本實用新型涉及電子聲學技術領域，尤其涉及一種能夠減小零點誤差和漂移的超聲波流量測量電路。

背景技術：

超聲波測量流量的方法有多種，包括時差法、頻差法和相差法，如圖1所示，為現有技術中頻差式超聲波流量測量裝置結構示意圖；頻差式超聲波流量測量裝置包括：發(fā)射電路01和發(fā)射電路02，分別用于驅動換能器A或B發(fā)射超聲波信號；模擬開關03，用于切換超聲波信號輸入；比較器04用于將超聲波模擬信號轉換成數字信號；觸發(fā)電路05用于觸發(fā)發(fā)射電路01或發(fā)射電路02發(fā)射電脈沖；頻率測量電路06，輸出順逆流頻率。

在頻差法超聲流量測量系統(tǒng)中，通過測量超聲信號在流體中順流和逆流的傳播頻率之差△f而得到流體的流量。因此，對頻率差的測量直接決定了流量測量的性能。

在實際測量中，當流體靜止，即流速V＝0時，而測量的頻率差并不為零，稱為零點頻率差，用△f_Z表示；當流體流動，即流速V＞0時，△f_Z就會附加到流量測量結果中，由此產生的測量誤差稱為“零點誤差”。零點頻率差的大小決定了流量測量下限，而零點誤差的大小則決定了流量測量精度，若想減小零點誤差就必須減小零點頻率差。

傳統(tǒng)的方法是在零流量下標定△f_Z的具體值，即標定零點，然后通過軟件計算將△f_Z從每次測量結果中去除，或通過工校零方法將△f_Z置零。

然而，在流體溫度變化較大的場合，超聲流量換能器特性會隨著溫度發(fā)生改變，從而引起標定的零點△f_Z隨溫度漂移。溫度漂移不僅會嚴重影響測量結果的穩(wěn)定性，還會使標定的零點無效。因此，減小測量系統(tǒng)的零點誤差和零點漂移，是超聲流量測量中亟待解決的問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型提供一種能夠減小零點誤差和漂移的超聲波流量測量電路，以解決現有技術中的超聲波流量測量電路存在較大的“零點誤差”及“零點溫度漂移”的問題，影響流量測量的準確度和穩(wěn)定性的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路，應用于超聲波流量測量裝置，所述超聲波流量測量裝置包括：觸發(fā)電路、第一發(fā)射電路、第二發(fā)射電路、第一換能器、第二換能器、測量管、模擬開關、接收放大器和測量電路；

所述能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路包括：

所述第一發(fā)射電路、所述第二發(fā)射電路和所述接收放大器；串聯于所述第一發(fā)射電路和所述第一換能器之間的第一發(fā)射匹配電阻；

串聯于所述第二發(fā)射電路和所述第二換能器之間的第二發(fā)射匹配電阻；

串聯于所述模擬開關和所述接收放大器之間的接收匹配電阻；

其中，所述第一發(fā)射匹配電阻、所述第二發(fā)射匹配電阻和所述接收匹配電阻相等，且大于或等于所述第一換能器和所述第二換能器的等效電阻的五倍。

經由上述的技術方案可知，本實用新型提供的能夠減小零點誤差和漂移的超聲波流量測量電路中，在第一發(fā)射電路和第一換能器之間增加設置第一發(fā)射匹配電阻；在第二發(fā)射電路和第二換能器之間增加設置第二發(fā)射匹配電阻；并在接收放大器和模擬開關之間增加設置接收匹配電阻，且所述第一發(fā)射匹配電阻、所述第二發(fā)射匹配電阻和所述接收匹配電阻相等，且大于或等于所述第一換能器和所述第二換能器的等效電阻的五倍。

通過增加設置發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻，且發(fā)射/接收匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，使得發(fā)射電路和接收電路的電阻主要由發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻決定，那么，當發(fā)射匹配電阻(包括第一發(fā)射匹配電阻和第二發(fā)射匹配電阻)與接收匹配電阻相同時，發(fā)射電路和接收電路即可具有電阻對稱性和測量互易性的關系，從而使得順流測量和逆流測量時，測量裝置的整體電路是對稱的，進而減小了零點誤差。

