基于ATmega128的便攜式超聲波流量計的設計

　　基本原理

　　作者以時差法為原理設計了一款高精度的手持式超聲波流量計。超聲波傳感器的安裝方式也不止圖示一種。常用的安裝方式有V法(反射法)、Z法(直接透過法)和X法(交叉法)，無論應用哪種方法測量，其基本原理都是測量超聲波在順和逆流體流動方向到達接收器的時間差，進而換算成流速、流量等信息。圖1為直接透過法測量流量的基本原理。其中流量測量部分是應用一對超聲波換能器相向交替(或同時)收發(fā)超聲波，通過觀測超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的一種間接測量方法。　　

 

　　圖1中有兩個換能器，順流換能器和逆流換能器，兩只換能器分別安裝在流體管線的兩側并相距一定距離，管線的內直徑為D，超聲波行走的路徑長度為L，超聲波順流時間為T上游，逆流時間為T下游，超聲波的傳播方向與流體的流動方向夾角為θ，流體的流動速度為V。由于流體流動的原因，超聲波順流傳播L長度的距離所用的時間比逆流傳播所用的時間短，其時間差可用下式表示：

　　其中C為聲音在介質中的傳播速度，Toffset為系統(tǒng)時間差，順流時間和和逆流時間差為：　　

　　流體的速度相對于聲波在流體中的傳播速度是非常小的，上式簡化為：