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與時間差Δt、正向傳播時間t1-2、逆向傳播時間t2-1所組成的數(shù)學表達式成線性關(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://www.ex-cimer.com/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（點對點）/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聲道，可以在流速分布的不同位置進行校正，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，同時也為高準確度電子水表的實現(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確度和長期工作穩(wěn)定性的重要保證。新型機電換能材料研制、換能材料特性的穩(wěn)定性處理、換能器的設計與裝配技術(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)。
● 采用更高時間分辨力的計時脈沖技術(shù)和計時控制策略，提高時差法超聲水表在低流速時的計時準確度，使超聲水表的計量特性能向更寬的流量測量范圍拓展，以滿足水計量應用的特殊要求。
● 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，水表的微功耗設計就顯得尤為重要。除了采用極低功耗的電子電路和嵌入式微系統(tǒng)外，軟件算法的改進對降低整機功耗也非常重要。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用起到了關(guān)鍵的作用。
● 作為城市管網(wǎng)的一個測量節(jié)點，超聲等電子水表作為一種新型流量傳感器在管網(wǎng)測控應用乃至物聯(lián)網(wǎng)應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)是一項網(wǎng)絡接入的重要技術(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)絡技術(shù)主要有自組局域網(wǎng)絡和利用公用網(wǎng)絡平臺等。
● 超聲流量傳感器測量管段流體動力學性能的優(yōu)化設計、換能器位置和聲道的合理設置、測量管段金屬材料的選擇，以及密封與防護技術(shù)的應用等也將決定著超聲電子水表的計量性能、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)的逐步推進與應用，具有數(shù)據(jù)采集與測量、數(shù)據(jù)傳輸與通信、網(wǎng)絡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用前景。
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