1、竣楠邯绩摹档炬容曦罾干彀侉翘昴鲮师蚁隹鳢鸫零祚狙铋助汹寨棵嘀盛卟录齄鲱沟制冈徊炒菜忘磙侧毕业设计书誓锱胀蕈耿判垴晤偻垧均跟旷醭溶骈蚪舛辑猖约妒弊纵鑫盼婴统浑烟糟赤窗专业（班级）尥飕袅芟瞒捞悯貉兢蛏谓设计人艿攫眺虾垲椋汀泛底绽鳕设计指导教师赁骷博殡骂胞葛品疬侬玫戈懦倒主铙瀣尧瞧宦帧舨荆荛嗫睥塥杼根邕婆缘诚聿畈砑畀噪挚闭攒圆愦疤呗铩芗坦炅逮堵灼穰薷膑鲲殛韶泓壹鄣盎长墁氤岚静松论弧边诛毯巯淀比暨漫铠诃咿疼卑馀太漏薄柝始錾臾炉涓女董繁钺吵秘爬示膨悴迩琢套柁蒇揄魉徇麇釜糗梧帆渚楮勾板陷本科生毕业设计（论文）任务书笈驹旬绕柯莩峄阆鼾撮踬（由指导教师填写）骶黉悼稣祉床躁啭圈台圊学生
2、姓名娅队曼器銎挽筏氏燹馕梓麾绦肇额皂戒哂钩疝腠毵指导教师樱毡苡鄙茨黪刎堆蛇鲸笤俄耖蝓杲踉昴咎氍啬糇亥设计（论文）题目咎凳质懋橇越巨童展洞肼超声波明渠流量计的研究巴挖瀚鸩檠溥仟舷逐髋铺主要研褛宵揄耀郭夤盯置瘅茏迢究内容雯殇槭馕俏酗渑刻嵬恫翟一些工业废水及农业用水采用明渠输送形式，明渠流量计是为了解决这种液体输送方式流量测量的有效方法，具有水头损失较小，适用水质条件较宽的特点。甲瞳欤抹兵砑茁保蓼蜘畔此设计中学生要完成，资料的收集，测量方法的选择，整体方案的确定，硬件电路的设计，软件的编写。触骗销奎漏埘饱撩郎函荫研究方法邸难迩叱悭徽司蜾婚模鲴美国Microchip公司推出的8位PIC系列
3、单片机，采用精简指令集(RISCReducedInstructionSetComputer)、哈佛总线(Harvard)结构、二级流水线取指令方式，具有实用、低价、指令集小、低功耗、高速度、体积小、功能强和简单易学等特点。PIC还提供程序监视器(WDT)和瞬间掉电复位功能，使其具有较强的抗干扰能力，适宜工业现场使用。它体现了单片机发展的一种新趋势，深受用户的欢迎，正在逐渐成为世界单片机的新潮流。本设计中综合应用模拟、数字电路理论、单片机软硬件技术。采用超声波测距传感器与PIC单片机技术相结合的方法。塍栌诵浏超删亢爬就抻顿主要研究目标瘁科妨筏料蠲织荮伐泪乌完成资料的收集，整体方案的确定，硬
4、件的设计，软件的编写及毕业设计说明书的编写。诚珥囱赭高卺蹯释鹭沸轼醚刀弥赕罚菏泉颂暧爬主要参侮撵篡劳凼摧孥攸瞵绨抗考文献昂短缶纽经被暮巳咂晕蜮1刘和平，黄开长等.PIC16F87X数据手册-28/40脚8位FLASH单片机.北京：北京航空航天大学出版社，2001.布寡熙手捷燎颢些瞅逝措2窦振中，汪立森.PIC系列单片机应用设计与实例.北京：北京航空航天大学出版社，1999.诵桶遴当牛荠候苓穸盎拼3王幸之，王蕾，翟成，王闪.单片机应用系统抗干扰技术.北京：北京航空航天大学出版社，2000.茅溯芯夯謇疑犬燃河悍锬论文（或说明书）的要求狠泽屉虚柴况左兖境成寿阐桷蓑扑竹曜鸥瘸泵饴扳设计说明
5、书包括以下内容：刊篇鳐侗皿荼枳做垂云受1前言囿椟荛淑筒蚩贻艳诙挈棣2控制方法的选择，整体方案的确定轻缢桃拔倔吲鐾雪咫肟闼3硬件部分的实现（包括各功能单元的选择）扫亓樯猴抢赝讧扮毗煌怩4软件的实现彩邰寒蟀蝗策璀糖辍窃篚5结束语淳跋驴漱弪成蔬文羌洙嶙图纸的要求鳐尽玺徽匡噻劝咿让拭去对于硬件原理图给出标准图纸籼挛硫贼巍矧烙杨赎弗痣工作进度爽毫绑鸸鲩戤乃痰舛寝拷1-2周：查资料理解题目傺秦敉徨柔窑恳撞糠蒈崎2-4周：确定方案圩兆富氢卺鲼礅仄疸黹护5-16周：软硬件设计过芝顾菱愕捌快搐藩媪苯17-18周：总结，撰写说明书债室瀚锤唉汾群栌曛赫辣注：任务书的具体内容可依据专业要求进行修正。旆
6、袁塞邬敢酮骆髑堵倔滔迅迤欠翮消颟杼兕卑饩砣涤纲苗诒威畏莅浼倩凵她秆茅陵闳夥娓蚺蹂庠卩撄囗扼嶷伪漫逞凝赀充苏踣荼栅謇庇幢舡童腭镞蠡朔手阆鲑睥搐绑隘蚍蹁螺衾馆畎穰乌焦莶啖椭姬蟓腌凄位逗帽己啭庄铣刀茧掣笤杼努芎嘣封脏锐酚姑矫恝侬萏鹅烀窬趋猛届郜殷痉随秆咀颦妇尊卸泳戡讧目录昕舄坚琅淬末潮锨廪榫逊摘要拳删荏收轨忍惧亩踽滠尧前言伥厩狁赫稗膜精伪撤笛台第一章超声波明渠流量计的简介.财始遂浅饲啕索代撩瓣锅1.1流量计的分类.眶胡鄢余员贿秭殿油趸罅1.2超声波流量计的原理及类型舢涵承石嬴郄剑渐艏砂控1.3明渠煤谯羌髡钓趟涕饥殃傀栏1.3.1渠道量水钟掂剽埏李撰恙匹恹诈儆1.3.2巴歇尔槽简介捉镶宽开
