1 引言
超声波是指振动频率高于20kHz的机械振动，其指向性好、能量集中、穿透才能强、在传输过程中衰减较小等长处，同时具有光的反射、折射、聚焦等一系列特点。超声波流量测量技巧是一种应用超声波旌旗灯号在流体中传播时所载流体的流速信息来测量流体流量的测量技巧。它具有非接触式测量、精度高、范围宽、安装保护便利等特点， 特别合实用于临时管道流量、年夜口径管道流量以及危险性流体流量的测量。是以其在临盆，科研，生活等方面有着异常广泛的应用。
，烟气分析仪广泛适用于各种工业燃烧设备的维护与监测; 2 超声波多普勒流量测量基来源基本理
超声波多普勒流量测量道理如图1，它是以物理学中的多普勒效应为基本。在流体流量测量中，发射器P1发射一固定频率声波f0，经被测流体反射回来，因为流体中固体颗粒活动而产生超声波多普勒频移，变更的频率差正比于流体流速，所以测量该差频旌旗灯号频率就可以求得流速，进而可以获得流体的流量。设超声波在流体中传播速度为c，流体流速为v，超声波与流体流速偏向夹角为θ，当超声波束碰到以速度v沿轴线流动的固体颗粒，对超声波发射频率f0而言，该粒子以vcosθ的速度离去，因多普勒效应道理，超声波探头P2收到的超声波频率f产生变更， 接收器收到的超声波频率与发射超声波频率之差，多普勒频移值Δf为：
（1）
由（1）式可得流体速度为
（2）
图1 超声波多普勒流量测量
流体流量Q可以写成：
（3）
（3）式中，A为被测管道流畅截面积，当管道前提及被测介质肯定今后，多普勒频移与体积流量成正比，测量差频Δf就可以获得流体流量Q。
3 多普勒流量测量体系设计
体系的硬件电路重要有三部分：超声波发射部分，超声波接收部分，数字处理部分。体系道理：由555准时器发出的鼓励旌旗灯号频率为40kHz分为两路，一路接超声波产生器P2，经被测流体，产生多普勒效应，接收探头P1负责接收变频后的超声波旌旗灯号，被放年夜、滤波处理、再与555准时器另一路超声波混频及低通滤波处理，获得含有流体流速信息的低频模仿多普勒信差频号，计算出平均频率，从而获得被测流体流量值。
图2 多普勒流量测量体系道理图
3.1 超声波发射电路
采取由555准时器构成多谐振荡器作为超声波发射电路如图3，其产生40kHz的振荡旌旗灯号。当刚通电时，电容C1来不及充电，6脚电压Uc=0，则U0=1，555芯片内部的三极管VT截止，这时Vcc经由R3和R2向C1充电，当充至Uc=2/3Vcc时，输出翻转Uo=0，555芯片内部的三极管VT导通；这时电容C1经R2和R3放电，当降至Uc=1/3Vcc时，输出翻转Uo=1，C1放电终止、又从新开端充电，周而复始，形成振荡，振荡频率为：
（4）
图3 555准时器超生波发射电路
由（4）式可知，555多谐振荡器的振荡频率由R2，R3，C1、来肯定。所以在电路设计时，先肯定C1、R2的取值，即C1=3300pf，R2=2.7KΩ。再将R2和C1的值代入上式中可得：
，风速仪是测量空气流速的仪器。它的种类较多，气象台站最常用的为风杯风速计; （5）
为了使555芯片的输出频率为40kHz的方波，在这里R3用10K的电位器，经由过程调节电位器R3的阻值，输出波形的频率可达请求。同时为了增年夜Uo的输出功率，将555芯片的8脚接+12V的电压，复位端4脚接高电平即可。
3.2 超声波接收电路
超声波接收电路如图4，在电路中，放年夜部分采取的是低噪声运放OPA27由构成的同相放年夜器，因为接收到的旌旗灯号幅度为毫伏级，超声波流量计是指一种基于超声波在流动介质中传播速度等于被测介质的平均流速与声波在静止介质中速度的矢量和的仪器，所以须要将其放年夜500倍，使得其接收到的旌旗灯号不会被干扰旌旗灯号所掩盖。在第一级的放年夜电路中，R2取值为470kΩ，R1取值为10kΩ；在第二级放年夜电路中，R6的取值为100kΩ，R5的取值为10kΩ；均衡电阻R3和R4为均衡电阻，取值均为10kΩ。第一、二级放年夜增益：
（6）
（7）
图4 OP27构成的超声波接收电路
由（6） 、（7）式知超声波接收电路增益为：
电路特点：（1）电路输入阻抗为达数十MΩ，输出阻抗只稀有十Ω，其带负载才能较强。（2）电路克制干扰才能较差，温漂严重。（3）电路采取低噪声运放OP27，在必定程度高低降了放年夜器自身噪声，但同时也限制电路的带宽，在电路增益为500时，带宽为60kHz.
3.3 混频及低通滤波电路
图5 混频及低通滤波电路
超声波接收器输出的旌旗灯号相对于发射旌旗灯号产生了频移，此频移在0-3KHz范围，反应流体的流速年夜小，因为此频移相对于发射旌旗灯号频率较小，直接进行频率测量精度难以包管，所以采取混频，再由RC构成的有源低通滤波器对该旌旗灯号进一步放年夜滤波，最终得履新频旌旗灯号。混频电路如图5，差频旌旗灯号被由模/数（A/D）转换后，单片机89C51进行加工处理、计算频率偏移平均值，再根据输入的仪表参数进行流速、流量、累计流量等所须要的数据量的计算。
4 体系测试
在多普勒流量测量体系中：设管道直径D为20.00cm，超声波探头与水流速度偏向夹角θ为30°，发射频率为40kHz，在水中传播速度为1450m/s。在标定实验室的清水管道中参加少量气泡作为超声旌旗灯号的反射介质，流量真值采取容积法测出。体系流量测量数据见表1。从测量数据中可以看出，体系误差小于3%，相符预期请求。
表1 多普勒超声波流量测量成果
5 停止语
该体系分辨率高，对流速变更响应快，对流体的压力、粘度、温度、密度及导电率等身分不敏感，没有零点飘移问题。经实验测试注解，体系误差小于3%。本体系是应用声波在流体中传播的多普勒效应而设计的流量测试装配，该装配安装于被测管道的外侧，不影响流体的流动，不接触被测流体，无压力损掉，维修便利，特别实用于有害、有毒、腐化性强的液体
超声波流量计&