1、了系统设计的要求。.误差分析超声波流量计属十间接测量仪表，它对流体流量的测量是将被测流体中的声速粘度管道的内径管道的壁厚，以及管壁材质中的声速等作为己知条件对于管段式流量计我们不用考虑管道的壁厚以及管壁材质中的声速，通过检测超声波信号在流体中沿顺流方向和逆流方向的传播时间，从而计算出流速和流量的。所以，超声波流量计的实际测量误差，既包括超声波流量计本身的误差，也包括被测流体被测管道，以及其它现场测量条件在内的整个测量系统的误差。本课题所研究的超声波流量计使用的是传播时差法，其流量测量方程如公式.所示.上面流量方程的各个参数都有可能是误差的来源。对超声流量计来说，系统旦安装完毕，各参数设定之后，各参数引入的误差也就确定了。因。

2、提到的接收信号的第四个波峰电平接近包络峰值，可以把其用作比较电路的阀值电平。过零检测观察采样选通电路的输出波形情况。图.阀值检测模块输出波形图.脉冲展宽电路输出波形由实验可以看出，经过采样选通电路的阀值检测后的输出波形和电路设计想要得到的波形符合的很好，其第个脉冲经过脉冲展宽电路后将选通过零比较电路中的比较器，而后输出计数器停止脉冲信号。零速检测密封实验管段两头，在零流速下进行测试。通过此实验检验系统在电路设计上使测量产生的误差。该实验的测量方法和实际应用中对流体流量的测量方法基本相同，因为是在零流速下进行实验，为了使实验结果更加直观，我们将系统测量得到的流速值进行反算，表示成顺逆流超声波传播时间的差值如图.所示。结果并不。

3、。所有测量点的重复性都小于，说明系统的稳定性较好。表.重复性检测数据标准表流量重复性通路通路我们再对平均流速利用公式.进行相对误差计算，.结果如表.所示表.平均流速及相对误差对照表标准流速表通路流速平均值相对误差通路流速平均值相对误差两个声道单独工作所得到的数据都在低速时变现出较大误差，随着流速的提高，测量精度有定提高。单声道超声波气体流量计，如果管道内气体流动平稳，流形分布均匀，则测量精度较高，当管道内气体流形分布不均匀时，单声道流量计的测量精度较低。增加声道可以对管道内气体流形分布进行更好的识别，更精确的修正流体速度，提高测量精度。从实验数据上看，系统的精度还有待提高，但是考虑到实验条件较为粗糙，我们认为本系统能够满足。

4、基于超声波技术的汽车油耗检测仪器设计摘要共和国交通部部门计量检定规程，即交通号文件中规定油耗仪在规定流量范围内，准确度为.级和.级时，其示值允许误差分别不超过。本设计要求其误差值为.，则采取上目中所提到的试验方法进行实验测试。由于本设计没有实物做实际测量。所以本章实验数据研究部分内容参考超声波流量计测量的实验数值及计算方法。.零流量下的相关实验换能器收发信号波形实验首先，我们通过示波器观察换能器发射端和接收端的波形有无明显变形，如图.所示。图.超声波发射和接收放大波形从示波器上可以看出，输出的发射端激励信号波形正常，无明显抖动经过放大滤波后的接收信号比较干净，相对于可用信号噪声很小，激励脉冲的串扰也相对很小。在第之前章节中。

5、超声波气体流量计和标准涡街流量计的平均截面流速数据，每个测量点记录组数据。再分析每个测量点的组测量数据，检测系统的重复性和误差。超声波气体流量计实验结果及分析按照预先设定的实验方案分别对两个声道进行了流量测试实验。由于系统试验主要针对于流量计量程范围内的低流量进行检测，所以气体的流形稳定，可认为是层流，流量修正系数为。以下是实验记录的数据表.两通路测量数据标准表流速超声波流量计流速通路通路第次第二次第三次第次第二次第三次.通过表的数据，我们利用公式.检查其重复性.式中是第个点测量数据的重复性，是第个点测量数据的平均值，是第个点的第次测量数据。从表.中可以看出所测平均流量范围内，超声波气体流量计在两个通路都呈现出很好的重复性。

6、此可以认为超声流量计的误差主要为恒值系统误差，我们用恒值系统误差的处理方法来处理。依据误差，且各系差互不相关时，的误差为.如用相对误差表示则为.其中分别为和的相对误差。为的相对误差传递系数敏感度系数。的大小反映了测量误差对该参数误差的敏感程度，了解各参数的误差传递系数并在理论上估算出其数值，对我们提高测量精度是很有帮助的，接下来就依据该理论来对超声波流量计各参数的误差传递特性进行分析。管道直径的影响管道内径是对测量精度影响最大的因素之，管道内径的测量或管道内径数据的获得定要越准确越好。.相对误差传递系数为.可见，的相对误差传递系数为常数。显然越小，的相对误差越大致使测量误差越大。固有延迟的影响可见越小，越小，但由于很小，其。

