1.2 超声波流量测量 - 为什么选择超声波传感技术？

首先就是为什么我们需要这个超声波

那么我们在这里也将为超声波技术的水表技术与我们传统的机械水表技术做了一个

横向的比较

我们通过以下几点来发现我们超声波技术相比传统机械技术

的一些优点

首先是使用寿命

用寿命首先比我们机械寿命长一些

机械有一些活动部件 也会定期做一些维护

那么这些是我们超声波技术所不需要的

那么其他的一些比如说

可以看到我们超声波技术是能够检测到保证精度是最低流量大概是5L-10L/小时

那么以及我们可以去做泄露的一个检测

比如一滴一滴的检测

是能够通过技术检测到的

那么其次就是我们超声波的水表的精度也要高一些

还有其他的就是不太需要人工维护和不会遭到人为的破坏水表的数据等等

同时也因为超声波技术是完全的电子式的水表技术

也比较容易去连接一些远程上传的水表数据关等等一些功能

比较容易去扩展一些功能

那么还有就是

我们将传统的一些测量流速方案的一些技术做了一个横向对比

比如说大家可以看到（听不清）测流速的一个原理

可以看到它的优点主要就是它可以做到不破坏我们管道

比如说他们不需要接触液体 不会造成液体的泄露

如果安装不了的话

那么它的缺点就是它对我们的液体做一定要求的

因为它需要管道内有颗粒

如果说有这个能够反射它这个波形的一个颗粒所在

就是说它对溶液也是有要求的

并且由于每一次采样时间是比较长的

那么采样时间较长导致功耗会比较高一些

那么还有一个就是流速测量方式

那么它的缺点也跟多普勒像差不多

它对溶液也是有要求的 它要求

要求溶液是可导电的溶液 就是导电性的溶液

那么它的优点就是一个精度也会高一些

相对于传统的技术来说

那么最后一点就是 一种溶液轮的方式去检测流量 液轮的方式相对电子式的技术就多一些

比如说它会受到自身的影响

导致测量结果不精确 或者说是

自身轴产生的摩擦导致测量结果不精确

那么这些都是机械式的缺点 我们也在上一页中主要做了一些

那么我们对超声波的技术主要的优势就在于它的一个高精度

和以及我们的低功耗

那么我们在后面会有具体的数据来去支撑我们的论点

大家可以接着往下

那么这个超声波技术是如何测量我们液体流速呢

那么首先我们要向大家介绍的是几种常见的超声波的测量模块

大家可以看到的是在这里以及这里是属于超声波的混能器

大家可以看到超声波混能器主要作用就是产生和接受我们的超声波

那么在最左边这个图就是一种对角式的一种结构

那么它超声波的深度是这样走的

从这个1到（听不清）直接走对角线直传的一个模式

我们也把这个结构叫对角线的超声波结构

那么中间的这个图就是反射式的对角线图

大家可以看到这里跟这里同样是我们超声波混能器用来接收和发射超声波的

那么在这里是界面的一个反射

这里也是为什么它被认为是反射式的超声波的测量结构

超声波的路径是混能器1发射到反射面 通过反射面再发射到这个反射面

然后进而回到这个混能器 超声波活动是这么走的

第三点也是一个常见的一个超声波的一个测量结构

可以看到这个是一个非接触式的 那么它的超声波混量器是放在管道的外壁的

也就是说它不会破坏整个管体

那么超声波混能器是通过震动管壁带动超声波在另外一个管壁进行反射

然后回到第二个超声波混能器中的

我们也称作为一个非接触的超声波混能器

那么总体来说是有这3种常见的一个（听不清）结构

我们在下面也会专门针对这个对角线式的结构来详细介绍我们是如何通过

如何计算得到这个流速流量的

那么从最右边这个图可以看到这是个简易的对角式的截面图

那么我们未知的是我们液体的流速（听不清）以及我们超声波在该溶液

中的一个传播速度应该是C