另外，當流體溫度變化較大的時候，即使第一換能器或第二換能器的特性會隨著流體溫度發(fā)生變化，引起零點隨溫度漂移，由于匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，此時，引起的零點隨溫度漂移對測量結果的準確性和穩(wěn)定性相對于現有技術中的測量裝置較小，因此，能夠在一定程度上提高測量結果的準確性和穩(wěn)定性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為現有技術中頻差式超聲波流量測量電路結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種超聲波流量測量電路結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種頻差式超聲波流量測量電路結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的一種時差式超聲波流量測量電路結構示意圖；

圖5a為本實用新型實施例提供的流體順流時超聲波流量測量電路簡化圖；

圖5b為本實用新型實施例提供的流體逆流時超聲波流量測量電路簡化圖；

圖6為本實用新型實施例提供的一種發(fā)射電路等效電路圖；

圖7為本實用新型實施例提供的一種接收電路等效電路圖；

圖8為現有技術提供的一種接收電路等效電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

一個典型的超聲波流量測量裝置如圖1所示。超聲換能器A，B分別被安裝于測量管段的上游和下游，任意一個換能器發(fā)出的超聲波信號都能夠通過流體傳播被另一個換能器接收到。當由換能器A發(fā)射，換能器B接收時，超聲波順流體方向傳播；反之，當由換能器B發(fā)射，換能器A接收時，超聲波逆流體方向傳播。通過電路測量超聲波信號順流和逆流的傳播時間差△t而得到流體流速?！鱰的測量結果直接決定了流量測量的準確度和穩(wěn)定性。

實用新型人發(fā)現，在現有的超聲波流量測量系統(tǒng)中，無論是采用何種測量方法，都存在較大的零點誤差和零點漂移問題，這主要是由以下兩方面引起的：

1.在靜水中，由于兩個方向上的回波接收信號頻率、相位、包絡形狀有差別，使得順流和逆流的傳播時間相對于在靜止聲速C₀下的傳播時間t₀產生偏離，從而形成零點誤差；

2.溫度變化引起換能器的頻率和阻抗發(fā)生變化，由此引起零點隨溫度漂移，零點漂移會改變零點誤差的大小。

在單通道切換式測量系統(tǒng)中，由于測量順流和逆流傳播時間不是在同一時間進行的，這就會在靜水產生零點隨機誤差，零點隨機誤差的大小與兩個方向上的采樣時間長度和測量間隔時間有關。

若要減小零點誤差、零點漂移和零點隨機誤差，就需要改善測量系統(tǒng)中的順流和逆流接收信號波形的一致性，即改進測量電路的對稱性。

請參見圖2，圖2為本實用新型實施例提供的一種超聲波流量測量電路，采用了本實用新型實施例提供的減小零點誤差和漂移的超聲波流量測量電路，其中，超聲波流量測量電路包括：觸發(fā)電路6、第一發(fā)射電路1、第二發(fā)射電路2、第一換能器A、第二換能器B、測量管7、模擬開關3、接收放大器4和測量電路8，測量電路8作為所述超聲波流量測量裝置的信號輸出端。

本實用新型實施例提供的能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路包括：第一發(fā)射電路1、第二發(fā)射電路2、接收放大器4，還包括：串聯于第一發(fā)射電路1和第一換能器A之間的第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1；串聯于第二發(fā)射電路2和第二換能器B之間的第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2；串聯于模擬開關3和接收放大器4之間的接收匹配電阻R_IN；其中，第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1、第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2和接收匹配電阻R_IN相等，且大于或等于第一換能器A和第二換能器B的等效電阻的五倍。

本實施例中，可選地第一發(fā)射電路1和所述第二發(fā)射電路2均為電壓激勵方式，接收放大器4為由電壓放大器改進的電荷放大器。

本實施例中提供的能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路，如圖2所示，還包括串聯于第一發(fā)射電路1和第一換能器A之間的第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1；串聯于第二發(fā)射電路2和第二換能器B之間的第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2；串聯于模擬開關3和接收放大器4之間的接收匹配電阻R_IN；第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1、第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2和接收匹配電阻R_IN相等，且遠遠大于第一換能器A和所述第二換能器B的等效電阻，本實施例中可選地，大于或等于第一換能器A和第二換能器B的等效電阻的五倍，即可認為是遠遠大于第一換能器A和所述第二換能器B的等效電阻。

本實施例中不限定第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1、第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2和接收匹配電阻R_IN的具體形式，三個匹配電阻的結構可以相同，也可以不相同，可以只包括一個電阻，也可以包括多個電阻，多個電阻相互串聯或相互并聯，或者相互串聯后再并聯，只要第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1、第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2和接收匹配電阻R_IN相等即可。

