本发明属燃气流量检测的技术范畴；特别是指基于时差法超声波流量检测技术的民用燃气表。
背景技术：
2020年，中国能源需求的保守预估值是50亿吨标准煤。满足上述需求，无论是增加国内能源供应还是利用国外资源，能源供给侧将面临巨大压力。我国煤炭为主能源结构产生的污染远超环境容量，环境承担力将面对严峻挑战；因此，调整煤炭主导的不合理能源结构刻不容缓。以气代煤是现有技术条件下，治理环境污染的有力举措。
天然气作为清洁能源得到重点关注，消费量持续上升。2001年，天然气国内消费量仅为274亿m3；2012年，增加到1471亿m3，使用天然气的地级市数量＞210个，2亿国人受恵。截止2012年12月，民用燃气表保有量逾2075万台；燃气表产量1000万台/年，出口250万台/年；国内民用燃气表企业约100家，主导产品是膜式燃气表。膜式燃气表有百余年历史，1833年英国詹姆斯.博格达斯发明的膜式燃气表架构沿袭至今；机械膜式燃气表原理简单，价格低廉
(90～140元)，精度1.5级；但是数字化膜式燃气表的价格数倍于基表，价格不菲(450～550元)。
超声波燃气流量计精度高、压损小，运维简便、无运动部件高可靠；继孔板流量计、涡轮流量计之后，成为第三种赋予贸易结算资质的燃气法定计量器具；例如，全球最长的中国西气东送输送管线上，配置13套超声波天然气流量计。当今发达国家的超声波流量计厂商占据技术领先的优势地位，著名企业有美国controlotron、德国krohne、英国daniel和荷兰instromet等。行业遵循的标准是：1998年，is0发布is0/tr12765《用时间传播法超声流量计测量封闭管道内的流体流量》；国标gb/t18604--2001《用气体超声流量计测量天然气流量》，行业标准《家用超声波燃气表》2012-2016t-jb。发达国家超声波测量流量的历史悠久，可追溯到1931年的o.rutten德国专利；上述国家的民用超声波燃气表批量投运多年，取得不俗业绩。我国超声波流量计的研究始于六十年代，国产超声波流量计与发达国家pk，精度和可靠性均存在一定差距，进口超声波流量计充斥国内市场。虽然浙江威星仪表系统集成有限公司等单位相继推出超声波燃气表，亦取得型式批准证书；遗憾的是市场认同度有限，产品的商业化还有很长的路要走。
超声波测量流量的原理是：当超声波在流体中传播时，超声波信号被流体调制；故检测被调制的超声波信号就能提取流体的流速和流量值。根据调制参数分类，超声波流量测量方法有传播速度差法(时差、相位差、频差)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波及噪声法等；其中时差法应用最普遍。根据超声波流量计换能器的安装方式分类，分为外夹式、插入式、管段式。外夹式超声波流量计根据探头安装方式和超声波传播路径，又细分为v、z、n、w法等。外夹式v法的时差超声波流体流速按下式计算
式中：t1--顺流传播时间，t2--逆流传播时间；d--管壁直径；θ--超声波传播路径与管壁夹角。立足国内现有的研究成果和工艺条件，通过超声波流量计的改进设计，克服民用超声波流量计精度欠佳的难題；本文从v法时差超声波流体流速公式切入，逐一剖析民用超声波流量计误差的源由，并提出相应的解决方案。不失一般性，基于xx市的民用超声波流量计典型工况展开论述。
·入户燃气输送管的管径d＝30mm，用户燃气流量0.025～4m3/h，雷诺数66.15-10584.53。
·入户燃气管径d＝30mm，超声波的传播路径甚短；而标准状态下超声波空气传播速度c＝331.4m/s；显然，过短的传播路径不利流量的测量精度。若在燃气输送管中插入一段长l》d的n形测管，且在测管水平段的两端安装换能器；流量测量时测管水平段的l相当管径d，传播路径甚短的固有缺陷有望得到解决。
·外夹式v、z、n、w法的测量精度与换能器安装角θ(超声波入射角)有关，考虑到超声波入射时在管壁及流体界面处会发生折射，即θ误差将产生双重的测量误差。若n形测管水平段的两端安装换能器，θ＝90°安装工艺简单、精度有保证，90°入射又无折射现象；故n形测管集成换能器的一体化结构，有助消除安装角θ误差产生的双重测量误差。
·超声波在燃气中传播时存在严重的衰减和扭曲，较大的超声波发射功率是必须的，因此超声波接收端会受到发射端和外部噪声环境的干扰；通常超声波接收端引入“时间接收窗口”技术屏蔽干扰，即超声波发射端信号到达接收端时间t0的0.6～1.5倍时打开和关闭接收电路。鉴于超声波传播速度与温度有关，采集实时温度修正超声波传播速度u，u按下式计算