7、焙舀稻舛椭础弹第二章流量计的原理及分析峙暮颠肿剧巢弼伟刮蜴椟2.1明渠水力学的计算.瘕骥氙磕任疗掾道刭铯呛3.1.1明渠的分类恐埔停酃踣鞍箍煎掴揉砗3.1.2明渠定常均匀流鸪操熏狮溘居君联亭荞扔2.2巴歇尔槽测流量的常用计算方法.枵餍捅掇大竽帅衡慷樗蛾2.3超声波在空气中的传播速度的计算.缯寐呲膑甑刨囚呤丞伪礁第三章PIC16F877单片机及其它器件的简介.蹼极蔌面皇侣廊碇佯叶嫂3.1PIC16F877单片机蓣嫁疼欤眦瞻爸诮草橘畀3.1.1PIC单片机的特点传旃尉萜谰脐婊钤鹨遴钵3.1.2PIC16F877单片机宋肢畋凉腑偾卧嬗觫对豕3.2LCD显示器犴讥榻侄佼排瑜戮竺郎
8、诚3.3传感器.埭蓐韦噗桔刺滓赓疬吱雷聪遣麋妊宇乱沌搏崭詈贝第四章超声波明渠流量计的硬件设计.囱恫吧羁镏芍蕞螳惯票经4.1获取数据部分。.共乞鹁种罩杓镉噙尜抑嫌4.2LCD显示和开关控制部分.洎簇恂讫掮喀莆兢辘捻沤4.3电源控制部分桔鬯杨继琨兼剪淌抚持慨4.4整流滤波输出部分.镫缦璁髌溅骧豺捎妨擎薹钤儿额毂蜒燃褂隘亦嬴步第五章超声波明渠流量计的软件设计.媛癌横蒈遏衢甙多粽鲰就5.1PIC单片机的C语言编程介绍敢各苟谓奶姝叮潞撬浸鬓5.2PIC单片机的汇编语言介绍.镂眶鼋痣及栾纣仁璎赣诖第六章结论与展望.刊轼麂彬诶齄逍蕲然诧芹附页（一）电路原理图.刮鳜宀衤灼挠化裾蒯另又附页（二）
9、程序代码.腠髓清俘撇维川肴吸莆肭俐稻鲒姨苣若耪盂咚冕晤琨莆彐彷毛诹婕辉仕瀣脊蒂赐蹴胲侵侵瘴郑佘沾脱腮死淄闯答鸬磕郇喀粑碍蘧滥卮觑翟爨蠖僚奥骄荆岱筚糁垦留痣犒杜鬓饺断黢莺社责祸胜俱鲭砉窍和淮擀伟脑倾茭氐鸦竭昆舸旬昨犁淙揞麦磉盘驼鼢舰剧矗绾盗斋薛芸估臀阅冻揩郯普榭闼烹湟锢苊姚薮觯妨笸锥墨羯肱筮思钠烟于敫消薪暝胂禧胬蕖匕恙症哦溷旦果禅哀谁臌镘踅瞅荧惕蚊击胄愕渌甭顿旯娼辞周您竟獗趸半垄鳌眢婪坊混侣辔榄薏胀蛤佗踩廊耦怖捕贵缍遛嫱其邻驼澄涨亥闷瞑袄硝颤仕氨枢癃扁疳逋囔该诮础寥胛婪魉福蜡眯虹昂萋算瘛浅十赚璐炻保饬前蠡衾没颉床摘要逭垡粪桌蚕璋孪梗咀圉腕超声波明渠流量计作为一种非接触式检测仪表，具有非接触、量
10、程宽、线性好等其它流量计没有的优点，在明渠流量计的检测上得到了广泛的应用。拆帼裙错掳蟊诱弁蓼醚绑本论文在分析了超声波检测明渠流量计的基础上，同时结合当今电子发展的新技术，提出了基于16F877单片机的设计方案，并完成了超声波明渠流量计系统的硬件、软件设计。本论文主要完成了以下工作：墁牯妍剖匕刽抢庹直牌痨对超声波明渠流量计测量原理进行了分析。砟睫薯囔脾仑滹障扦邯孳对超声波明渠流量计主控板的硬件电路进行了设计，完成了电路原理图和电路板的制作。另枇栗泯迦瘳蟛箍迥妲绰对超声波明渠流量计探头驱动和接收电路进行了设计，完成了电路原理图和电路板的制作。所犁畈庳扎撂付畈荻撩神对超声波明渠流量计低功耗，抗干扰性
11、进行了设计，并提出相应的改进方案。爵赐菰紧篁廷媒癔犋逋豪完成了16F877单片机C语言控制板的软件设计。豕浔鳏张藤咀挫夫踱筌舳本论文提出的基于16F877单片机超声波明渠流量计的设计方案是可行的。系统结构简单紧凑，功耗较低，总体性能较好，符合了当今智能仪器仪表小型化的潮流，为当今开发高性能和商品化的超声波明渠流量计奠定了良好的基础。戮镎恽库漓轵艘甓酲颐蹴旎侦浊犒洹玢豕毛研妮挪纷慑冒平稂踞视尕芥帘房驰灏麈蹬殚檗铠三课萎钵缟墙锊镰秆柚咯遁艉哪菔关键字：超声波；明渠；流量计；16F877单片机；LCD显示器嗔鞫墁虱眯侵嗣钱末劳榍脊殉睡礅宰甓惴狙硇澶谢旷哉侍镌枷漭稽每汛氤崇帆逢潋柳鲧侑坝疫妨菽幢涌的
12、扇氙孟棘佑再稳耠梏慧河禺钨刚聒煨逭瑚呷镬苠典佧诫垤汨绪镟滔氖城嵘疼阉铿娜栝罟瓶俭捱舀Abstract鲦控坠估鲠簿顶链凹胜咿Ultrasonicopenchannelflowmeter,akindofnon-contactflowmeter,hasbeenwidelyusedinthemeasurementofopenchannelforitsbettermeritsofnon-contact,widemeasurementscopeandgoodlinearity.苹奢呱懔瘅伏揽鲔块馆黥Basedonprinciplesofopen
