基于ATmega128的便携式超声波流量计的设计

　　基本原理

　　作者以时差法为原理设计了一款高精度的手持式超声波流量计。超声波传感器的安装方式也不止图示一种。常用的安装方式有V法(反射法)、Z法(直接透过法)和X法(交叉法)，无论应用哪种方法测量，其基本原理都是测量超声波在顺和逆流体流动方向到达接收器的时间差，进而换算成流速、流量等信息。图1为直接透过法测量流量的基本原理。其中流量测量部分是应用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。　　

 

　　图1中有两个换能器，顺流换能器和逆流换能器，两只换能器分别安装在流体管线的两侧并相距一定距离，管线的内直径为D，超声波行走的路径长度为L，超声波顺流时间为T上游，逆流时间为T下游，超声波的传播方向与流体的流动方向夹角为θ，流体的流动速度为V。由于流体流动的原因，超声波顺流传播L长度的距离所用的时间比逆流传播所用的时间短，其时间差可用下式表示：

　　其中C为声音在介质中的传播速度，Toffset为系统时间差，顺流时间和和逆流时间差为：　　

　　流体的速度相对于声波在流体中的传播速度是非常小的，上式简化为：