u＝u0×(1+t/273)0.5＝331.4×(1+t/273)0.5(2)
现有主流[0.6t0，1.5t0)时间接收窗口则可压缩至(0.8t0，1.2t0)，助推超声波流量计抗干扰能力和精度的改进。
·超声波换能器与燃气之间的声阻抗不匹配，选择声阻抗介于压电陶瓷与燃气介质之间的声匹配层材料，匹配层厚度取超声波波长1/4；n形测管集成换能器一体化结构中，换能器属插入式安装方式，既无外夹式衰减超声波信号的弊端，又相当程度上补全了插入式安装不便、工作量大的短板；提高了超声波流量计精度。
·研究表明，单脉冲超声波发射到接收的实际时间t＝t真+ε+ζ+ω，t真发射至接收的理论时间，ε电路延迟时间，ζ计数器时间误差，ω随机噪声误差(满足正态分布)；从数理统计的视角考量，多脉冲测量方法能减小ε、ζ、ω对t真影响，进一步提高超声波流量计的精度。
民用超声波燃气表较有代表性的知识产权成果综述如下：
·发明专利“一种超声波燃气表混合信号处理电路”(zl201410140147.0)，提出一种超声波燃气表混合信号处理电路，通过自动增益模糊控制电路对超声波信号峰值进行实时调节。
·发明专利“一种用于超声燃气表中的超声波流量气室”(zl201310084985.6)，提出一种用于超声燃气表中的超声波流量气室，气室改变传统的v型、x型等安装方式，形成长距离的对射式测量路径。
上述有益探索，提出自动增益模糊控制电路对超声波信号峰值实时调节，但混合信号处理电路通过模拟器件实现，可靠性欠佳、复杂度过高、功能有限；提出长距离对射式测量路径气室，但气室结构复杂、影响燃气流场分布且相应的对策缺位，下置直管段腔体易留杂物、影响测量精度。因此，探索有一定的参考价值，但成果仍存在局限；需在既有成果基础上作进一步的创新设计。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种民用超声波燃气表。具体技术方案如下：
一种民用超声波燃气表，其特征在于，民用超声波燃气表由数据处理和控制通信单元、时间测量单元、超声波发射/接收切换单元、超声波激励单元、超声波接收单元、换能器一体化结构单元组成；数据处理和控制通信单元与时间测量单元、超声波发射/接收切换单元相连，超声波发射/接收切换单元与时间测量单元、超声波激励单元、超声波接收单元、换能器一体化结构单元相连。
数据处理和控制通信单元控制时间测量单元的运行，读取时间测量单元输出的时间差测量值、通过数据处理和控制通信单元的数据处理和控制模块生成燃气流量和燃气量，经数据处理和控制通信单元的蓝牙通信模块上传燃气流量和燃气量；数据处理和控制通信单元控制超声波发射/接收切换单元模拟开关的断开和闭合，时间测量单元的发射/接收通道经超声波发射/接收切换单元分别接入超声波激励单元、超声波接收单元；超声波激励单元、超声波接收单元经超声波发射/接收切换单元，分别接入换能器一体化结构单元的第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器，或第2发射&接收两用换能器、第1发射&接收两用换能器。
优选地，所述的数据处理和控制通信单元包括以msp430f135芯片为核心的数据处理和控制模块、型号ble-cc41-a的蓝牙通信模块，msp430f135脚32、33分别与ble-cc41-a脚2、1相连；数据处理和控制模块清洗时间测量单元输出的时间差测量值，基于清洗后的时间差数据求燃气流速，以及燃气流量、流量积算得到的燃气量，经蓝牙通信模块上传燃气流量和燃气量。
优选地，所述的时间测量单元以tdc_gp21芯片为核心，tdc_gp21脚4、21、28接地，脚14、29接vcc，r230、c230、r240的一端相连接脚17、18，r230的另一端与脚20、19相连，c230的另一端接地，r240的另一端与脚24、23相连；tdc_gp21脚8、9、10、11、12分别与数据处理和控制模块的msp430f135脚27、28、31、29、30相连；r210、c210的一端相连接超声波发射/接收切换单元的adg1234脚3，r210的另一端与tdc_gp21的脚5相连，c210的另一端与脚30相连；r220、c220的一端相连接超声波发射/接收切换单元的adg1234脚8，r220的另一端与tdc_gp21脚6相连，c220的另一端与tdc_gp21脚27相连；tdc_gp21的脚5、脚30组成一个超声波通道，tdc_gp21的脚6、脚27组成另一个超声波通道；r240的型号为pt1000铂热电阻，采集燃气温度t。