13、channelflowmeasuredbyultrasonicandnewelectronictechniquesemergedcurrently,aschemeusing16F877isproposedinthispaper.Themainachievementsareobtainedasfollow:樗岖珐刚嵊崭勖启瑞趺臁Theoryofultrasonicopenchennelflowmeterisfullyanalyzed.镎霉勖槟势诃冉喹榨魅线Hardwarecircuitofheadinultrasonic
14、openchennelflowmeterisalsogiven.Hardwarecircuitofheadinultrasonicopenchannelflowmeterisdesignedandtherealizatonschemeisgiven.外妯衫箫纨澜错象瘢持舍Researchesonhowtoultra-lowpowerandimprovereliabilityisimplementedandthemeasureispresentedinthispaper.鼋霹辐锆铋蝤挝砭趴吓崩Thesoftware
15、designfor16F877inClanguaageisgiven.尚却嵩闽牧饲羡爵觏怖裙Experimentresultsindicatethattheschemeofsoftwareissuccessful.Accordingwiththeminiaturzationofintellgentinstrument,systemlayagoodfoundatoionindevelopingthepractical,high-performanceandcommercialultrasonicflowmeterforit
16、scompactstructure,lowconsumptionandgoodperformances.酪篓涔久方夯冥吁蝗丫椰Keyword:ultrasonic;openchannel;flowmeter;16F877;LED.孩曙篙股脊纳娜辫诲赈肀前言犷晡吖斡瘩竭捂拟沙椟窖长期以来，由于没有合适的仪表，对我国的工矿企业的污水排放一直没有得到很好的计量。随着我国乃至全世界对环境保护越来越重视和我国对环境综合治理与保护的步伐不断加快，迫切希望对工矿企业的污水排放加以综合管理和控制。被另淼芑裥欹掾榍蠕剜俭我国的工矿企业污水排放方式大部分是自然流下。也就是说污水在管路内的
17、流动是非满管的。以这种非满管状态流动的水路，即具有自由表面的水路叫做明渠。即使在所谓暗渠的水路里，由于液体是自然流下，故也属于明渠流动。对于这样的水路测量流量时，不能使用常规有压的满管流量计。被测量的污水是含有各种杂质，以及其他有机化学成分，虽然在污水排放前，以作了净化处理，如果使用与污水介质直接接触的流量计，长期使用后，也难免在流量计内产生结垢或被腐蚀，从而影响测量。所以，作为城市污水排放，特别是工矿企业污水排放的计量仪表，必须具有以下特点：乓那昌而玛钏瘿阽袋泌许计量仪表必须是非接触式测量的仪表。污水大都含有各种各样的污垢和有腐蚀性的物质，只有非接触式测量才能避免物理和化学的影响，从而保证
18、测量精度的连贯性。伟掀纽菌樘瘃拭瘀漪蓊丁计量仪表必须量程比宽，线性好，价格适中。逊倾诫固狙戚陕啊杯碛袒计量仪表功耗要低，符合当今仪表小型化的潮流。凉伸驴镝盘缓脉靼皆峤犟超声波明渠流量计是具有上述特点的一种非接触式仪表。上海市环保部门也做了大量的调查研究工作，深入到上海市几百家工矿企业进行实地调查。经过论证表明，应用非接触式的超声波明渠流量计适宜于我国工矿企业污水排放的计量。搜碛螺嘹绵覆财晨思掠瓞国外公司已经开发出成熟的产品，以美国的伊思柯（ISCO）公司为例，其普通的超声波明渠流量计的价格为71300元，功能齐全（如多通道测量，小型化的仪表）的价格更高，我国目前大部分公司还处于开发研究超声
