管径大流量;多普勒法利用不纯净流体中散射体的多普勒频移来测量流量，特别适用于

不纯净流体的流量测量；相关法利用相关技术来测量流量，测量精度高，适用范围广，但相关流量计线路复杂，价格昂贵，一般只在要求较高的场合使用；噪声法则通过检测流体中的噪声来测量流量，这种方法线路简单，价格便宜，但精度低，只能在要求不高的场合使用。 到了80年代中后期，单片机技术的应用使超声流量计向高性能、智能化的方向发展。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。单片机在超声流量计中的应用，是超声流量计开始真正进入工业测量领域。 2课题研究背景 2.1超声波流量计的现状 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，基于声道配置及流动力学的研究，超声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。超声波流量计一般.由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波换能器将电能转换为超声波能量，将其发射并穿过被测流体，接收换能器接收到超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号，供显示和积算，这样就实现了流量的检测显示。 在国外，以美国Controlotron公司和Ploysonics公司为代表的产

用时差法测量超声声速

用超声波流量计测量超声声速 姓名：田田班级：网络（2）班学号：090602231 摘要：在大学物理实验里，我们学习了用共振干涉法和相位比较法测量超声声速，但在工程中运用的是更为精确的时差法测量超声声速。在此，我们可以使用超声波流量计进行测量。超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法(直接时差法、时差法、相位差法和频差法)、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。超声流量计和电磁流量计一样,因仪表流通通道未设置任何阻碍件,均属无阻碍流量计,是适于解决流量测量困难问题的一类流量计,特别在大口径流量测量方面有较突出的优点,近年来它是发展迅速的一类流量计之一。 关键字：时差法，超声声速，超声波流量计 Use ultrasound flowmeter measurement ultrasonic velocity Name:TianTian class: network (2) class student id: 090602231 Abstract:in university physics experiment, we studied the use is also called the resonant interfering method and phase comparison ultrasonic velocity measurement, but in engineering is the use of more precise time difference method for measuring the ultrasonic velocity. Here, we can use the ultrasonic flowmeter measurements. Ultrasonic flowmeter is through testing the fluid flow of ultrasonic beam (or ultrasonic pulse) role to measure flow meter. According to the principle of signal detection ultrasound flowmeter can be divided into velocity differential method (direct time difference method, the method of time difference, the method of phase difference and frequency offset method), beam migration method, doppler method, cross-correlation method, space filter method and noise method, etc. Ultrasonic flowmeter and electromagnetic flowmeter is same, because instrument circulation channel not set any block up pieces, belong to the unimpeded flowmeter is suitable for solving the flow measurement

超声波气体流量计基本原理介绍

超声波气体流量计基本原理介绍 超声波流量计一般可分为两大类：传播时间式超声波流量计和多普勒超声波流量计。在含有悬浮粒子的流动流体中，可以利用声学多普勒效应测量多普勒频移来确定媒质流速v，这种方法称为超声波多普勒法。 因为目前市场上的超声气体流量计产品都是传播时间式超声波流量计，所以下文将重点阐述传播时间式超声波流量计的原理。当超声波在流动的媒质中传播时，相对于固定坐标系统，超声波速度与在静止媒质中的传播速度有所不同，其变化值与媒质流速有关。因此根据超声波速度的变化量可以求出媒质的流速，传播时间式超声波流量计就是根据这一原理设计而成的。超声波流量计由两大部分组成：测量变换器部分和电子电路部分。 测量变换器又称为换能器，包括超声波发射器、接收器、声楔以及相应的机械连接组件等。 电子电路包括超声波的发射、接收电路，信号处理电路，流量数据指示或输出电路等。 超声波传播时间法测量流量的原理 时差法是通过测量超声波脉冲顺流和逆流的传播时间差来得到媒质流速的一种方法。参看图1-1，在管道两侧分别装置有两个收发通用型超声波换能器R 和T,管道中的媒质以速度u向前流动。