优选地，所述的超声波发射/接收切换单元以adg1234芯片为核心，adg1234通过脚3、8与时间测量单元相连；adg1234脚1、10、11、20、15分别与数据处理和控制模块的msp430f135脚44、45、46、47、48相连，adg1234脚2和9、脚13分别与超声波激励单元的urge_in、urge_out端相连，adg1234脚18、脚4和7分别与超声波接收单元的receive_in、receive_out端相连，adg1234脚12和15、脚14和17分别与换能器一体化结构单元的第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器相连；
超声波发射/接收切换单元执行tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道的发射/接收通道切换，执行换能器一体化结构单元第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的发射/接收换能器切换；超声波通道和换能器的两组发射/接收切换，对应四通道单刀双掷模拟开关adg1234芯片控制脚的两组给定值，与两组给定值相应的adg1234开关状态见下表：
当控制端为给定值1时，tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道，第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的信息流如下：tdc_gp21脚5输出200khz方波信号至adg1234脚d1、d1与s1a闭合，经超声波激励单元至adg1234脚d3、d3与s3a闭合，s3a输出的信号驱动第1发射&接收两用换能器发射超声波；第2发射&接收两用换能器接收第1发射&接收两用换能器发射的超声波信号、输出至adg1234脚s4b、s4b与d4闭合，经超声波接收单元至s2b、s2b与d2闭合，d2输出的信号至tdc_gp21脚6；
当控制端给定值2时，tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道，第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的信息流如下：tdc_gp21脚5输出200khz方波信号至adg1234脚d2、d2与s2a闭合，经超声波激励单元至adg1234脚d3、d3与s3b闭合，s3b输出的信号驱动第2发射&接收两用换能器发射超声波；第1发射&接收两用换能器接收第2发射&接收两用换能器发射的超声波信号、输出至adg1234脚s4a、s4a与d4闭合，经超声波接收单元至s2a、s2a与d2闭合，d2输出的信号至tdc_gp21脚6。
优选地，所述的超声波激励单元包括irl3410绝缘栅型的mosfet、升压变压器；r410、c410、r420的一端相连接升压变压器原边的一端，r410、c410的另一端接地，r420的另一端接vcc；mosfet的源极接地、漏极与升压变压器原边的另一端相连，栅极经r430接入urge_in端；升压变压器副边的两端并联r440，副边的一端接地，副边的另一端接入urge_out端；时间测量单元的tdc_gp21脚5或脚6口产生的脉冲序列通过urge_in端输入，当输入脉冲高电平时，mosfet导通，升压变压器副边不工作，当输入脉冲低电平时，mosfet截止，升压变压器副边导通，原边能量释放到副边、驱动发射&接收两用换能器发射超声波。
优选地，所述的超声波接收单元包括前置放大模块、二阶带通滤波模块、阈值过零检测模块；前置放大模块以ad8221增益可编程放大器为核心，d511、d512反相并联，并联的一端与receive_in端、c511的一端相连，并联的另一端与-receive_in端、c512的一端相连，c511的另一端与r511的一端相连后接ad8221脚1、r511的另一端接地，c512的另一端与r512的一端相连后接ad8221脚4、r512的另一端接地；ad8221脚8、5、6、7分别接vcc、-vcc、地、out1端；二阶带通滤波模块以opa820运放为核心，r521、r525、c521、c522的一端相连，r521的另一端接out1端，r522与c521、c522的另一端相连，c522的另一端接地、c521的另一端接opa820脚3；r523、r524的一端相连，r523的另一端接地，r524、r525的另一端相连接opa820脚6和out2端。