進一步的，本實施例中對所述能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路不做限定，可以是頻差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路，也可以是時差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲流量測量電路，其中，兩者不同的是測量電路。

請參考圖3，圖3為本實用新型實施例提供的一種頻差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路結構示意圖，其中，測量電路8包括：比較器5和頻差測量電路Fc；比較器5的輸入端與接收放大器4的輸出端相連；比較器5的輸出端分別與頻差測量電路F_c的輸入端和觸發(fā)電路6的輸入端相連；頻差測量電路Fc的輸出端作為頻差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路的頻差信號輸出端。

請參考圖4，圖4為本實用新型實施例提供的一種時差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路結構示意圖，其中，測量電路8包括：比較器5、測時電路T_c和脈沖源S；比較器5的輸入端與接收放大器4的輸出端相連；比較器5的輸出端與測時電路T_c的輸入端相連；測時電路T_c的輸出端與脈沖源S的輸入端相連；脈沖源S的輸出端與觸發(fā)電路6的輸入端相連；測時電路T_c的輸出端作為時差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路的時差信號輸出端。

請參考圖2-圖4所示電路圖，在順流體流動方向：第一發(fā)射電路1通過第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1激勵第一換能器A發(fā)射超聲波并在流體中傳播，第一發(fā)射電路1的等效阻抗Z_S順流＝R_OUT1+Z_A，其中Z_A為第一換能器A的等效阻抗；接收放大器4通過接收匹配電阻R_IN接收來自第二換能器B通過模擬開關3的超聲波信號，其接收電路4的等效阻抗Z_L順流＝R_IN+Z_B，其中Z_B為換能器B的等效阻抗，這里忽略模擬開關內阻的影響。

在逆流體流動方向：第二發(fā)射電路2通過第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2激勵第二換能器B發(fā)射超聲波并在流體中傳播，其第二發(fā)射電路2的等效阻抗Z_S逆流＝R_OUT2+Z_B；接收放大器4通過接收匹配電阻R_IN接收來自第二換能器A的超聲波信號，其接收放大器4的等效阻抗Z_L逆流＝R_IN+Z_A。

無論是順流還是逆流過程，在兩個方向上，發(fā)射電路和接收電路的等效阻抗是完全對稱的，即Z_S順流＝Z_S逆流Z_L順流＝Z_L逆流。因此，在流體靜止時，通過測量和計算兩個方向上的傳播頻率差△f，其零點足夠小到接近或等于0。由于設定的匹配電阻R_OUT1＝R_OUT2＝R_IN，且遠大于換能器等效阻抗Z_A和Z_B。因此，大幅度限制了換能器特性隨溫度變化的影響，僅有很小的零點漂移，從而提高了測量結果的長期準確性和穩(wěn)定性。

本實用新型實施例中，通過增加設置發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻，且發(fā)射/接收匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，使得發(fā)射電路和接收電路的電阻主要由發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻決定，那么，當發(fā)射匹配電阻(包括第一發(fā)射匹配電阻和第二發(fā)射匹配電阻)與接收匹配電阻相同時，發(fā)射電路和接收電路即可具有電阻對稱性和測量互易性的關系，從而使得順流測量和逆流測量時，測量裝置的整體電路是對稱的，從而降低了零點誤差。

另外，當流體溫度變化較大的時候，即使第一換能器或第二換能器的特性會隨著流體溫度發(fā)生變化，引起零點隨溫度漂移，由于匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，此時，引起的零點隨溫度漂移對測量結果的準確性和穩(wěn)定性相對于現有技術中的測量裝置較小，因此，能夠在一定程度上提高測量結果的準確性和穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的超聲波流量測量電路接口很少考慮換能器的電負載問題，通常發(fā)射端使用推挽方式發(fā)送多電壓脈沖，而接收端則直接采用電壓比較器，這樣就帶來一個致命問題：由于發(fā)射端的輸出阻抗很小，接收端的輸入阻抗很大，兩者與換能器的阻抗處于嚴重的失配狀態(tài)，再加上所用的兩個換能器特性不一致，使得這樣的系統(tǒng)處于非互易狀態(tài)，從而引起測量結果存在很大的零點誤差和零點溫度漂移。

即在實際測量中，第一換能器A和第二換能器B兩個換能器特性不一致時，在兩個方向上的接收信號波形、頻率和包絡產生差別，由此引起零點偏移；第一換能器A和第二換能器B兩個換能器特性隨流體的溫度變化而變化，就會引起零點隨溫度偏移。這種零點誤差和零點溫度漂移就會附加到流量測量結果中，從而產生較大的測量誤差。