Fig.1-1管道内流速断面和超声射线的轨迹 图中的两个换能器在发射、接收状态交替工作，当T 发射R 接收时称为顺流发射状态，反之，R 发射T 接收时称为逆流发射状态。设顺流发射时超声脉冲的传播时间为1t ，而逆流发射时超声脉冲的传播时间为2t ，则有 ???????+-=++=τθθτθθcos sin /cos sin /2221u c D t u c D t （1-1） 式中，u 为管道中媒质流速，2c 为超声波在静止媒质中的声速，e c l ττ+=1 12；这里1l 为声楔(O-P)或(B-C)之长度，1c 为超声波在管壁中的声速，1 1c l 为超声脉冲通过声楔的时间，e τ为电路延迟时间。 考虑到一般情况下22c >>2u ,根据1-1式可以得到流速的计算公式： ???? ??-???????+=1222 112sin sin 1t t D c D u θθτ （1-2） 根据1－2式可以得出管道内流体中的声速的计算公式：

关键路径计算、总时差、自由时差

关键路径计算、总时差、自由时差 网络图中的关键路径、自由时差、总时差等相关的知识作为进度管理中非常重要的一个内容，是历年软考中必考的一个知识点，要求大家一定要掌握，关键路径是怎么计算的，最早开始，最早结束，最迟开始，最迟结束是怎么得来的，总时差的计算、自由时差的计算。在2013年上半年的考试中就曾经考到了计算自由时差。 1. 关键路径是什么 2. 总时差与自由时差的区别 总时差是指在不延误项目完成日期或违反进度因素的前提下，某活动可以推迟的时间。 总时差=LS-ES=LF-EF

自由时差是指在不影响紧后活动最早开始的情况下，当前活动可以推迟的时间。 自由时差=(后一活动)ES-(前一活动的)EF 所以总时差影响总工期，自由时差影响紧后活动。 3. 如何计算ES,EF,LS,LF 前推法来计算最早时间 某一活动的最早开始时间（ES）=指向它的所有紧前活动的最早结束时间的最大值。 某一活动的最早结束时间（EF）=ES+T（作业时间） 逆推法来计算最迟时间 某一活动的最迟结束时间（LF）=指向它的所有紧后活动的最迟开始时间的最小值。 某一活动的最迟开始时间（LS）=LF-T（作业时间） 4.计算关键路径的步骤 1. 用有方向的线段标出各结点的紧前活动和紧后活动的关系，使之成为一个有方向的网络图（PDM） 2. 用正推和逆推法计算出各个活动的ES,LS, EF, LF，并计算出各个活动的自由时差。找出所有总时差为零或为负的活动，就是关键活动 3. 关键路径上的活动持续时间决定了项目的工期，总和就是项目工

期。 自由时差 例子1： 打比方你有个朋友坐晚上9点的火车去合肥到火车站发现忘带身份证了，打电话让你帮他送过去，为了不耽误他赶火车你必须在9点前将身份证交给他。那么当你交给他身份证时的时间与晚上9点之间的差距就是自由时差把身份证交给他是紧前工作赶火车是紧后工作把身份证交给他不能影响他赶火车也就是紧前工作最早完成不能影响紧后工作最早开始。 例子2： 是活动可以推迟，但是不影响后面活动按时开始的等待时间。比如夫妻俩要出门，老公洗了把脸，刮了刮胡子，穿好外衣就OK了，只用了10分钟。可老婆又是化妆，又是梳头，还得挑衣服，整整用了40分钟。老公虽然早就准备好了，可不能自己走，得等老婆收拾好了一块儿出门，所以老公等老婆的这半个小时，就是自由时差。与总时差不同，不是每个活动都有自由时差，只有当几项历时不同的活动同时并行执行，并且这几项活动全部结束后才能开始后面的活动时，这几项活动中用时较短的才有自由时差，并且自由时差一定是大于0的。 计算公式： 自由时差=所有紧后工作中最早开始时间最小值－最早结束时间