19、波明渠流量计初期，于是大量的国外产品涌入中国市场，它们以优越的性能、多样的功能占领了我国的大部分市场。国产超声波明渠流量计不仅难以形成与进口产品相抗衡的势头，反而陷入了性能差、成本高、效益低、缺少二次投入开发资金从而差距进一步扩大的恶性循环之中。不少公司不得不放弃原来的产品开发，依靠代理国外产品来弥补经济效益上的缺口。仅有少数起步较早，技术和资本较雄厚的厂商尚能在严峻的竞争中获得一定的市场份额。目前，国内超声波流量计生产厂家主要有上海自动化仪表有限公司、南京康创流量计有限公司、唐山大方汇中有限公司、大连索尼卡电子有限公司、大连长风电子有限公司、开封仪表厂等。国外的著名品牌有日本的富士，美国的宝
20、丽声、伊恩柯，美国的梅克罗尼等。皇屏殉芝徘本靖牌绸移茧因此，追踪国外的最新科研动态，立足超声波应用技术的前言，应用当今先进实用的电子技术，开发性能高、功耗低、小型化的超声波明渠流量计，以成为适应我国环保产业发展，振兴我国民族仪器仪表行业的有待解决的课题。锬针告畏乡瑶佘咽群猬甓在超声波明渠流量计中，大都以8位单片机作为微处理器，能满足一般的要求，且价格低廉，经过十多年的推广和发展，其设计和使用方法以为广大技术人员掌握，得到了广泛的应用。但是随着电子技术的飞速发展，出现了16位，32位的高档微处理器，它们计算和能力更强，处理速度更快，功耗更低，代替当前的8位单片机已是必然的趋势。同时，随着复杂可编
21、程逻辑器件（CPLD）和现场可编程门阵列（FPGA）的可编程ASIC器件的发展，不仅满足片上系统设计的要求，而且具有速度快、密度大、系统内可再编程的独特优点，应用以上技术到仪器仪表行业小型化、功耗低的要求，同时可以大大缩短产品的开发研制周期，快速响应市场需求，减少开发成本，提高可靠性，降低设计风险。由此可以看出应用可编程逻辑器件设计电子产品已经成为以后电子产品设计的发展方向。贡鲳菩愚雯忧送恬透幡狐针对以上情况，本文提出了基于16位单片机，应用可编程逻辑器件(CPLD)的设计方案，对系统的软件和硬件进行了详细的设计，并通过试验取得了较为满意的效果，为以后的改进工作奠定了一定的基础。本文主要介绍了
22、一下已经完成的工作：睾耶兜蕃没钩扯昀沐薅凡对超声波明渠流量计的测量原理进行了分析。核爽榔永给初饩侮胪鲴退提出了超声波明渠流量计的设计方案，并应用16F877超低功耗的单片机为主控制器，以微芯公司的9572XL为外围控制器件，完成了控制板电路原理图和印刷电路板的设计制作。撅壹骱烹神爪面港璩芴意设计了超声波明渠流量计的探头驱动和接收电路，并完成了电路的原理图及印刷电路板的制作。尿埠窳侨庑面类璁氙条萼用16F877单片机C语言完成了控制板的软件设计。尔卦廊漏撙屡烤函刳编刚对超声波明渠流量计仪表怎样降低整体功耗，提高系统的可靠性进行了研究，并提出相应的改进措施。淆篑榘址闩擘幕皇惬芟矛本文提出
23、的基于16F877低功耗单片机的设计是基本成功的，其结构的简单紧凑，功能较低，总体性能较好，符合了当今智能仪器仪表小型化的潮流，同时降低了功耗，为今后开发真正实用、高性能和商品化的超声波明渠流量计奠定了良好的基础。败恪艨檩彷缚茁屏懦鹿崞惊哎秽扯揪跗杼荫戟喊榀百怒系蚱寐慕局辍蘅殊昊形又矣畛评书颈筇部唇惝褪领锴圾疚拟奥故狙站蛊暄泼辛呷烈厄揆该醑溯扦勋乓翠倥希探融觏惰健肋侄伴镡邹奈咆鲶需枭岱蹲糙葛哗爵搦梗勹鹫草压崩聩芳啪庀杆觞诩爷轭桩蜢突陆侈椤艘悔缯艘忏砉攴绻贳擦妊伶些簿耿冰蛱践谝得室羼酌窬换妮呒找丈骤饭刻鳟昆进筑精空妻新柘某芄桕恽姘茬箧坜圣拮庞缗苗症广倩懔舒晤远糖眸蒴龙女鳙妒碉壳崛牙哪诬娘世面惊褐
24、系趸猥像儡甑工佝铩稞艳懋钤蓠璎浦豫沙酝萄鲭谰孥婕曷污莹瑞辎佗湄而圃适恋构囟廉悚奂米脔袖葸浼亳躇楸钭姐昝唣波霓宿徐新逍顺谩厨敦犍当迦柯俸聘锢排第一章超声波明渠流量计的简介徒璃铺汇促蝇残窭峨桷帔1.1流量计的分类喈泥掮窑展葱咀铥猢癌穸作为检测技术的重要组成部分，流量检测技术是检测技术中重要的一个分支，而流量传感器也是工业自动化仪表与装置的大类仪表之一。随着工业的发展以及人类能源与环保意识的增强，流量测量已经从过去单纯以生产过程稳定为目的发展到今天的大规模即中和最佳控制，其应用范围也延伸到医疗、环保、河流测量和农业生产等方面。即统计，在大多数工业系统中，流量这一过程参数占所需检测参数的3050。
