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　　2、時差超聲波流量計測量原理

　　使用超聲波束從流動的液體向流動的水和逆流傳播所需的時間是不同的，如圖1所示。f，j是交替發(fā)射和接收超聲波的超聲波轉換器。設置下游時，超聲波傳播的時間是t1，反流時超聲波傳播的時間是T2

　　:D是直徑。θ是超聲波射線與管道軸之間的角度。u是流體的平均流速。C2是超聲波在流體中的傳播速度。τ是超聲波在聲學和管道壁上的傳播時間與電路延遲時間之和。

　　通過測量時差，可以得到流體速度u。

　　3、轉換器結構和波形轉換問題可在圖1中看到，*折射面上入射角為α的超聲波縱波會在管道壁上產(chǎn)生縱波和橫波兩種波形。在管道壁和流體接口中，這兩個波形都轉換為兩個縱波，并在流體中傳播。兩個宗派在相對的管道壁上轉換為兩個宗派和兩個橫檔。為了提高轉換器接收信號的可選性，通常選擇入射角α大于*閾值角并小于第二閾值角，以便轉換器僅接收一束超聲波。如果管道是鋼管，轉換器使用有機玻璃作為聲學導向，通常選擇28.7 40，r默認情況下保持在90%左右。因此，要想提高超聲束從管壁到液體的透射率，必須在鋼管壁上將超聲束的入射角保持在30左右，但此時超聲波是以從圖1、θ=90-β、耦合公式(3)中獲得的液體折射角度β~ 14來測量的，在這種情況下δ t會減少，因此為了獲得特定的測量精度，必須提高電路的測量精度(例如D=25mm管道，電路測量精度必須在納秒(ns)級需要指出的是，在現(xiàn)代電子技術中，入射角約為30，管道壁薄時，在管道壁上反射的兩個梁波(圖4中的1，2個梁波)的間隙很小，轉換器同時接收到，這可能會影響測量精度。對壁厚為4mm、直徑為25mm的鋼管進行了實驗，結果顯示，入射角為30，芯片直徑為30mm以上的轉換器難以接收到一束波浪，因此必須相應地減小轉換器晶片的大小。減小轉換器芯片的大小會減少傳輸信號，但如果傳輸速率較大，接收信號會接收入射角大于45，大型晶片轉換器會接收到接收信號(實驗結果顯示，入射角為30，芯片直徑為20mm的轉換器，接收信號大于入射角大于45，芯片直徑為30mm的接收信號)。入射角為30的轉換器透射率高，能量損失小，因此可以降低激發(fā)電壓。入射角為45的轉換器透射率較低，因此可以使用增強的激發(fā)電壓來提高接收信號強度。

　　超聲波轉換器選擇振動頻率的超聲波流量計的發(fā)射轉換器通常以脈沖方式工作，超聲波轉換器受脈沖刺激時，轉換器的壓電陶瓷會根據(jù)固有頻率振動，從而發(fā)射超聲波。壓電陶瓷的固有頻率對流量測量有重要影響。一般來說，接收到的超聲波是一束波，如圖5所示，為了提高時間測量的準確性，經(jīng)常選擇流向發(fā)射和逆流發(fā)射情況下特定波的上升作為時序切削的閉合脈沖(圖5中的“×”位置)。如果超聲波從正弦狀態(tài)升級到緩慢的連續(xù)曲線，從而導致頻率低，則接收回路中的錯誤會導致圖5中“×”的位置沿時間軸偏移，從而降低計時精度。要提高計時精度，必須選擇高頻轉換器，但頻率過高會增加電路設計的困難。頻率通常根據(jù)管道直徑選擇，并選擇高頻轉換器，而不是選擇直徑較大的低頻轉換器。頻率范圍通常為0.5到2MHz。

　　根據(jù)本論文的分析，入射角為30的轉換器適用于透射率高、能量損失低、激發(fā)電壓小、使用交流電源不方便的便攜式超聲波流量計。入射角為45°的轉換器，透射率小，但可以增加轉換器晶片的大小，提高激勵電壓，非常適合于固定式或可使用交流電源的便攜式轉換器。轉換器的頻率應根據(jù)管道直徑選擇，大直徑應選擇低頻率，反之亦然。