流体参数包括体积流量、密度、质量流量等,实验研究与工业生产中通常需要精确测量出这些参数值。传统测量仪表的精度普遍不高,随着测量技术的发展,超声波技术因其测量精度高、测量范围广等优势被广泛应用于流体参数的测量中,但鲜有利用超声波技术对流体多参数测量的研究。基于此,进行了流体多参数超声波测量仪设计,提出了用超声波技术同时测量流体体积流量、密度、质量流量的方法,为一台仪器测量多个参数提供了可能性。流体多参数超声波测量仪的理论基础是时差法,利用超声波在流体介质中的顺、逆流的传播时间分别与体积流量、密度、质量流量值之间的关系间接实现多参数的测量。文中详细分析了体积流量、密度、质量流量的测量原理,完成了流体多参数超声波测量仪的测量方案设计,包括超声波换能器的安装、超声波信号的产生与接收、回波信号的分析与处理过程。流体多参数超声波测量仪的硬件部分是以FPGA为核心,主要实现的功能有:控制DDS芯片产生超声波驱动信号;与D/A转换电路结合高速采集回波信号并将其存储在FPGA中的RAM存储器内;在FPGA片上构建NIOS_II处理器实现对各模块的控制,对存储器内的数据的分析与处理。软件部分设计了温度测量算法、信号采集算法、软件细分插补算法、最大特征波查找算法。设计温度测量算法是为了获取流体的温度,并对测量结果进行补偿。通过信号采集算法针对回波数据进行高速采样。利用特征波查找算法对存储RAM中的采样数据进行比较,找出特征波。并利用软件细分插补算法求出超声波的终点时刻,从而计算出超声波的传播时间。实验部分,以纯净水为流体介质,对多参数超声波测量仪的设计方案进行了论证。同时,通过实验验证了温度与传播时间的关系。结果表明,超声波传播时间的测量误差优于纳秒级,能够有效检测流体流速、体积流量、密度、质量流量,为流体多参数超声波测量仪的设计提供了理论依据与技术支持。