7、代表系统测量精度达到了皮秒级别。实验先顺向发射次，再逆向发射次，统计计时结果，次试验结果如下表所示表.顺逆流超声波传播时间的差值测量次数传播平均时间差第次.第二次.第三次.由表中结果我们可以看出，零流速下系统测量的顺逆流传播时间差不为零，我们认为这主要是由于电路的延迟，以及超声波换能器的参数不对称等原因造成的，如何参考本实验结果对以后的测量结果进行修正，将在下文中讨论。.实时流量实验实验方法本实验建立模拟管道实验系统，模拟真实管道中的气体流动，进行流量测量。实验装置的标准表为涡街流量计。其模拟实验的管道材料为，口径为。根据换能器安装要求进行安装。换能器所处位置上游直道大于下游直道大于，气体的流形稳定，可认为是层流。用气体流。

8、上的流速最大，为。当管内流体呈紊流状态时，管内流体在半径方向上的流速分布为.式中是随不同而变化的系数，其值如表.所示。表.与的关系从公式.可以看出，在紊流状态下，管道内流体流速以管中心轴线为轴对称分布，但其分布呈指数曲线形式。与在层流状态下相比，在平均流速相同时，紊流状态下接近管壁处流体流速要大，管道中心轴线上的流体流速要小，而在紊流状态下管道内的流体流速分布是随雷诺数变化变化的，而层流时的流体流速分布则与雷诺数无关。由前面的讨论可知，超声波流量计所测量的流速是个沿超声波传播路径方向上的平均速度，由式公式.可知，在层流状态时与的关系为.由公式.可知，在紊流状态下，与的关系为.而我们所需要的是管道横截面上的平均流速。同样利用。

9、量模拟发动机燃油流量。气体流量由风机提供。风机转速由变频电机控制，测试系统可以设定变频调速电机的转速以调节流量，用以模拟发动机的各种不同工况。并且采集涡街流量计测得的流量数据与系统测量数据进行分析对比。在同实验管段上安装了两对超声波换能器进行比较试验。只测量单个管路的流量。由于实验条件有限，风机所能提供的风速范围有限，而实验所采用的标准表涡街流量计在公称直径下的量程范围为，通过公式折算成速度为。在量程外面的测量数据只能作为参考。所以本次试验的流速范围设定在左右。在这个流速范围内均匀的选择了个点进行测量，它们分别为.,.,.,.,.,.,.以及.用空气对超声波气体流量计进行试验。试验时对每个固定的流量，对两路通道每隔分钟记录。

10、两种状态，所谓层流状态是指管内流体只有轴向的运动，而无垂直与主流方向的横向流动而紊流状态是指流体质点既有轴向的运动，也有横向的运动。流体处于不同的流动状态，就有不同的流动特性，其流速的分布也大不相同，也随之发生变化。流体的流动状态不仅与流速有关，而与流体的其他参数如粘度和管径有关，雷诺数是流体流动状态的个判断依据。般认为，可以认为是流体从层流状态到紊流状态的临界点。当时为层流状态当时流体为紊流状态。在层流状态下，管内流体在半径方向上的流速分布规律可用下式表.式中是离管道中心距离为处的流速是管道中心处的最大流速是管道半径为与管道中心的径向距离。由上式可知，在层流状态下，流速分布是以管轴为中心的轴对称抛物线分布，在管道中心轴线。

11、公式.，可以知道在层流状态下与的关系为.式中为管道的截面积。由公式.可知，紊流状态下的与的关系为.由公式.公式.可知层流状态下流量修正系数为.紊流状态下流量修正系数为.可见，只要流体处于层流状态，即使有所变化，与的关系也不会变。而紊流状态下与的关系随雷诺数的变化而变化。上述流量系数修正公式都是在理想条件下的理论计算公式，在实际测量中，所测量的管道不定能满足“足够长”的条件，这时需要根据实际情况调整流量修正系数。从上面的分析以及前面章节关十管道中流场的讨论，我们可以看到管道流体流速分布规律的极其复杂性，到目前为止，人们也没有得到准确的流量修正系数计算公式或是精确的数据表格。因此，流量修正系数成了制约超声波流量计测量精度提高的。

12、对误差比较大，所以引起的误差不易忽视，因此在实际测量中，为提高测量精度，我们应该尽量精确求出固有延迟。测量时差的影响虽然，测量时差的误差传递系数为常数。但由于测量时差的值很小，因此，我们测量等到的时差对其相对误差影响比较大，从而影响到流量相对误差的大小。正因如此，精确的测量时差是提高时差法流量测量精度的关键。参数的影响参数顺流传播时间逆流传播时间。由流量计算公式有可见，越大，的绝对值越小，的相对误差就越小，引起的流量相对误差也就越小。流量修正系数的影响下面我们重点讨论下流量修正系数,可见，的相对误差传递系数为常数我们从第前几章中的分析中我们知道，为什么要利用流量修正系数对所测流速进行修正，而层流和紊流是管内流体流动时存在的。

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