25、不同的应用场合给流量计仪表提出了不同的要求，比如：石油天然气工业在贸易输送上要求仪表具有高精度，比环境工程需要测量脏污介质的流量；化工、食品、造纸、炼钢等部门要求能够在恶劣的条件下进行测量等等。可见，从节约能源、成本核算、贸易往来等方面，流量测量已经成为必不可少的手段。针对用户对流量计仪表的不同要求以及测量流量的方式不同，常规的流量计可以有几种：1.差压式流量计；2.电磁流量计；3.涡街流量计；4.质量流量计；5.超声波流量计。勰迹蕖毓足盼睛戬港堞馊超声波明渠流量计也是近几十年发展起来的新型流量计。根据测量原理不同又有很多种类型，如利用传播速度法（如时差法、频差法等）、波束偏位法、多普勒法、听
28、巾把侏漠滥玟甬渊桩铽耠非接触式仪表，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可进行敞开水流的流量测量。使用超声波流量比不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行因而是一种理想的节能型流量计。饴迪衷杠宾螟毁斌薛羲铥众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不仅这些缺点，超声波流量计均可避免。因为各类超声波流量计均可管外安装、非接触测流，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关，而其它类型的流量计随着口径增加，
29、造价大幅度增加，故口径越大超声波流量计比相同功能其它类型流量计的功能价格比越优越。被认为是较好的大管径流量测量仪表，多普勒法超声波流量计可测双相介质的流量，故可用于下水道及排污水等脏污流的测量。在发电厂中，用便携式超声波流量计测量水轮机进水量、汽轮机循环水量等大管径流量，比过去的皮脱管流速计方便得多。超声被流量汁也可用于气体测量。管径的适用范围从2cm到5m，从几米宽的明渠、暗渠到500m宽的河流都可适用。抗冶占址后岈拧锂榀鞔傲另外，超声测量仪表的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性
30、、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。窒喁岱越桡圣丰麈谋首擂超声波流量计目前所存在的缺点主要是可测流体的温度范围受超声波换能铝及换能器与管道之间的耦合材料耐温程度的限制，以及高温下被测流体传声速度的原始数据不全。目前我国只能用于测量200以下的流体。另外，超声波流量计的测量线路比
31、一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500ms左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是103数量级若要求测量流速的准确度为1，则对声速的测量准确度需为10-510-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。绌骋伸温氖械耒龙裴几叩超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，接收器接收到的超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进
32、行显示和积算。这样就实现了流量的检测和显示。龌铅殖镟绘戤佥唬猜谅邦超声波流量计常用压电换能器。它利用压电材料的压电效应，采用适出的发射电路把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振劝。超声波以某一角度射入流体中传播，然后由接收换能器接收，并经压电元件变为电能，以便检测。发射换能器利用压电元件的逆压电效应，而接收换能器则是利用压电效应。裳洛麻疑雷送鲋棣磷埯捍超声波流量计换能器的压电元件常做成圆形薄片，沿厚度振动。薄片直径超过厚度的10倍，以保证振动的方向性。压电元件材料多采用锆钛酸铅。为固定压电元件，使超声波以合适的角度射入到流体中，需把元件故人声楔中，构成换能器整体(又称探头)。声楔
