超聲波氣體流量計具有測量精度高、量程比大、壓損小等優(yōu)點，已被美國、荷蘭、英國、中國等多個國家政府機構(gòu)批準作為天然氣貿(mào)易結(jié)算的法定計量工具，目前為止僅有少數(shù)廠家如美國Daniel、GE、日本愛知時計等具備自主研發(fā)能力，其中，國外產(chǎn)品占據(jù)了超聲波氣體流量計絕大部分。不同于超聲波液體流量計，超聲波氣體流量計中的超聲波信號在氣體介質(zhì)傳輸過程中衰減大，而且超聲波換能器工作頻率普遍在40～200kHz之間，該頻率范圍段非常容易受聲學噪聲干擾，導致超聲波接收信號信噪比低，渡越時間難以準確測量。通常提高管道內(nèi)被測氣體的壓力可以提高超聲波接收信號的質(zhì)量，因此目前市面上的超聲波氣體流量計主要用于天然氣流量計量。

由于受限于超聲波接收信號的信噪比，超聲波渡越時間檢測的準確性較難提高，目前廣泛用于超聲波氣體流量計渡越時間檢測的算法主要有互相關法、閾值法等。利用回波法得到參考波形，與直接接收的超聲波信號進行互相關計算得到渡越時間，完成流量計算，由于該方法的參考波形通過多次反射得到，在小管徑環(huán)境中適應性較好，在較大管徑中超聲波信號由于衰減較大，難以保證穩(wěn)定接收，因此該方法具有較大局限性; 將多個靜態(tài)無風環(huán)境下的接收波形作平均處理以構(gòu)建參考波形，再與實際接收波形進行互相關計算得到渡越時間，由于忽略了溫度壓力等因素對超聲接收波形包絡形狀的改變，因此該方法環(huán)境適應能力很有限; 采用可變閾值法用于超聲波渡越時間計算，在音速噴嘴氣體流量標準裝置上完成了校準試驗，試驗結(jié)果表明該方法可以獲得較高測量精度，該方法僅僅在標準大氣壓下進行試驗，未進行更低壓力環(huán)境的應用研究。

為了檢驗超聲波氣體流量計在低壓環(huán)境的適應性，該文構(gòu)建了壓力試驗平臺，在該平臺上完成了不同負壓等級的信號衰減試驗，分析了影響規(guī)律。進一步設計了帶通濾波電路及自動增益控制電路，基于FPGA采用相對閾值法結(jié)合過零檢測法實現(xiàn)了超聲波渡越時間檢測和流量計算，最后在工業(yè)性試驗中檢驗了樣機的測量精度。

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超聲波氣體流量計在天然氣中的應用底座S9-M

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