2 流量计测量原理

超声波流量计设计基于 ToF 测量原理。此测量是指信号从发送传感器传输到接收传感器所需的时间。图 2-1 显示了典型的流量管。

图 2-1 典型流量管

信号从第一个传感器传输到第二个传感器的传播时间是 T12。T21 表示以相反方向进行传输的传播时间。根据以下公式计算这些时间，这些时间与气体中的超声波速度和气流速度存在函数关系。此长度远远大于管道半径 r，因此与气流垂直的波的传播长度在以下分析中忽略不计。

方程式 1.

T_{12} = \frac{L}{c + v}

方程式 2.

T_{21} = \frac{L}{c - v}

方程式 3.

∆ t = T_{21} - T_{12}

其中：

使用方程式 1 到方程式 3 得出气流速度 (v)，无需知道超声波在介质中的速度 (c) 即可得出此值。本参考设计在计算气流时，假定超声波速度未知。在本例中，方程式 4 通过方程式 1 和方程式 2 得到，方法是消除 c。

方程式 4.

v = \frac{L}{2} \times (\frac{1}{T_{12}} - \frac{1}{T_{21}}) = \frac{L}{2} \times (\frac{T_{21} - T_{12}}{T_{21} \times T_{12}}) = \frac{L}{2} \times (\frac{∆ t}{T_{21} \times T_{12}})