【正文】 速相同，由式()可以導出: ()質量流量可以用體積流量和流動流量的密度之積來表示。其中，小量程探測距離小于2m，工作頻率在 60300kHz 之間；中量程探測距離約為 2l0m，工作頻率在4060kHz 之間；大量程探測距離約為 2050m，工作頻率處1630kHz 之間。目前常見的超聲波發(fā)射和接收器件的標稱頻率一般為 40kHz，頻率取得太低，外界雜音干擾較多，太高在傳播過程中衰減較大[4]。通常情況下，聲波在空氣中的傳播速度約為 344m/s。近幾年來，隨著電子技術、數字技術和聲楔材料等技術的發(fā)展，利用超聲波脈沖測量流體流量的技術發(fā)展很快。流量計在國外的發(fā)展較快，幾個工業(yè)發(fā)達國家均有相當數量的流量儀表生產廠家，有專業(yè)生產多品種的流量儀表的綜合大型企業(yè)，也有專業(yè)生產品種單一性能獨特的流量儀表小型企業(yè)，數量上以后者居多。因為一般流量計隨著管徑的增加會帶來制造和運輸上的困難，不少流量計只適用于圓形管道，而且造價提高，能耗加大，安裝不便，這些問題，超聲波流量計都可以避免，這樣就提高了流量測量儀表的性能價格比。 設計要求（1）測量距離范圍要求為；（2）精度要求優(yōu)于1%；（3）進行溫度補償；（4）顯示方式要求為數碼管顯示；本文圍繞堰式超聲波流量計測量技術的實現，詳細地分析和敘述了系統硬件和軟件各部分的組成和設計原理。它只能在固體中傳播；(3)表面波。在壓電陶瓷片加有大小和方向不斷變化的交流電壓時，據壓電效應，就會使壓電陶瓷晶片產生機械變形，這種機械變形的大小和方向是于外加電壓的大小和方向成正比的。CSB40T探頭各項參數為：頻率為 40 kHz，阻抗 500，靈敏度為 103dB(min)，帶寬在 3dB 時為 ，角度最大值為 (6dB)，靜電容 200010%PF，最大驅動電壓 150Vpp(10%工作周期)，回波靈敏度為 70dB(min)，聲壓電平 0dB=1uvolt/bar。如果體積流量為Q，質量流量為G，那么，在時間t內流體的通過體積V和通過質量M為: （） （）因此，如果流動流體的密度p為一定的話，由式()可得V=Qt，由()可得M=Gt，如果由式()的關系對此進行整理，則: （）通過體積V和通過質量M分別如式()和式()的關系所表示的那樣，為體積流量和質量流量的累積值，因此，把這樣測量的總和M累積流量。（4）無可動部件，無磨損，使用壽命長，重量輕。量水堰的形式有許多種，薄壁堰適用于小流量并有較高的精度，多用于實驗室、灌溉渠道和鉆井等處測定流量。標準氣壓下，超聲波在空氣中的傳播速度為C，因此只要測定超聲波從發(fā)送到接收的傳播時間就可以計算出兩者之間的距離。 超聲波接收電路超聲接收電路[10]由放大濾波電路和檢波電路兩部分組成。 6N137引腳圖OP07是高精度低失調電壓的精密運放集成電路,用于微弱信號的放大,。工作電壓為 3— V。LOAD：（），裝載數據輸入端，在LOAD的上升沿，16位串行輸入數據被鎖存到數字或控制寄存器中。D0=0，關閉所有顯示器；D0=1，允許顯示。每種工作時序都有相應的要求，這在進行DS18B20接口程序設計時必須足夠重視。數據標定的原因在于：在溫度補償和距離計算過程中沒有考慮小數的存在，而實際顯示結果必須考慮小數和有效位，這樣勢必要對計算得到的結果進行取舍，取舍的過程就是標定的過程。系統改進措施如下:(1)對超聲波發(fā)射電路采取優(yōu)化措施，以獲得高精度高穩(wěn)定度的超聲波信號。、。如果要在對應位上顯示小數點，只要將對應的顯示代碼的最高位置為1即可。本文只對主程序、測溫程序和INT0中斷服務程序予以說明。（2）顯示亮度寄存器（地址X AH）：其中D7~D4位可任意，而D3~D0可選擇0000~1111。C）3020100102030100聲速（m/s）313319323325338334349383這種采用檢測超聲波渡越時間的方法并加入溫度補償，提高了距離檢測精度，有利于獲得精確的位置。圖 LM393引腳圖 溫度傳感器 DS18B20簡介數字溫度傳感器 DS18B20的測溫范圍為 55—+125176。 