那么我们一般在液体中超声波的频率一般大于22赫兹的

而且

一般是大于20K赫兹的 而且我们用的超声波的频率范围应该属于3HK赫兹的到几兆赫兹的

那么这个超声波也是如上图所讲的 它的传播幅度是个直线式的

从这个1直接发送到2的

那么

如果现在的问题就是我们如何求解这个流速V

通过下面这个等式我们可以看到超声波传播的一个时间与我们这个已知参数

传播粒径L的一个长度以及我们所乘的一个角度

以及我们这个超声波在液体中的流速C的一个关系式

可以看到从相反方向

从这相反方向 从这个（听不清）传到2

以及从2回传到1的这个不同的时间我们分别迎来T12和T21

那么这个等式我们可以在下一步

来进行一个和并同类项来消掉未知的电量C 也就是我们超声波

在该溶液中的一个流速

那么消掉了这个C之后会发现

这个液体的流速主要是根据已知量

以及我们超声波上行时间和下行时间的一个关系式

可以发现我们这个速度1也于两个时间差是相当于是

成正比的一个关系

同样我们求得了液体的一个速我们就能求得我们最终的一个液体的一个流量

通过求得Q来表示

也就是横截面积π³/4来以及乘以这个流速 最终就能求得我们的液体的一个流量

可以看到前面这个系数是一个常量 我们都可以通过一些常量来进行计算的

我们未知的就是这个时间差以及我们上下行这个传输时间

由于我们是这样来进行测量的

我先是从（听不清）来发射这个超声波

那么再从2去接受超声波来计算这个计算时间

我们在经过几个毫秒之后再从2去发射超声波

在从1去接受超声波

我们会认为在几个毫秒的时间间隔内

我们液体的流速是变的 然后温度以及其他因素对我们整体的超声波的

超声波的声速在液体中的流速都是不变的

我们最终会得到类似于这样一个等式

也就是说得到我们速度V以及我们的流量Q 与我们超声波时间是相关的

那么我们是如何去求得超声波上下行时间的呢

首先就是为什么我们需要这个超声波

那么我们在这里也将为超声波技术的水表技术与我们传统的机械水表技术做了一个

横向的比较

我们通过以下几点来发现我们超声波技术相比传统机械技术

的一些优点

首先是使用寿命

用寿命首先比我们机械寿命长一些

机械有一些活动部件 也会定期做一些维护

那么这些是我们超声波技术所不需要的

那么其他的一些比如说

可以看到我们超声波技术是能够检测到保证精度是最低流量大概是5L-10L/小时

那么以及我们可以去做泄露的一个检测

比如一滴一滴的检测

是能够通过技术检测到的

那么其次就是我们超声波的水表的精度也要高一些

还有其他的就是不太需要人工维护和不会遭到人为的破坏水表的数据等等

同时也因为超声波技术是完全的电子式的水表技术

也比较容易去连接一些远程上传的水表数据关等等一些功能

比较容易去扩展一些功能

那么还有就是

我们将传统的一些测量流速方案的一些技术做了一个横向对比

比如说大家可以看到（听不清）测流速的一个原理

可以看到它的优点主要就是它可以做到不破坏我们管道

比如说他们不需要接触液体 不会造成液体的泄露

如果安装不了的话

那么它的缺点就是它对我们的液体做一定要求的

因为它需要管道内有颗粒

如果说有这个能够反射它这个波形的一个颗粒所在

就是说它对溶液也是有要求的

并且由于每一次采样时间是比较长的

那么采样时间较长导致功耗会比较高一些

那么还有一个就是流速测量方式

那么它的缺点也跟多普勒像差不多

它对溶液也是有要求的 它要求

要求溶液是可导电的溶液 就是导电性的溶液

那么它的优点就是一个精度也会高一些

相对于传统的技术来说

那么最后一点就是 一种溶液轮的方式去检测流量 液轮的方式相对电子式的技术就多一些

比如说它会受到自身的影响

