本系統(tǒng)所標(biāo)定的超聲波氣體流量計(jì)采用時(shí)差法測量氣體流量。所謂時(shí)差法就是利用超聲波在順氣流狀態(tài)和逆氣流狀態(tài)下超聲波在定長管道中傳播的時(shí)間差值，解算出氣體流量的方法[5]。超聲波氣體流量計(jì)測量原理圖如圖 2.1 所示。 

圖 2.1  超聲波氣體流量計(jì)測量原理圖 
  CPU 控制選通電路驅(qū)動換能器 A 產(chǎn)生一束脈沖超聲波，換能器 B 負(fù)責(zé)將接收到的超聲波信號轉(zhuǎn)換成峰峰值僅為幾十毫伏的電壓信號。由于該電壓信號過于微弱且包含較多的雜波無法被 CPU 識別，因此對該信號進(jìn)行放大濾波比較等操作后觸發(fā) CPU 捕獲中斷測得超聲波傳播時(shí)間 tab。反之則測得超聲波從 B 傳播到 A 的時(shí)間 tba，則時(shí)間和 ts=tab+tba，時(shí)間差 Δt=tba-tab。每次測量過程中 CPU 還需實(shí)時(shí)讀取氣體當(dāng)前的溫度值 T 和壓力值 P。
  在溫度和壓力確定的情況下，超聲波波速與氣體的成分和流速存在一定函數(shù)關(guān)系。因?yàn)楸井a(chǎn)品主要是應(yīng)用在醫(yī)療器械領(lǐng)域，本文就以氧氣為例。經(jīng)過我們的研究發(fā)現(xiàn)氧氣的濃度 C 與溫度 T、壓力 P、時(shí)間和 ts存在一種函數(shù)關(guān)系。 
c=f( ts,t,p)
  超聲波氣體流量計(jì)經(jīng)過不同氧氣濃度、溫度、壓力狀態(tài)下的標(biāo)定測得大量數(shù)據(jù)。運(yùn)用***小二乘擬合算法解算獲得氧氣濃度 C 的計(jì)算公式為：  2 21 s2 s3 4 5 6 s7 8 s9C ?a t ?a t ?a T ?a T ?a P ?a Pt ?a PT ?a Tt ?a   （2.2） 
  其中系數(shù) ( 1,2, 9)na n ? 由***小二乘擬合算法計(jì)算獲得。 超聲波氣體流量計(jì)流量測量的原理是在氧氣濃度、溫度、壓力已知的狀態(tài)下，通過測量超聲波在定長管道中順逆流傳播的時(shí)間差 Δt，計(jì)算氧氣流量 L。溫度 T、壓力 P 分別通過溫度傳感器和壓力傳感器獲得，氧氣濃度 C 由式（2.2）計(jì)算獲得。經(jīng)過理論分析與大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證，氧氣流量 L 滿足如下函數(shù)關(guān)系式： 
  ( , ) ( , )TL f t P f X PC? ? ?   （2.3） 其中 X ? ?t•T C 。通過***小二乘擬合算法擬合得出氧氣流量關(guān)系式為：  210 11 12 13 14L ?a X ?a X ?a PX ?a P ?a   （2.4） 其中系數(shù)由 ( 10,11, 14)na n ? ***小二乘曲面擬合得到。