因此，降低超聲波流量測量裝置的零點誤差和零點溫度漂移，就必須使第一換能器A和第二換能器B兩個換能器特性在相同溫度下保持一致，即諧振頻率和阻抗保持一致，但從工藝方面講，幾乎是不可能的。實驗證明，如果通過匹配發(fā)射和接收電路的等效阻抗來改善測量系統(tǒng)的互易性，即可降低對兩個換能器特性一致的要求，可以有效降低系統(tǒng)的零點誤差和零點溫度漂移。

本實用新型實施例中以頻差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路工作過程為例對本實用新型實施例提供的互易電路的具體原理及理論依據進行說明：

請參見圖5a和圖5b，其中，圖5a為激勵電信號驅動第一換能器A發(fā)出超聲波信號，由第二換能器B接收這一聲信號并轉換為電信號的過程，稱為“順流過程”；圖5b表示激勵電信號驅動第二換能器B發(fā)出超聲波信號，由第一換能器A接收這一聲信號并轉換為電信號的過程，稱為“逆流過程”。其中，V_IN為理想的激勵電壓源即電壓恒定；Z_S為發(fā)射電路等效阻抗，Z_L為接收電路等效阻抗。在這一模型中，由兩個換能器和聲信號傳播路徑構成的聲學部分被看成是一個兩端口的電路網絡，帶有標號的V和I分別為這一網絡上的電壓和流進網絡的電流。順流和逆流方向切換是保持聲學部分不變，通過將發(fā)射電路和接收電路互換位置來實現的。

在圖5a和5b所示的電路中，存在以下關系：

Z_A＝V₁⁽¹⁾/I₁⁽¹⁾,Z_B＝V₂⁽²⁾/I₂⁽²⁾………………………………………………(1)

Z_L＝V₂⁽¹⁾/I₂⁽¹⁾＝V₁⁽²⁾/I₁⁽²⁾,Z_S＝V₁⁽¹⁾/I₁⁽¹⁾＝V₂⁽²⁾/I₂⁽²⁾…………………………(2)

V_IN＝(Z_S+Z_A)I₁⁽¹⁾,VIN＝(Z_S+Z_B)I₂⁽²⁾………………………………(3)

其中Z_A為第一換能器A的等效阻抗和Z_B為第二換能器的等效阻抗；Z_S為發(fā)射電路的輸出阻抗；Z_L為接收電路的輸入阻抗。在該電路網絡中，根據電路中特勒根定理，具有如下關系：

{V₁⁽¹⁾I₁⁽²⁾-V₁⁽²⁾I₁⁽¹⁾}+{V₂⁽¹⁾I₂⁽²⁾-V₂⁽²⁾I₂⁽¹⁾}＝0………………………………(4)

將式(1)、(2)和(3)代入式(4)得

I₁⁽¹⁾/I₁⁽²⁾＝(Z_S+Z_A)(Z_L+Z_B)/(Z_S+Z_B)(Z_L+Z_A)……………………(5)

式(5)給出了順流和逆流接收到的電流信號之比。由此可以看出，當順逆流接收信號一致，即趨于互易時，接收到的電流信號之比應等于1。

由于受到換能器工藝限制，配對成本等因素，實際系統(tǒng)不可能使用完全對稱的換能器進行測量，即Z_A≠Z_B。

從式(5)可以進一步看出，當Z_S和Z_L阻抗?jié)M足圖5a中Z_S和Z_L均遠大于Z_A和Z_B，即Z_S和Z_L均足夠大到以至于限制Z_A和Z_B不相等的影響時，能夠使得順逆流接收信號的比值接近或等于1。

對于發(fā)射電路，為了能夠對發(fā)射換能器負載進行匹配，發(fā)射電路采用了如圖6所示的結構，圖6為本實用新型實施例提供的一種發(fā)射電路等效電路圖。在發(fā)射超聲波信號時，以脈沖信號導通N溝道MOS管M₁，使用Vcc恒壓電源激勵發(fā)射換能器，以獲得較大的驅動能力；在脈沖激勵信號之后，發(fā)射換能器通過電阻R_OUT及P溝道MOS管M₂導通，并與地連接，此時忽略MOS管的導通電阻，發(fā)射換能器的電負載阻抗Z_S＝R_OUT。