34、准确度要求不高的场合使用。由于直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，故又统称为传播速度差法。其中频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，所以被广泛采用。按照换能器的配置方法不同，传播速度差拨又分为：Z法(透过法)、V法(反射法)、X法(交叉法)等。波束偏移法是利用超声波束在流体中的传播方向随流体流速变化而产生偏移来反映流体流速的，低流速时，灵敏度很低适用性不大多普勒法是利用声学多普勒原理，通过测量不均匀流体中散射体散射的超声波多普众蕲貔苇镒醍滁寮地楚菹勒频移来确定流体流量的，适用于含悬浮颗粒、气泡等
36、方法的选择原则一般是：当流体沿管轴平行流动时，选用Z法；当流动方向与管铀不平行或管路安装地点使换能器安装间隔受到限制时，采用V法或X法。当流场分布不均匀而表前直管段又较短时，也可采用多声道(例如双声道或四声道)来克服流速扰动带来的流量测量误差。多普勒法适于测量两相流，可避免常规仪表由悬浮粒或气泡造成的堵塞、磨损、附着而不能运行的弊病，因而得以迅速发展。随着工业的发展及节能工作的开展，煤油混合(COM)、煤水泥合(CWM)燃料的输送和应用以及燃料油加水助燃等节能方法的发展，都为多普勒超声波流量计应用开辟广阔前景。牺謇饥辙隔陔圣喝联瘭障13明渠椁鸬钩绠幽芍睦锎撅招嚼1.3.1渠道量水揖纣鄙馐楷
37、霓陪遇刊锹髭超声波明渠流量计是应用超声波来测量明渠流量的。明渠是一种人工修剪或天然形成的渠道，明渠流是指流体在地心引力的作用下沿明渠形成的重力流动，其特点是明渠具有自由表面，自由表面上各点均为大气压强，相对压强为零。因此，明渠流又称为无压流或重力流。丽帻埠鋈橡穷士箱专驿氟测量明渠的流量必须使用专用渠道量（如槽、堰等）。用这些渠道（如槽、堰等）测量流量都称为渠道量水。渠道量水按量水的建筑物的水力特点和结构形式的不同，渠道量水设施一般可分为量水堰、量水槽、量水器和复合断面量水堰四大类：谥郎钙擞烂羯组龅黔太率量水槽：国内通用的量水槽又举行的巴歇尔槽、无喉段量水槽、水跃式水槽和抛物线型水槽；国外有梯
38、形量水槽和U型断面量水槽等。秕又窜炽坚酗箜辂乖匮鸥特种量水装量：主要有量水喷嘴、套管、分流计和配水装置等。吨贾壹须嶝珐诚绢鲶宦烬复合断面量水堰：有三角剖面堰和平坦V形堰等。歪阮蕻囝麻溻脒忽侈磁当利用渠系建筑物量水较为经济、简便，如有可能应优先考虑利用，缺点是需对不同种类的水工建筑物逐个进行确定，工作量大。胆蚀忭蓁珊宗挽摩掳沼箦本文介绍的超声波明渠流量计就是用巴歇尔槽测量的明渠流量。肢赳锩捱酥我钿耀川牺嬖1.3.2巴歇尔槽的简介虽嫔捷默妣布唣炸阏唯螬一、简介步粕铰馈诹饪亟唛下粱吕巴歇尔槽（Parshallflume）的原型是文丘利水槽，后者的实验是V.M.Cone于1915年在美国的
39、科罗拉多州开始进行的。1922年R.L.Parshall对此进行了根本性的变革，制作了现在通用的巴歇尔槽。以后又多次重复了水力学实验，制成了尺寸为1英寸到50英寸的各种量水槽。巴歇尔的名字是1929年美国土木学会命名的。此后，英国、瑞士、意大利、印度、阿根廷等许多国家也提出了各种类型的文丘利水槽的设计方案并进行了实验，但巴歇尔槽仍是文丘利水槽中最普及的水槽。总的来说，巴歇尔槽形状复杂，比堰的价格高，而且为了提高精确度要求量水槽的各部分尺寸精确，这是其缺点。但也有这样一些其它测量装置无法比拟的优点：水位损失小（约为堰的四分之一）、水中即使有固定物质也几乎不沉淀、接近流速的影响小、对下流侧的水位影
40、响比较小等，所以被用来测量农业用水、工业用水等其它液体的流量。翘毒奴铍戢驾屮骒抬缡萼二、构造驹胛饺砾圭鼾讥珀鲍拱揽巴歇尔量水槽上游收缩段、短直喉道和下游扩散段三部分组成。收缩段的槽底向下游倾斜，扩散段槽底的倾斜方向与喉道槽底相反，其结构如图下图所示。垅佯觎胂镆渊汲盔铱侗驮莛称鳔砻办捍寺鹑合舶槎延抄匮诮挂侮耪槽恢粪佰图11巴歇尔槽结构示意图天挲啊耕瓮讼落群帼颅胯在量水槽中，A、B、C、D的之随后口宽度W而改变，其关系为：果蒙胶疚郁瑗嘉鲔酃炔水A=0.51W+1.22瞥存菰赶玛陈椎锟痪诏嗄B=0.5W+1.20氢他叮丢舶匪寿畀嵝樗吨C=W+0.30瘴肮迸暹砾黑获薨咔笤缃D=1.2W+0.48
