大型汽輪發(fā)電機定子線棒冷卻水通道發(fā)生堵塞或泄漏都會導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，因此在發(fā)電機的生產(chǎn)及運行過程中都要進行流量試驗，以保證發(fā)電機的安全運行。雖然現(xiàn)今市場上已有許多液體流量計，但都不能用于發(fā)電機定子線棒冷卻水的檢測，現(xiàn)場只能采取人工檢測方法進行測量，所以迫切需要研制一套能測試發(fā)電機定子線棒冷卻水流量的裝置。從發(fā)電廠的現(xiàn)場使用環(huán)境出發(fā)，我們采用超聲波時差法研制了這套發(fā)電機定子線棒冷卻水超聲波流量計。本流量計將能替代落后的人工檢測方法，對發(fā)電機小管徑、低流速的定子線棒冷卻水進行檢測，可直接判斷冷卻水管的堵、漏，保證發(fā)電機的安全運行，它還可用于汽輪發(fā)電機制造廠新機的出廠與交接，成為工藝質(zhì)量檢查的重要工具。
由于發(fā)電機定子線棒冷卻水引出管管徑小，冷卻水流速低，用超聲波時差法檢測時，單次時間差極小，難于精確測量，因此我們對傳統(tǒng)的單次時差測量方法進行改進，采用多脈沖聲循環(huán)法對微小時間進行累積，然后測量累積后的時間，進而換算出冷卻水流速，克服了一般超聲波流量計對小管徑、低流速水測量所存在的困難。上述方法很適合于汽輪發(fā)電機冷卻水的檢測，故此我們采用多脈沖聲循環(huán)法設(shè)計了本超聲波流量計。
在該流量計的研制過程中，關(guān)鍵是設(shè)計重復(fù)頻率高的超聲波發(fā)射電路和較高增益、寬頻帶的超聲波接收放大電路。超聲波發(fā)射電路的優(yōu)劣對整機性能影響很大。傳統(tǒng)的超聲波發(fā)射電路采用開關(guān)速度低的可控硅（SCR）作發(fā)射控制元件，發(fā)射重復(fù)率低，不能滿足要求，我們采用新型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）作為發(fā)射控制元件研制出了高重復(fù)頻率的超聲波發(fā)射電路。根據(jù)需要我們還設(shè)計了超聲波接收放大電路，其中包括抗阻塞電路、檢波器及邊緣加強電路，以放大本儀器的超聲波接收信號。
控制測量電路及抗干擾電路是本流量計的核心部分。為實現(xiàn)流量計的智能化，我們采用單片機控制儀器的工作時序，完成收發(fā)換能器的切換并將測量的數(shù)據(jù)通信給上位機，以便上位機進一步處理。又利用高速計數(shù)器和高頻方波發(fā)生電路設(shè)計了測量電路，使測量精度得到提高。此外，我們還根據(jù)儀器的干擾情況采取了一系列硬件抗干擾措施，提高了儀器的抗干擾能力。
針對本超聲波流量計的硬件配置我們設(shè)計了單片機的各種軟件，并在軟件上采取了合適的抗干擾措施，增強了單片機運行的穩(wěn)定性，經(jīng)過模擬實驗可知，在采取了各種抗干擾措施，特別是采用了綜合數(shù)字濾波后，流量計數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性極大提高，對靜水和低速流水能較清晰的分別，說明該超聲波流量計可對大型汽輪發(fā)電機定子線棒的小管徑、低流速冷卻水進行檢測。我們還運用Microsoft Visual Basic語言設(shè)計了上位機的系統(tǒng)軟件，使流量計操作方便，十分利于現(xiàn)場的測量。
本課題研制的超聲波流量計，適用于大型汽輪發(fā)電機定子線棒冷卻水流量的檢測，在小管徑、低流速超聲波流量計這一領(lǐng)域有所創(chuàng)新，對研制應(yīng)用于其它類似場合的時差法超聲波流量計也將具有一定的參考價值。
