基于ATmega128的便攜式超聲波流量計的設(shè)計

　　基本原理

　　作者以時差法為原理設(shè)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(yīng)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(dá)接收器的時間差，進(jìn)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(yīng)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(zhì)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(cè)并相距一定距離，管線的內(nèi)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(zhì)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：