對于接收電路，壓電換能器的信號放大電路是由電壓放大器改進的電荷放大器構成，如圖7所示，圖7為本實用新型實施例提供的一種接收電路等效電路圖。當接收換能器接入電荷放大器9后，其接收換能器兩端的等效負載應為：

Z_A(jw)＝(R_F^-1+jwC_IN)^-1/(1+AOL(jw))

其中，R_F為反饋電阻，C_IN為反饋電容；在放大器的開環(huán)增益AOL(jw)極大的情況下，接收換能器的等效負載為Z_L≈0。如果在電荷放大器前面接入電阻R_IN，則接收換能器的等效負載Z_L＝R_IN。由于放大器起到了阻抗轉換作用，后面接入的其它電路不會影響Z_L值。

對于現有的接收電路，接收換能器的回波信號是直接輸入到比較器進行檢測，如圖8所示。由于比較器F的輸入阻抗為無窮大，因此無法與換能器的低阻抗進行匹配。

如果利用圖6和圖7所示電路構成模擬測量電路，只要R_OUT＝R_IN，便可實現發(fā)射電路和接收電路互易工作。

從圖6和圖7所示電路來看，選擇較低的R_OUT可以獲得較高的發(fā)射功率、接收靈敏度和信噪比。如果選擇較高的R_OUT可以使式(5)的比值更接近1，這需要權衡互易性和接收靈敏度而做出合理選擇。

需要說明的是，理論上只有滿足R_OUT＝R_IN，任意選定R_OUT的值都能實現系統(tǒng)對稱性工作。但是，實際的R_OUT選擇應考慮到兼顧較高的發(fā)射功率、接收靈敏度和低噪聲。本實用新型實施例優(yōu)先考慮增強對稱性，選擇R_OUT＝R_IN＝330Ω或510Ω，以獲得更小的零點和零點漂移。這樣做雖然減小了接收信號幅度，但可以通過提高放大器增益來解決。

因此，本實施例中提供的減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路，通過增加設置發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻，且發(fā)射/接收匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，使得發(fā)射電路和接收電路的電阻主要由發(fā)射匹配電阻和接收匹配電阻決定，那么，當發(fā)射匹配電阻(包括第一發(fā)射匹配電阻和第二發(fā)射匹配電阻)與接收匹配電阻相同時，發(fā)射電路和接收電路即可具有電阻對稱性和測量互易性的關系，從而使得順流測量和逆流測量時，測量裝置的整體電路是對稱的，從而降低了零點誤差。

另外，當流體溫度變化較大的時候，即使第一換能器或第二換能器的特性會隨著流體溫度發(fā)生變化，引起零點隨溫度漂移，由于匹配電阻遠遠大于第一換能器和第二換能器的等效電阻，此時，引起的零點隨溫度漂移對測量結果的準確性和穩(wěn)定性相對于現有技術中的測量裝置較小，因此，能夠在一定程度上提高測量結果的準確性和穩(wěn)定性。

檢驗超聲流量測量系統(tǒng)中的零點誤差和零點溫度漂移大小，通常是在靜水下進行標定和測量。為了驗證電路的對稱性設計、零點誤差和零點溫度漂移，實用新型人采用圖1所示的非互易頻差式超聲波流量測量電路以及圖3所示的互易頻差式超聲波流量測量電路分別在實際管路上進行了靜水下的驗證實驗。

圖1中，第一發(fā)射電路01和第二發(fā)射電路02采用多脈沖直接激勵換能器A或換能器B；換能器A和換能器B接收的超聲波信號分別通過模擬開關03輸入到比較器04進行模擬/數字轉換；轉換后的數字信號，一路反饋到觸發(fā)回路05并在比較器04輸出端產生順流或逆流頻率信號；另一路通過頻差測量電路06輸出頻差信號。

圖3中，與圖1所示的非互易電路的主要區(qū)別在于：第一發(fā)射電路1(或第二發(fā)射電路2)通過第一發(fā)射匹配電阻R_OUT1(或第二發(fā)射匹配電阻R_OUT2)激勵第一換能器A(或第二換能器B)，因此發(fā)射電路的輸出阻抗為R_OUT1(或R_OUT2)；第二換能器B(或第一換能器A)的接收信號通過模擬開關3、接收匹配電阻R_IN、電荷放大器4和比較器5反饋到觸發(fā)回路6，在比較器輸出端產生頻率信號；最后通過頻差測量電路輸出頻差信號。