檢波電路6N137隔離電壓 3KV，頻率10MHz。其振蕩頻率計算式如下： （）將R10設計為可調電阻的目的是為了調節(jié)信號頻率，使之與換能器的40KHz固有頻率一致。根據柏努利原理，節(jié)流處的水位能轉化為流速能，因而流速的增大將導致節(jié)流處水位的下降。農業(yè)和公用事業(yè)常用的明渠流量儀表的測量原理大體可分為堰法、槽法、流速水位計算法和電磁流量計法。由于檢測元件不與被測流體直接接觸，所以克服了傳統的接觸法流量測量中存在的問題。這種情況下的某一時刻的流量，可以假定該時刻的流動保持恒定不變，用單位時間內流過的流體的體積或質量來表示。 超聲波傳感器結構圖超聲測距傳感器按其作用距離可以分為大、中、小三種量程。這種裝置能發(fā)射超聲波和接收超聲波回波，并轉換成相應電信號。聲波在真空中不能進行傳播，必須通過氣體、液體、固體或者三者的組合體作為介質才能傳播。超聲波流量計是20世紀70年代隨著IC技術迅速發(fā)展才開始得到實際應用的一種非接觸式儀表。我國1990年流量儀表產量（不包括家用燃氣表和家用水表）估計超過25萬臺。（2）對介質幾乎無要求。本文內容由以下5部分組成:（1）分析了超聲波流量計的發(fā)展現狀及工作原理，并說明了超聲波測流量的優(yōu)點。質點的振動介于縱波與橫波之間，沿表面?zhèn)鞑?。也就是說，在壓電陶瓷晶片上加有頻率為 f 的電壓脈沖，晶片就會產生同頻率的機械振動。 流量測量 流量的定義在流體的流動中，具有某一定面積的截面，把流過該截面的體積或質量與時間之比稱為流量。以測量累積流量為主的流量計稱為累積流量計。（5）安裝維修方便，不需要專門的閥門等且不必中斷流體流動，不影響生產。河道或實際工程中也常采用寬頂堰和實用剖面堰來量測較大流量。設超聲波發(fā)射和接收的時間差為t,可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即: ()超聲波在空氣中的傳播速度為C，0℃時的傳播速度為331，25℃時為347，其與環(huán)境T（℃）的關系見（）式。詳述如下：接收電路原理圖如圖 ，放大電路共有三級：前置放大器是高阻抗輸入級，高輸入阻抗是為了與傳感器的高阻抗匹配；中間放大器對信號進行有選擇的放大，只放大中心頻率 40KHz的回波信號；第三級是增益放大，利用OP07放大器增加對超聲波回波信號的放大倍數，放大增益為 10。廣泛應用于穩(wěn)定積分、比較器，絕對值電路、及微弱信號的精確放大，尤其適應于宇航、軍工的應用。 DS18B20引腳圖 溫度補償由于超聲波也是一種聲波，其聲速 C 與溫度有關，表 列出了幾種不同溫度下的聲速。 顯示電路SEGA~SEGG和SEGP為LED七段驅動器線和小數點線，供給顯示器源電流。（5）顯示測試寄存器（地址X FH）：其中D7~D1位可任意。復位DS18B20啟動溫度轉換對溫度值求補碼得原碼讀取16位溫度值啟動DS18B20求補子程序讀取溫度子程序初始化開始 對DS18B20操作流程圖基于MAX7219的6位數碼管顯示程序實際上包含以下幾個部分：（1）對MAX7219的初始化部分；（2）對MAX7219的字寫入操作部分；（3）顯示子程序部分（也即寫MAX7219的8字節(jié)顯示RAM的部分）。對本系統而言，標定的依據是：（1） 溫度標定處理依據溫度只能以2位方式進行顯示，而DS18B20的測量溫度范圍為55—+125176。(2)對系統硬件電路采取適當的措施，降低外界干擾，提高系統的測量精度和穩(wěn)定性。T0初值為88H。 顯示子程序顯示子程序的作用是將非壓縮BCD碼形式的顯示代碼寫入對應的數碼管顯示RAM寄存器，常用的09和AF的顯示代碼對應為00H09H和0AH0FH。則在中斷響應程序中停止計數，讀取計數值，存放于數據緩沖器，再根據溫度值，計算距離，完成中斷響應程序后，將距離信息傳輸給單片機，接著重新發(fā)射超聲波，開始新一輪的距離檢測，如此一直循環(huán)。邏輯高電平選擇BCD譯碼，而低電平選擇非代碼譯碼。 