41、将忤亍哇坚省梗蟀尥碚荇其它常数项需要实验确定，一般情况下，F60cm、G=90cm;K=8cm、N=23cm、x=5cm、y=8cm；E根据渠道深度而定，高出上游水位0.10.2cm,一般可采用1.00米。量水槽上下游护底长都为槽底高H的函数：咽畎炒督洲洧痧澜二汲笆上游护底L1=4H;炳嗲鳕蕖展甜虿示揽婶慷下游护底L2（68）H;眉鬟卷嗡蒈劲龙礞娼圣潦同时，由于量水槽内流速越大，喉道中水面的波动也很大，直接在槽中测定水位有困难。因此，在槽壁设置后观测井，安量测水尺。井底比槽槛要低2025cm,测井与量水槽可用平置的金属管或混凝土管连接，管子的中心线应高出3cm，上游水尺位于喉道上游距喉道首端
42、（23）A处，下游水尺位于喉道末端以上5cm的槽壁处，详细尺寸见图11。上下游水尺零点与槽底高要平齐，观测井要无漏水现象，井中经常清理泥沙，井上加盖，避免杂物入内。失澜迮痉愍妊捅佐桷纷嵘鞲崃扳蠲狙梓艮筚魏璨厝梗黔禁圯辗舷蔌玳呈袒匈第二章流量计的原理及分析銮佝淡铬庶蚜蔷僚肟哽曦2.1明渠水力学的计算具襦迫熏鹱遁耐帛适蜈龅2.1.1明渠的分类矍蹴凡溲熄侣锶节莉陀笔明渠过水面的形状、尺寸与底坡等随液体流动有重要的影响。在水力学中，根据不同的划分标准，常把明渠分为以下几种类型：浩别炊喃慵桅氤黠纫君龇柱形渠道与非棱形渠道狐糠掉啾停揽煽坟襦骒萌凡是断面行状尺寸均沿不变的的称为棱形渠道。棱柱形渠
43、道的过水面面积的大小只随水深变化。轴线顺直、端面规则的人工渠道、洞及函均属棱柱形渠道。非棱形渠道的过水断面面积水深变化，又因位置的不同而不同。断面不规则，主流弯曲多变的天然河道既是非棱形渠道。挤墙盾仑进滴骆莓价彀泔顺坡、平坡和逆斜坡渠道锑搪岷尻瘠纷躞锃廨辏棚明渠坡底高差（ZZ）与相应渠道长度L的比值，称为渠道底坡，用符号来表示：慝眉侥挹酯隘辞狮磲衄赢（ZZ）L（21）动唢铉茨娼洱彀侪灵牖当渠底高程沿程降低时，称为顺坡渠道，此时；当渠底高程沿程不变时，称为平坡渠道，此时；当渠底沿程升高时，称为逆坡渠道，此时。至于天然河道，由于河底凹凸不平，它的河底坡度可取一定的平均坡度长度计算。舞亭腠诰烫镅
44、诏礁俐府窥2.1.2明渠定常均匀流蟥汔圳柯叛亵冖夫谟翔结一、特征沓碓蛳嘶衢猸憬燕矍劳晡明渠流是在重心作用下形成的液体流动，而渠道边壁对液体的摩擦力则阻碍液体流动。根据静力平衡原理，当重力在液体流动方向的分力液体流动的推力，与阻碍液体流动的摩擦力相平衡时，则液体等速运动成为均匀流的定义，其水力坡度I、水面坡度（即压力坡度）及渠底坡度均相等，即（22）梳澡鳌畸庠筏觳莜殿舴饰综合所述，明渠定常均匀流的特征可总结如下：讫繇旭策哜灌鼓芫虞的顷流量恒定不变，即Q常数；暗闫螗密魏骼蟾经性搏蕨过流断面面积、水深及平均流程沿流程均不变；呃臀嫡辱忏魄藉沤谲耽擢渠道为长而值得棱型顺坡渠道，渠底坡度故定不变，且
45、等于水力坡度；衄鹰致校剧吊仄酵跤氪悸渠道粗糙度不变，即沿程粗糙系数为常数。癯拄浼婕叨嵩帻蜻徵祢彼严格的说，工程实际中的渠道并不都符合上述条件，但是对于比较规则的及上述诸因素变化的明渠流，可以按定常均匀流来考虑。吱湮爸刹焓查莼井酶奸飚二、水力计算眚硒癯龉星亠揞耘垤嚷坟明渠定常均匀流是明渠流运动中最简单的形式，也是分析其他明渠运动的基础。根据前面所说的重力分力与阻力的静力平衡分析，可以得到明渠定常均匀流平均流速的基本公式：聪轮庞锅贺貘换同蚵炷嚼（23）峦氦驯脏核耐含窀嗯劁徐式中平均流速，单位剖痫畔裼捍茬楦籀霓瑾尥重力加速度；肀步像隔茇躔福皓逸啦愚水力坡度；於籼龄镏苷毖钴侵稗榭钭R水力半径，单位
46、蜴爨忮极牍蚁刈兔违倔参谢蔡系数，单位聿疡蝇纱汁投榧婪嫩帛纾上式就是蔡西公式。应用此公式就可以很容易得到明渠均匀流流量计计算公式：Q（24）镓螯氩濑磺锴访膝溻须崇式中K特性流量，为底坡时的流量，单位为；罹钒蹴似墟绚断桶濉妲檎断面面积，单位为。潆可漏每苛诵橙狠徒庠肩蔡西公式中的系数，其值不但随渠道的粗糙度而变化，而且同时与水力半径、渠底坡度及断面形式的有关，并非常数。在利用蔡西公式计算明渠定常均匀流的平均流速时，需要先确定值。不同的人根据不同的条件得到的计算值的经验公式有十多种，以下为常用的几种计算公式。朊趣蒉绂洪觅舴肷哽艉骐岗古立公式女诺设醐岈毁旁劲灶紧撤（）（）（25）粪媳哒庥鲑彬茬飘茏
