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多通道超声波气体流量计的原理及标定

对超声波流量计的研究已有近30年的历史，由于技术条件的限制，以前人们研究的主要是超声波液体流量计。90年代以来，随着科学技术特别是电子技术及传感器技术的发展，超声波气体流量计才日益受到人们的重视，并开始逐步走向实用化、广泛化。

多通道超声波速差法气体流量计采用声速差法，通过精确测量超声波沿气流顺向及逆向传播的声速差，测量各种口径管道内稳态或脉动气流的双向流速、流量。具有测量快速、对气体无流阻、无压力损失、量程宽、测量结果不受气体声速随成分、压力、温度变化的影响、对大管径及脉动气流也能进行正确测量等优点，解决了目前大口径大流量气体缺乏精确、便捷计量手段的难题[1]。

2 多通道超声波速差法气体流量计的原理

采用超声检测技术，通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差、压力和温度，算出气体流速及标准状态下气体的流量。其原理如图1所示；

图中，假设管道内径为D，两换能器间的超声传播
距离为L，超声传播方向与轴线之间的夹角为θ，则管道内换算成标准工况下的气体流量Q可表示为：

图1 流量计原理图

式中，t1、t2分别为超声波顺向传播声时和逆向传播声时，τ1、τ2分别为超声顺向传播和逆向传播时电路、电缆及换能器等产生的声延时，P、T分别为管道中实测的气体压力和温度，P0、T0分别为标准工况下气体的压力和温度。

在实际应用中，流量计采用了多声道的方法来消除流速分布不均匀的影响。
流量计由于采用了获得发明专利的“随机地多次测量时间间隔后平均”、“过零电平检测”、“提高超声发射接收能力”、“尽可能高的时标频率”及多通道等技术自措施，从而大大提高了仪器的测时及流量测试精度。

3 超声波流量计的静态试验

为了检验多通道超声波流量计的稳定性，在安装换能器的超声标准测量短截两端密封(即气体零流速)的情况下进行了为期7天的静态稳定性试验。

7天内流量计的流速测量显示平均值：0.002Om/s，标准误差：±0.0017m/s，流速最大值：0.0021m/s，流速最小值：－0.