溫度與聲速變化關系表溫度（176。2mV；共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插8 腳塑料封裝（DIP8）和微形的雙列8 腳塑料封裝（SOP8）各引腳功能：8腳電源＋，4腳電源－，1腳比較器A輸出，2腳比較器A反相輸入，3腳比較器A同向輸入，5腳比較器B同向輸入，6腳比較器B反相輸入，7腳比較器B輸出。檢波輸出引起單片機CPU中斷，CPU記錄發(fā)射信號與接收信號之間的時間，并轉換為距離。從圖中可知，40KHz的超聲波信號使利用555時基電路振蕩產生的。槽式流量測量的基本原理是在水路上安裝具有特定形狀的水糟，使得渠路中的水流在流經水槽喉管部時產生節(jié)流，從而引起流速的變化。堰槽流量計由堰槽和與之配套的水位傳感器或水位流量顯示儀表組成。非接觸式流量測量是借助于超聲波、射線、激光等發(fā)展起來的流量測量新技術，它通過安裝在渠道兩側的檢測裝置之間接感知信號。當流體是非穩(wěn)定流時，流量時時刻刻地都在變化著。金屬殼可防止外界力量對壓電陶瓷晶片及錐形諧振板的損害，金屬網也是起保護作用的，但不影響發(fā)射和接收超聲波。 超聲波傳感器的原理及應用超聲波傳感器是實現聲、電轉換的裝置，又稱超聲換能器或超聲波探頭。超聲頻率高，故可以給出大的功率。流量儀表一般可分為如下十大類:壓差式流量計、浮子式流量計、容積式流量計、葉(渦)輪式流量計、電磁式流量計、流體振蕩式(包括渦街式)流量計、超聲流量計、熱式流量計、科里奧利質量流量計和明渠(或非滿管)用流量計[1]。從事流量儀表研究和生產的單位超過230家，向中國儀器儀表協會流量儀表專業(yè)協會注冊登記的單位也有50余家，它們均是有相當規(guī)模或有一定特色的企業(yè)。超聲波流量計不僅可以測量液體、氣體，甚至對雙相介質（主要是應用多普勒法）的流體流量也可以測量，由于可制成非接觸式的測量儀表，所以不破壞流體的流場，沒有壓力損失，并且可以解決其它類型流量計難以測量的強腐蝕性、非導電性、放射性的流量問題。（2）超聲波明渠流量計的發(fā)射電路設計；（3）超聲波明渠流量計的接收電路設計以及顯示電路設計；（4）超聲波明渠流量計的軟件設計；（5）總結論文完成的內容，并針對不同的場合提出了改進方案。振幅隨深度增加而迅速衰減的波。這種機械振動推動空氣等媒質，便會發(fā)出超聲波。用流體流過的體積與時間之比來表示流量時，稱為體積流量(或容積流量)。準確地說，累積流量就是流過流體的體積或質量。 明渠流量測量水路按其形態(tài)分類，可分為封閉管道和明渠兩大類。三者原理基本相同。 () 由于超聲波的聲速受到溫度的影響，如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正,為了補償溫度條件的影響，設計了溫度傳感器DS18B20。為調試方便，本設計采用OP07構成三級反相放大器，每一級的放大倍數以不超過100倍為宜，總的放大倍數可按實際信號大小確定?？珊蛈A741,uA709,LM301,LM308, LF356,OP07，op37,max427這些運放來直接代換。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的，可通過標準距離校準后使用。DIG0~DIG7：為8數字驅動線，輸出位選信號，從每位LED共陰極吸入電流。D0=0，LED處于正常工作狀態(tài)；D0=1，允許顯示。前兩個為低層接口子程序，后一個為應用層子程序。C，因此取常用的溫度部分，不考慮小數部分，即55—+99176。參考文獻[1] 梁國偉，蔡武昌，:機械工業(yè)出版社，2002:15～18.[2] ，2007，26(6):8～11.[3] ZhangH，LinW，Zhang Cetal. ultrasonic flowmeter in production bore holes of ，2005:1496～1499.[4] 李建華. 超聲波傳感器的特性及應用[J]. 電子世界. 1990