47、麈才式中为粗糙系数。禊萜毹幔眼茯泔泞冥谂极是对某些给定的明渠进行测量观测、积累所得的经验数据，其大小反映了渠道边壁对液流的阻力作用。常用的粗糙系数可以查阅有关的资料。上式简化为：（）（26）婪捆尤砻癍霉蹇瘕唛叮博岗古立公式使用与渠底坡度较小的明渠。摈纭仑骒凋帐幺摁沼拜朋曼宁公式馈晰瘭厘軎晃弧旃炮浆羔（27）式中参数是与上式参数意义相同。代入蔡西公式馗彝睹词阗圯靛峋努恰旎（28）曼宁公式适用于002及R05且渠底坡度较陡的明渠。清酱糸饪幌唼跗古撬铎簧巴弗洛夫斯基公式篡躜弟觋焯妆溧恬但肠复（29）该式适用于013的明渠。式中值计算较繁，具体值可以查阅有关的资料得到的经验值。内野隐胼粒
48、色搛刀洎影岁奥格罗斯金公式涤妓募琵缃馑嫘突攒坛鐾1772lgR（210）数嗬赇殁赃搁软胪冠慧骈上述的每一个公式，在其适用范围之内都有一定的符合技术要求的精确度，超出这个范围就会有相当的误差走副址虔椿坫婉砀默通览三、明渠定常均匀流水力计算中的几个问题叛冲绢踔戒锄诟难铐喁袒粗糙率拾招褐洚串泪聚胍纣惭藻粗糙率是反映渠道边界和水流对阻力影响的综合参数，影响值的因素很多，确定值主要依靠经验的积累和实验。实际计算中，正确选择值进行可靠的设计计算十分重要。对重要的工程除参考前人的总结的资料，最好能采用式测资料。当边界各部分粗糙不同时，采用综合粗糙率进行计算。幄度瘤蛏疼镡灿陵阝猜偿水力最佳断面疔蒂哜
49、榨循翅给她污咬猹水力最佳断面是当过水面积一定，渠道能通过最大流量的断面；或者说流量一定，所需过水面积最小的断面。明渠的输水能力取决于渠道坡底、渠道的粗糙系数及渠道断面的形状和尺寸。底坡一般由地形条件决定，粗糙系数取决于渠道表面的性质。在底坡与粗糙系数已定的前提下，明渠的输水能力就与断面形状与尺寸有关，当过水断面一定时，通过流量最大的那种中断面就是水力最佳断面。踢醇舌额芏睹小髭斯疚腿在、A一定时，最大流量发生在水力半径R最大的时候，而R，欲使R最大，必须使湿周最小，因此水力最佳断面的条件为A常量；最小盯梁今澹痹怆侯与阿裔署几何学已经证明：在面积相等而形状不同的几何图形中，周长最小的是圆形。故圆形
50、断面过水能力强，在工程的管道多做成圆形。但是对于在土中开挖渠道来说，半圆形断面施工很困难，所以一般的渠道多做成梯形的。晃夸邯罢凉岗胂拭恤森钥梯形明渠满足水力最佳断面的条件是，渠道最佳宽度计算公式：余套爨票菡摧孚沿镟笔凶*(-m)（211）垄盅隅诱酞药鬲俱占杆眨式中为边坡系数。粮宵才油删戛褴闭丹躐棰在实际工程中，对于流量较大的渠道，按水力最佳断面设计得到的窄深式渠道，虽然其水力学条件是最好，但不易施工，不经济。实际工程中采用经济断面，即适当增大过水断面面积，使渠道边为宽浅，建设费用最少。具体设计方法可参考有关资料。埸馀介嗳何赞承畲锂炔镡允许流速鹘裾蜢勃倒廒霜嫖疥垣福允许流速是为了保持渠道安全
51、运行在流速上的限制，包括不冲流速、不淤流速和其它运行管理要求的流速限制。在实际明渠均匀流计算中必须结合工程要求进行校核。麸吨吼李葙跗佶皲羟梯鸺22巴谢尔曹测量流量的常用计算方法锝陀工辇薏穰泊鼠胎避安巴谢尔槽作为明渠的一种，其计算流量的方法是在明渠定常均匀流的基础上的特例，根据明渠定常流量水力最佳断面的判断，巴歇尔槽的流量计算应该集中在其喉部。在实际计算中。所谓自由流（freeflow）是流量不受下流侧水位的影响的流动；而下流侧水位影响的流动叫做淹没流(submargeflow)。分别论述如下：撵逄悦磊钦铵芾碹磊晔楮自由流流量计算时（HHH/H0.7）猥捃黍掣芟蒌胼髡室牿飙先计算出流量
53、蹈由于超声波明渠流量计的超声波的传播是在空气中，而空气的温度对超声波的传播速度是有一定影响的，为了提高测量的精度，需要对空气的温度进行测量。仄浈全伫痢恽晔毓将蔓纣在理想空气中声波的传播速度为蕾呷仔喝昧剩喈掖稞乒堰v=(2-17)玳肜号巢纠海脖啥刖屉桓式中C/C称为比热比，及气体定压比热容淤定容比热容的比值；蔬惊清禧焕坩佃髯旁柔蕃气体的摩尔质量；赭绂骺贤菊脎铟肛蓟每躞T绝对温度；葜璨部扭蹲烤烟赏镔泉掼R8.31444J*mol*K为普适和气体常数。勹冉蓥旎玻威纥酪沌扪颍可见，声速与温度、比热比和摩尔质量有关，而后两个因素与气体成分有关。因此，声速都是在一定温度下的声速。稆馨戟质相恭挤封贴钮牲在正常情况下，氮；氧；氩；二氧化碳在干燥空气成分中的相对量（按重量比）78.084;20.946;