阈值过零检测模块包括以max9693为核心带锁存功能的双通道比较器、第1或非门、第2或非门、与门、非门，max9693脚7与数据处理和控制模块的msp430f135脚26相连，max9693脚8、10相连接out2端，脚3、9、14接地；数据处理和控制模块的msp430f135脚58与第1或非门、第2或非门的一个输入端相连，第1或非门另一个输入端与max9693脚2相连、第1或非门输出端与max9693脚4相连；max9693脚1、16分别接与门的两个输入端，与门的输出端接receive_out端、非门的输入端，非门的输出端接第2或非门的另一个输入端；阈值过零检测功能的信息流如下：
a通道
数据处理和控制模块的msp430f135设定out2端信号的a通道输入信号参考电平v参考，v参考＝阈值；若a通道输入信号端ina+的vout2＞v参考，vqaout＝5v、
b通道
b通道输入信号端inb+接地、v＝vgnd＝0，out2信号输入b通道参考电平端inb-，b通道与a通道进行相反的比较；若b通道参考电平端inb-的vout2＜0，vqbout＝5v、
若a通道的输出vqaout＞0、b通道的输出vqbout＞0，经与门输出高电平、表征out2端信号的零点。
优选地，所述的换能器一体化结构单元包括第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器，第1燃气弯管、第2燃气弯管，n形测管，第1发射&接收两用换能器由lhq200-3型的第1换能器压电陶瓷传感器、第1换能器声阻抗匹配层组成，第2发射&接收两用换能器由lhq200-3型的第2换能器压电陶瓷传感器、第2换能器声阻抗匹配层组成；第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器分别安装在n形测管水平段的左右端；n形测管通过第1燃气弯管、第2燃气弯管接入燃气输送管。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
n形测管集成换能器一体化结构，测管水平段长度相当管径、换能器90°安装，克服了超声波传播路径过短、安装角θ≠90°的缺陷；根据实测温度修正超声波传播速度，压缩时间接收窗口，提高了超声波流量计抗干扰能力和精度；立足微电子ic成果，设计超声波发射/接收切换电路和阈值过零检测电路，电路简单可靠。
附图说明
图1是民用超声波燃气表的原理框图；
图2是数据处理和控制通信单元的电路图；
图3是时间测量单元的电路图；
图4是超声波发射/接收切换单元的电路图；
图5是超声波激励单元的电路图；
图6是前置放大模块的电路图；
图7是二阶带通滤波模块的电路图；
图8是阈值过零检测模块的电路图；
图9为换能器一体化结构单元600的结构示意图。
具体实施方式
如图1、图4所示，民用超声波燃气表由数据处理和控制通信单元100、时间测量单元200、超声波发射/接收切换单元300、超声波激励单元400、超声波接收单元500、换能器一体化结构单元600组成；数据处理和控制通信单元100与时间测量单元200、超声波发射/接收切换单元300相连，超声波发射/接收切换单元300与时间测量单元200、超声波激励单元400、超声波接收单元500、换能器一体化结构单元600相连；
数据处理和控制通信单元100控制时间测量单元200的运行，读取时间测量单元200输出的时间差测量值、通过数据处理和控制通信单元100的数据处理和控制模块生成燃气流量，经数据处理和控制通信单元100的蓝牙通信模块上传燃气流量；数据处理和控制通信单元100控制超声波发射/接收切换单元300模拟开关的断开和闭合，时间测量单元200的发射/接收通道经超声波发射/接收切换单元300分别接入超声波激励单元400、超声波接收单元500；超声波激励单元400、超声波接收单元500经超声波发射/接收切换单元300，分别接入换能器一体化结构单元600的第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器，或第2发射&接收两用换能器、第1发射&接收两用换能器。
如图2所示，数据处理和控制通信单元100包括以msp430f135芯片为核心的数据处理和控制模块110、型号ble-cc41-a的蓝牙通信模块120，msp430f135脚32、33分别与ble-cc41-a脚2、1相连；数据处理和控制模块110清洗时间测量单元200输出的时间差测量值，基于清洗后的时间差数据求燃气流速，以及燃气流量、流量积算得到的燃气量，经蓝牙通信模块上传燃气流量和燃气量。
