超声波流量计管段设计

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外夹式超声波流量计安装指导 Clamp-onUltrasonicFlowmeterInstallationGuide UserGuideEdition(2010年－7月) 摘要西门子外夹式超声波流量计是不和被测流体接触的流量测量仪表，没有接液部件和阻 流元件，使得安装、使用、维修非常方便，不必断流、切开管道、不影响生产过程，没有压 力损失。由于外夹式超声波流量计在流量测量仪表中属于高端产品，很多用户对于仪表的安 装还比较陌生，本文可以给初次使用本类产品的用户提供安装指导。 关键词外夹式超声波流量计换能器（探头） KeyWordsClamp-on,UltrasonicFlowmeter,Transducer IA&DTService&Support34 目录 1基本概念4 1．1双通道（DualChannel）4 1．2双声道(DualPath)5 1．3通道1＋2和通道1-2(Channel1+2/Channel1-2)5 1．4反射式安装（Reflect）6 1．5直射式安装（Direct）6 2硬件安装过程7 2．1选择合适的安装位置8 2．2认识硬件8 2．3探头的安装11 2．4探头的安装方式13 2．5管道的准备14 2．6反射式探头盒定距棒安装过程14 2．7反射式导轨安装过程17 2．8直射式安装过程20 2．9探头电缆的连接21 3参数设置23 3．1仪表类型的选择23 3．2通道设置24 3．3管道数据设置25 3．4介质数据设置25 3．5选择/安装探头设置26 3．6空管设置27 3．7自动零点27 3．8模拟量输出参数的设置28 3．9零点和量程参数的设置29 4测量显示画面29 5输出接线32 IA&DTService&Support34 西门子SITRANSFUSClamp-on外夹式超声波流量计是不和被测流体接触的流量测量 仪表，没有接液部件和阻流元件，使得安装、使用、维修非常方便，不必断流、切开管道、 不影响生产过程，没有压力损失。由于外夹式超声波流量计在流量测量仪表中属于高端产 品，很多用户对于仪表的安装还比较陌生，感到不知如何安装使用，无从下手，本文可以给 初次使用此类产品的用户提供安装指导。 SITRANSFUSClamp-on外夹式超声波流量计，能够提供很高的测量精度，安装方便， 维护费用低。可以实现单通道，双通道/双声道，多声道测量。外夹式超声波流量计根据不同 的用户测量需求，提供多种变送器及换能器，变送器有FUS1020基本型、FUS1010通用 型、FUP1010便携式、FUE1010能量表、FUH1010油品表和FUG1010气体表，换能器有 通用型、高精度、高温型和多普勒式。本文以FUS1020和FUS1010为例介绍时差法换能器 的安装，虽然各种不同类型的变送器的功能各异，但是换能器的安装原则和过程大致相同， 所以本文对于所有外夹式超声波流量计的安装都有借鉴意义。 1基本概念 1．1双通道（DualChannel） 双通道支持两个独立的测量通道同时工作，可以分别测量两个不同管道内的流量，提供每 个通道的信号输出，原理如下图1。 图1双通道 IA&DTService&Support34 1．2双声道(DualPath) 为了改善流态不稳定的工况，提高测量精度，仪表提供双声道的测量方式。两个测量通道 安装在同一个管道上，最终获得虚拟通道3输出
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外夹式传感器的安装方式有V法和Z法。
DN15mm-200mm的管道优先选用V法，安装时两传感器水平对齐，其中心线与管道轴线平行即可，并注意发射方向一定相对（两个传感器方向朝里）。V法具有使用方便，测量准确的特点。对于口径小于DN50mm的管道安装精度较高，请注意信号强度、信号质量、传输时间比这几个参数。
DN200mm-6000mm的管道优先选用Z法，在V法测不到信号或信号质量差时也可选用Z法。安装时让两个传感器之间沿管轴方向的垂直距离等于安装距离，并且保证两个传感器在同一轴面上即可，并注意发射方向一定相对（两个传感器方向朝里）。由于Z法是超声波在介质传播中直接收发，信号没有反射，因而信号强度衰减最小。所以，Z法信号强度较高，适用于口径较大、介质含杂质或气泡、管道有结垢等超声波信号衰减较大的场合。
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超声波流量计系统的设计樊伟佳（陕西理工学院电信工程系电子信息工程专业,2012级1班，陕西汉中723004）指导教师：秦伟[摘要]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，并且以其非接触式的测量、高精度等特点在工业生产、医药、水资源等领域有着广泛的应用。本设计利用时差法超声波流量计原理，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。设计系统时选择了一些基本电路设计了以下电路：超声波发射电路，超声波接收电路，LED显示电路，主从单片机电路，电源电路以及存储电路等，成功实现了瞬时流量的测量与辅助功能的实现，总的来说，本次设计的超声波流量计具有精度高、测量范围大、安装方便、测试操作简单等特点。另外，本次设计的超声波流量计适用于管道和明渠流量测量,适合测量的流体：水或其它杂质较少的液体,管径或明渠宽度：0.3～20m,流速：0.1～12m/s。