超聲流量傳感器與超聲電子水表
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式（6）表明，管道內(nèi)流速線平均值v與時(shí)間差Δt、正向傳播時(shí)間t1-2、逆向傳播時(shí)間t2-1所組成的數(shù)學(xué)表達(dá)式成線性關(guān)系。經(jīng)轉(zhuǎn)換后有式（7）：
與流速面平均值v之間在不同的流量段呈現(xiàn)出了明顯的非線性，見圖5。這就需要在不同的流速分布區(qū)域?qū)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/超聲流量傳感器">超聲流量傳感器采用不同的特性校正方法。 
圖5、超聲流量傳感器在不同流速區(qū)間線與面平均速度之間的特性
超聲電子水表是在超聲流量傳感器基礎(chǔ)上增加信號處理電路及數(shù)據(jù)通信功能所組成。其工作原理見圖6。
圖6、超聲電子水表工作原理框圖
● 流量測量范圍：Q3=100m3/h；Q1=0.2m3/h；Q3 /Q1=250～250；
● 最大允許誤差：低區(qū)≤±3.0%；高區(qū)≤±1.0%；
● 最大工作壓力：1.6 MPa；
● 防護(hù)等級：IP68；
● 被測介質(zhì)溫度范圍：0.1℃～50℃；
● 電池使用壽命：≥10年；
● 數(shù)據(jù)通信功能：無線短距離通信（點(diǎn)對點(diǎn)）/GPRS無線公網(wǎng)通信/M-BUS等。
超聲電子水表的關(guān)鍵技術(shù)與發(fā)展趨勢
● 由于單聲道超聲水表只有一個(gè)聲道，因此對管道內(nèi)流速分布很敏感，需要有較長的前后直管段以保證管內(nèi)流速分布處于充分發(fā)展的穩(wěn)定對稱流狀態(tài)，使線流速和面流速之間的校正點(diǎn)不因流速分布畸變而發(fā)生改變。雙聲道乃至多聲道超聲水表因有多個(gè)聲道，可以在流速分布的不同位置進(jìn)行校正，基本解決了水表前后由于安裝阻流器件（如彎頭、三通、閥門等）而導(dǎo)致管內(nèi)流速分布畸變所造成的校正誤差，因此可以使用較短的前后直管段，同時(shí)也為高準(zhǔn)確度電子水表的實(shí)現(xiàn)提供了很好的技術(shù)手段。
● 高性能超聲換能器件是保證超聲水表測量準(zhǔn)確度和長期工作穩(wěn)定性的重要保證。新型機(jī)電換能材料研制、換能材料特性的穩(wěn)定性處理、換能器的設(shè)計(jì)與裝配技術(shù)，以及換能器件的測量與篩選技術(shù)等都是保證高性能超聲換能器的關(guān)鍵技術(shù)。
● 采用更高時(shí)間分辨力的計(jì)時(shí)脈沖技術(shù)和計(jì)時(shí)控制策略，提高時(shí)差法超聲水表在低流速時(shí)的計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度，使超聲水表的計(jì)量特性能向更寬的流量測量范圍拓展，以滿足水計(jì)量應(yīng)用的特殊要求。
● 超聲水表通常使用電池供電，為保證檢定周期內(nèi)不需更換電池，水表的微功耗設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。除了采用極低功耗的電子電路和嵌入式微系統(tǒng)外，軟件算法的改進(jìn)對降低整機(jī)功耗也非常重要。新型高能電池的研發(fā)為超聲等各類電子水表的大面積推廣應(yīng)用起到了關(guān)鍵的作用。
● 作為城市管網(wǎng)的一個(gè)測量節(jié)點(diǎn)，超聲等電子水表作為一種新型流量傳感器在管網(wǎng)測控應(yīng)用乃至物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中將起到十分重要的作用，因此超聲水表的通信接口技術(shù)是一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)接入的重要技術(shù)。目前電子水表的通信方式主要有短距的有線通信、無線通信和長距的無線通信等幾種，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有自組局域網(wǎng)絡(luò)和利用公用網(wǎng)絡(luò)平臺等。
● 超聲流量傳感器測量管段流體動力學(xué)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)、換能器位置和聲道的合理設(shè)置、測量管段金屬材料的選擇，以及密封與防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用等也將決定著超聲電子水表的計(jì)量性能、使用壽命和測量的可靠性。
超聲流量傳感器和超聲電子水表的出現(xiàn)必將為我國水資源的管理和用水量的貿(mào)易結(jié)算等起到非常重要的作用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的逐步推進(jìn)與應(yīng)用，具有數(shù)據(jù)采集與測量、數(shù)據(jù)傳輸與通信、網(wǎng)絡(luò)閥門控制等功能于一體的新型電子水表一定會有非常廣闊的應(yīng)用前景。
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