说明2：时间测量单元200输出的时间差精度不仅受燃气非理想流场速度分布的制约，而且受超声波渡越时间不确性的影响；因此，清洗数据十分必要：选取相同相近的时间差数据、剔除差异过大的时间差数据。
如图3所示，时间测量单元200以tdc_gp21芯片为核心，tdc_gp21脚4、21、28接地，脚14、29接vcc，r230、c230、r240的一端相连接脚17、18，r230的另一端与脚20、19相连，c230的另一端接地，r240的另一端与脚24、23相连；tdc_gp21脚8、9、10、11、12分别与数据处理和控制模块110的msp430f135脚27、28、31、29、30相连；r210、c210的一端相连接超声波发射/接收切换单元(300)的adg1234脚3，r210的另一端与脚5相连，c210的另一端与脚30相连；r220、c220的一端相连接超声波发射/接收切换单元300的adg1234脚8，r220的另一端与脚6相连，c220的另一端与脚27相连；tdc_gp21的脚5、脚30组成一个超声波通道，tdc_gp21的脚6、脚27组成另一个超声波通道；r240的型号为pt1000铂热电阻，采集燃气温度t。根据燃气温度t修正超声波在该燃气温度下的传播速度u＝u0×【1+t/273】0.5＝331.4×【1+t/273】0.5；生成超声波接收电路的时间接收窗口【0.8t0，1.2t0】，t0为超声波信号从发射端到接收端的理论时间。tdc_gp21在“时间接收窗口”对超声波接收信号使能，提高超声波流量计抗干扰能力和精度。
如图4所示，超声波发射/接收切换单元300以adg1234芯片为核心，adg1234通过脚3、8与时间测量单元200相连；adg1234脚1、10、11、20、15分别与数据处理和控制模块110的msp430f135脚44、45、46、47、48相连，adg1234脚2和9、脚13分别与超声波激励单元400的urge_in、urge_out端相连，adg1234脚18、脚4和7分别与超声波接收单元500的receive_in、receive_out端相连，adg1234脚12和15、脚14和17分别与换能器一体化结构单元600的第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器相连；
超声波发射/接收切换单元300执行tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道的发射/接收通道切换，执行换能器一体化结构单元600第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的发射/接收换能器切换；超声波通道和换能器的两组发射/接收切换，对应四通道单刀双掷模拟开关adg1234芯片控制脚的两组给定值，与两组给定值相应的adg1234开关状态见下表：
表1与两组给定值相应的adg1234开关状态
以控制端给定值1为例，tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道，第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的信息流如下：tdc_gp21脚5输出200khz方波信号至adg1234脚d1、d1与s1a闭合，经超声波激励单元400至adg1234脚d3、d3与s3a闭合，s3a输出的信号驱动第1发射&接收两用换能器发射超声波；第2发射&接收两用换能器接收第1发射&接收两用换能器发射的超声波信号、输出至adg1234脚s4b、s4b与d4闭合，经超声波接收单元500至s2b、s2b与d2闭合，d2输出的信号至tdc_gp21脚6；
当控制端给定值2时，tdc_gp21脚5和脚30超声波通道、脚6和脚27另一超声波通道，第1发射&接收两用换能器、第2发射&接收两用换能器的信息流如下：tdc_gp21脚5输出200khz方波信号至adg1234脚d2、d2与s2a闭合，经超声波激励单元(400)至adg1234脚d3、d3与s3b闭合，s3b输出的信号驱动第2发射&接收两用换能器发射超声波；第1发射&接收两用换能器接收第2发射&接收两用换能器发射的超声波信号、输出至adg1234脚s4a、s4a与d4闭合，经超声波接收单元(500)至s2a、s2a与d2闭合，d2输出的信号至tdc_gp21脚6。