實驗過程中，圖3所示的電路中的匹配電阻R_OUT1＝R_OUT2＝R_IN＝330Ω，第一換能器A和第二換能器B的等效阻抗≤20Ω，由于匹配電阻遠大于兩個換能器的等效阻抗，所以認為電路是對稱的。

其中，測量管7的實驗管段是V型DN20管段，聲道長度＝82mm。換能器是采用R975配對換能器，配對參數為諧振頻率、反諧振頻率、最小阻抗和最大阻抗，配對誤差均為±2％(25℃)。

利用圖1和圖3所示的電路分別進行靜水下的零點誤差和零點溫度漂移試驗，實驗結果示于表1中。

表1在靜止流體下的零點及零點溫度漂移實驗結果

表1顯示了分別采用圖1和圖3兩種不同電路，在兩個換能器配對情況下，分別在25℃、50℃、85℃三個溫度點上的最大零點和零點漂移值。

從表1中可以看出，對于同樣的電壓激勵信號，互易頻差式超聲波流量測量電路(圖3所示的電路)的零點頻差△f_Z(也即零點誤差)遠小于非互易頻差式超聲波流量測量電路(圖1所示的電路)的零點頻差△f_Z(也即零點誤差)；兩者相差一個量級。而零點漂移△ft也同樣相差一個量級。

本實施例中提供的互易頻差式減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路的電路中，無論是第一換能器A發(fā)送超聲波，第二換能器B接收，還是第二換能器B發(fā)第一換能器A收，接收的信號波形是相同的，也就是說發(fā)射和接收電路的等效阻抗(包含換能器特性阻抗)是對稱的。因此，在流體靜止時，通過計算兩個方向上的頻率差△f，其零點足夠小到等于0，當溫度變化較大時，零點僅有很小的漂移；從而提高了流量測量的準確度和穩(wěn)定性。

在非對稱的測量系統(tǒng)中，要想獲得較低的零點誤差，需要對安裝在同一管段上的換能器進行嚴格配對，即要求兩個換能器特性一致，配對參數包括諧振頻率、反諧振頻率、諧振阻抗和反諧振阻抗及靜電容，其配對允許誤差必須控制在±1％以內，否則，在很寬的溫度范圍內難以滿足最小和最大流量測量精度和穩(wěn)定性的要求。目前，根據國內流量換能器的生產工藝和技術水平，實現上述配對要求幾乎是不可能的，這也是非對稱測量系統(tǒng)的致命缺陷。

本實用新型提供的技術方案，降低了對換能器配對的要求，即配對允許誤差降低到±5％以內，這對于國內大多數制造商生產的流量換能器均能滿足這一配對要求，這也是互易測量系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。

本實用新型是基于超聲波流量測量電路中的發(fā)射電路和接收電路阻抗的對稱性和測量互易性的關系，提供一種通過匹配發(fā)射電路和接收電路等效阻抗來改善測量電路對稱性的能夠減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波流量測量電路，其優(yōu)勢至少包括：

(1)發(fā)射電路采用電壓激勵方式，而接收電路則采用電荷放大器；

(2)發(fā)射電路和接收電路等效阻抗可以根據換能器諧振阻抗靈活設定，易于實現電路阻抗對稱；

(3)通過改變等效阻抗大小，可調整接收信號幅度和包絡形狀；

(4)可方便實現對稱性自校正測量系統(tǒng)；

(5)部分或全部對稱電路設計適用于所有方法的超聲波流量測量系統(tǒng)；

(6)大幅度降低了零點誤差和零點溫度漂移；

(7)換能器的負載阻抗能夠根據需要靈活設定；

(8)降低了對換能器特性配對的要求；

(9)擴展了最大與最小流量之間的量程比；

(10)確保了流量測量的長期精度和穩(wěn)定性。

需要說明的是，上面本實用新型實施例的內容主要是針對頻差式超聲波流量測量裝置進行說明，對于采用其它測量方法的超聲波流量測量系統(tǒng)也完全適用，如對于時差式超聲波流量測量電路也完全適用，本實施中對此不做贅述，本領域技術人員依據頻差式超聲波流量測量裝置的工作原理及實驗結果，可以容易得到圖4所示的時差式超聲波流量測量裝置的實驗結果，本實施例中不再說明。

本實用新型實施例提供的減小零點誤差和零點溫度漂移的超聲波發(fā)射和接收電路可應用于超聲波流量計、超聲波熱量表、超聲波水表、超聲波燃氣表等，這些應用均涵蓋在本實用新型的保護范圍內，本實用新型對此并不做限定。

需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業(yè)技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。