[关键词]超声波流量计；单片机；时差法；TheDesignofUltrasonicFlowMeterSystemFanWeijia(Grade04,Class1,Majorelectronicsandinationengineering，ElectronicsandinationengineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shaanxi)Tutor:QinWei[Abstract]:Ultrasonicflowmeteristheuseofultrasonicwavepropagationcharacteristicsinthefluidtomeasuretheflowratemeasuringinstruments,anditsnon-contactmeasurement,highaccuracyandothercharacteristicsinindustrialproduction,medicine,waterandotherfieldshaveawiderangeofapplications.Thisdesignusestheprincipleoftransit-timeultrasonicflowmeter,ultrasonicflowmeterformeasurementaccuracyeasilyaffectedbytemperatureproblemsusingtheimprovedalgorithmtoavoidtheeffectoftemperatureonthemeasurementaccuracy.Designsystemselectedsomebasiccircuitdesignofthefollowingcircuits:ultrasonictransmittercircuitultrasonicreceivercircuit,LEDdisplaycircuit,master-slavemicrocontrollercircuit,powercircuitandamemorycircuit,successfullyrealizeditsmeasurementandaccessibilityofinstantaneousflow,Overall,thisdesignultrasonicflowmeterhashighaccuracy,widemeasuringrange,easyinstallation,simpletestoperation.Inaddition,thisultrasonicflowmeterdesignsuitableforpipesandopenchannelflowmeasurement,suitableformeasuringfluid:waterorotherimpurities,lessliquid,openchanneldiameterorwidth:0.3~20m,flowrate:0.1~12m/s.[Keywords]:Ultrasonicflowmeter;singlechipmicrocomputer;timedifference;目录11引言引言441.1选题的目的及研究意义.41.2国内外研究现状.51.3论文研究的主要内容.622设计方案及工作原理设计方案及工作原理772.1方案一82.1.1多普勒超声波流量计82.2方案二82.1.2传统时差法.92.1.3改进时差法的原理和优点.102.3方案确定.1033时差法超声波流量计的总体设计时差法超声波流量计的总体设计11113.1超声波换能器的结构及原理113.2超声波换能器安装方式简介113.3时差法超声波流量计测量原理及影响测量的主要因素.1244时差法超声波流量计的硬件电路设计时差法超声波流量计的硬件电路设计15154.1整体硬件系统设计框图.154.2超声波发射电路设计.154.3超声波接收电路设计.164.4超声波顺逆流发射和接收控制电路设计.184.5计数电路的设计.184.6LCD12864显示电路设计194.7参数输入电路设计204.8主从单片机之间的电路设计214.8.1单片机的选择.214.9电源电路224.10存储电路.2355系统软件设计系统软件设计25255.1主单片机软件设计.255.2从单片机程序设计.255.3主从单片机之间总体设计.265.4INT0中断服务子程序设计275.5键盘子程序275.5.1键盘扫描主程序流程图275.5.2按键预处理子程序流程图：285.5.3键值处理子程序流程图.295.6超声波换能器收发射电路控制子程序设计.3066系统误差分析系统误差分析32326.1数据结果326.2误差产生因素326.2.1管径.326.2.2声束进入流体介质的折射角.326.2.3传播延时.336.2.4流体的纯净度.336.2.5系统硬件的性能.3377系统软件的仿真和调试系统软件的仿真和调试3434致谢致谢3535参考文献参考文献3636附件一：电路图附件一：电路图3737附件二：主单片机程序附件二：主单片机程序38381引言1.1选题的目的及研究意义选题的目的及研究意义由于目前国内还有大部分的液体流量
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2.1被测管道内流体必须是满管。
2.2选择被测管道的材质应均匀质密，易于超声波传播，如垂直管段（流体由下向上）或水平管段（整个管路中最低处为好）。
2.3安装距离应选择上游大于10倍直管径，下游大于5倍直管径（注：不同仪器要求的距离会有所不同，具体距离以使用的仪器说明书为准）以内无任何阀门、弯头、变径等均匀的直管段，测量点应充分远离阀门、泵、高压电、变频器等干扰源。
2.4充分考虑管内结垢状况，尽量选择无结垢的管段进行测量。
3夹装式流量传感器安装要点
3.1流量传感器安装方式的确定
3.1.1时差式USF传感器安装方式有三种，分别是V法、Z法和W法，如图3所示。
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1．3TDC-GP2的概述
TDC-GP2是德国ACAM公司通用的TDC系列的新一代产品。它具有更高的精度和更小的封装，尤其适合于低成本的工业应用领域。GP2具有高速脉冲发生器，停止信号使能，温度测量和时钟控制等功能，这些特殊功能模块使得它尤其适合于超声波流量测量和热量测量。
TDC是以信号通过内部门电路的传输延时来进行高精度时间间隔测量的，其高速运行时间单元如图2所示。测量过程中，只需计算出开始信号和结束信号之间所经过的逻辑门的个数，就可以精确地计算出start信号与stop信号之间的时间间隔。芯片上的智能电路结构、担保电路和特殊的布线方式保证芯片可以精确地记下信号通过门电路的个数。
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