如图5所示，超声波激励单元400包括irl3410绝缘栅型的mosfet410、升压变压器420；r410、c410、r420的一端相连接升压变压器420原边的一端，r410、c410的另一端接地，r420的另一端接vcc；mosfet410的源极接地、漏极与升压变压器420原边的另一端相连，栅极经r430接入urge_in端；升压变压器420副边的两端并联r440，副边的一端接地，副边的另一端接入urge_out端；时间测量单元200的tdc_gp21脚5或脚6口产生的脉冲序列通过urge_in端输入，当输入脉冲高电平时，mosfet410导通，升压变压器420副边不工作，当输入脉冲低电平时，mosfet410截止，升压变压器420副边导通，原边能量释放到副边、驱动发射&接收两用换能器发射超声波。
如图6-8所示，超声波接收单元500包括前置放大模块510、二阶带通滤波模块520、阈值过零检测模块530；前置放大模块510以ad8221增益可编程放大器为核心，d511、d512反相并联，并联的一端与receive_in端、c511的一端相连，并联的另一端与-receive_in端、c512的一端相连，c511的另一端与r511的一端相连后接ad8221脚1、r511的另一端接地，c512的另一端与r512的一端相连后接ad8221脚4、r512的另一端接地；ad8221脚8、5、6、7分别接vcc、-vcc、地、out1端；二阶带通滤波模块520以opa820运放为核心，r521、r525、c521、c522的一端相连，r521的另一端接out1端，r522与c521、c522的另一端相连，c522的另一端接地、c521的另一端接opa820脚3；r523、r524的一端相连，r523的另一端接地，r524、r525的另一端相连接opa820脚6和out2端；
阈值过零检测模块530包括以max9693为核心有锁存功能的双通道比较器531、第1或非门532、第2或非门533、与门534、非门535，max9693脚7与数据处理和控制模块110的msp430f135脚26相连，max9693脚8、10相连后接out2端，脚3、9、14接地；数据处理和控制模块110的msp430f135脚58与第1或非门532、第2或非门533的一个输入端相连，第1或非门532另一个输入端与max9693脚2相连、第1或非门532输出端与max9693脚4相连；max9693脚1、16分别接与门534的两个输入端，与门534的输出端接receive_out端、非门535的输入端，非门535的输出端接第2或非门533的另一个输入端；阈值过零检测功能的信息流如下：
a通道
数据处理和控制模块110的msp430f135设定out2端信号的a通道输入信号参考电平v参考，v参考＝阈值；若a通道输入信号端ina+的vout2＞v参考，vqaout＝5v、
b通道
b通道输入信号端inb+接地、v＝vgnd＝0，out2信号输入b通道参考电平端inb-，b通道与a通道进行相反的比较；若b通道参考电平端inb-的vout2＜0，vqbout＝5v、
若a通道的输出vqaout＞0、b通道的输出vqbout＞0，经与门534输出高电平、表征out2端信号的零点。
如图9所示，换能器一体化结构单元600包括第1发射&接收两用换能器610、第2发射&接收两用换能器620，第1燃气弯管630、第2燃气弯管640，n形测管650，第1发射&接收两用换能器610由lhq200-3型的第1换能器压电陶瓷传感器611、第1换能器声阻抗匹配层612组成，第2发射&接收两用换能器620由lhq200-3型的第2换能器压电陶瓷传感器621、第2换能器声阻抗匹配层622组成；第1发射&接收两用换能器610、第2发射&接收两用换能器620分别安装在n形测管650水平段的左右端；n形测管650通过第1燃气弯管630、第2燃气弯管640接入燃气输送管；
第1换能器声阻抗匹配层612总厚度为超声波声波波长1/4λ的圆形薄片，总厚度以25℃时200khz声波波长为基准，为0.425mm；第1换能器声阻抗匹配层612由第1换能器环氧树脂胶体层613与第1换能器云母片614构成，第1换能器环氧树脂胶体层613将lhq200-3型的第1换能器压电陶瓷传感器611与第1换能器云母片614紧密连接；第1发射&接收两用换能器610安装在第1换能器套管615中，第1换能器套管615通过第1换能器四枚螺丝616定位固定在n形测管650进气端，第1换能器密封垫圈617安放在第1换能器套管615与n形测管650之间保证气密性；第2发射&接收两用换能器620安装方式与第1发射&接收两用换能器610类同。