导致测量结果不精确 或者说是

自身轴产生的摩擦导致测量结果不精确

那么这些都是机械式的缺点 我们也在上一页中主要做了一些

那么我们对超声波的技术主要的优势就在于它的一个高精度

和以及我们的低功耗

那么我们在后面会有具体的数据来去支撑我们的论点

大家可以接着往下

那么这个超声波技术是如何测量我们液体流速呢

那么首先我们要向大家介绍的是几种常见的超声波的测量模块

大家可以看到的是在这里以及这里是属于超声波的混能器

大家可以看到超声波混能器主要作用就是产生和接受我们的超声波

那么在最左边这个图就是一种对角式的一种结构

那么它超声波的深度是这样走的

从这个1到（听不清）直接走对角线直传的一个模式

我们也把这个结构叫对角线的超声波结构

那么中间的这个图就是反射式的对角线图

大家可以看到这里跟这里同样是我们超声波混能器用来接收和发射超声波的

那么在这里是界面的一个反射

这里也是为什么它被认为是反射式的超声波的测量结构

超声波的路径是混能器1发射到反射面 通过反射面再发射到这个反射面

然后进而回到这个混能器 超声波活动是这么走的

第三点也是一个常见的一个超声波的一个测量结构

可以看到这个是一个非接触式的 那么它的超声波混量器是放在管道的外壁的

也就是说它不会破坏整个管体

那么超声波混能器是通过震动管壁带动超声波在另外一个管壁进行反射

然后回到第二个超声波混能器中的

我们也称作为一个非接触的超声波混能器

那么总体来说是有这3种常见的一个（听不清）结构

我们在下面也会专门针对这个对角线式的结构来详细介绍我们是如何通过

如何计算得到这个流速流量的

那么从最右边这个图可以看到这是个简易的对角式的截面图

那么我们未知的是我们液体的流速（听不清）以及我们超声波在该溶液

中的一个传播速度应该是C

那么我们一般在液体中超声波的频率一般大于22赫兹的

而且

一般是大于20K赫兹的 而且我们用的超声波的频率范围应该属于3HK赫兹的到几兆赫兹的

那么这个超声波也是如上图所讲的 它的传播幅度是个直线式的

从这个1直接发送到2的

那么

如果现在的问题就是我们如何求解这个流速V

通过下面这个等式我们可以看到超声波传播的一个时间与我们这个已知参数

传播粒径L的一个长度以及我们所乘的一个角度

以及我们这个超声波在液体中的流速C的一个关系式

可以看到从相反方向

从这相反方向 从这个（听不清）传到2

以及从2回传到1的这个不同的时间我们分别迎来T12和T21

那么这个等式我们可以在下一步

来进行一个和并同类项来消掉未知的电量C 也就是我们超声波

在该溶液中的一个流速

那么消掉了这个C之后会发现

这个液体的流速主要是根据已知量

以及我们超声波上行时间和下行时间的一个关系式

可以发现我们这个速度1也于两个时间差是相当于是

成正比的一个关系

同样我们求得了液体的一个速我们就能求得我们最终的一个液体的一个流量

通过求得Q来表示

也就是横截面积π³/4来以及乘以这个流速 最终就能求得我们的液体的一个流量

可以看到前面这个系数是一个常量 我们都可以通过一些常量来进行计算的

我们未知的就是这个时间差以及我们上下行这个传输时间

由于我们是这样来进行测量的

我先是从（听不清）来发射这个超声波

那么再从2去接受超声波来计算这个计算时间

我们在经过几个毫秒之后再从2去发射超声波

在从1去接受超声波

我们会认为在几个毫秒的时间间隔内

我们液体的流速是变的 然后温度以及其他因素对我们整体的超声波的

超声波的声速在液体中的流速都是不变的

我们最终会得到类似于这样一个等式

也就是说得到我们速度V以及我们的流量Q 与我们超声波时间是相关的

那么我们是如何去求得超声波上下行时间的呢