新型超声波气体流量计

　　流量测量的主要任务有两类:一是为流体物资贸 易核算储运管理和污水废气排放控制的总量计量;二是为流程工业提高产品的质量和生产效率、降低成本以及环境保护等进行必要的流量检测和控制。 随着社会迅速发展，在流程工业中检测和控制温度、流量、压 力、物位 和成分分析等参数仪表中， 气体流量仪表占很大的比重。近年来，随着西气东输管 道工程 全面 启动 ，在天然 气生产、输送、交易、分配和使用过程中，由于供需 双方 经济利益或用户为谋取最佳使用效果，尤其是对于大口径气体流量测量提出了新要求。 为了适应气体流量测量不断提高的标准， 将超声波技术应用到气体流量的检测中，一种新型流量计———超声波气体流量计应运而生。

　　1系统设计

　　超声波在流动的气体中传播时，可以载上气体流速的信息。 因此，通过接收穿过流体的超声波就可以检测出气体的流速，从而转换成流量。 超声波气体流量计即是用来测量气体流量的。 其原理是利用超声波的传播速度随流 速变 化而发 生变 化的 原理来 测量 的气 体 流 速 的流量计。超声波气体流量计由超声波换能器、电子线路、流量显示和计算系统组成。 超声波换能器将电能转换成超声波能量，将其发 射并 穿过 被测气 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，供显示和计算，为此实现了流量的检测显示。频差法是测量在顺流和逆流超声波脉冲的循环频率差获得流体流速、流量值的方法[ 1- 2]。

　　1.1系统简介

　　目前，国内外超声波流量计有美国 ORE 公司的 7610系列流 量计 、 我国 唐山汇 中仪 表公司 的超 声 波 流 量 计等。 美国 ORE 公司的流量计精度较高，稳定性能好，使用范围宽，但是存在操作不方便、安装困难，且为全英文界面、服务周期长、价格高昂等缺点。目前我国的流量计虽然克服了其某些缺点，但是精度和测量范围却无法达到国外的指标。针对以上问题，本系统主要通过频差法来测量气体流量，通过应用 TDC-GP2 具有高精度进行时间计量，应用 MSP430 系列的微处理芯片，这两款芯片的结合，制造出来的超声波流量计。该流量计具有低功耗、低成本、使用方便、高精度、且将时间间隔的测量量化到 65 ps 的精度，给超声波流量计提供了较好的解决方案。

　　1.2流速的测量算法

　　本文以 频 差 法 对 超 声 波 气 体 流 量 计 的 基 本 测 量 原理做一简单介绍。

　　超声波气体流量计的声环回路如图 1 所示，A、B 为一对超声波换能器， 相互交替着作为发射器或接收器。其工作原理：一支换 能器 发出 超声波 ，另一 支换能 器接收到超声波信号、经过一定的信号处理后再次触发发射器，这样就形成了一个声循 环过 程 ，这 个循环 频率 即为声循环频率。