專利名稱：利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
超聲波流量測(cè)量技術(shù)是一種利用超聲波信號(hào)在流體中傳播時(shí)流體的流速信息來測(cè)量流體流量的測(cè)量技術(shù)，它具有非接觸式測(cè)量、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，目前時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置大致可分為時(shí)差法、頻差法、波束偏移法、多普勒法等類型，其中應(yīng)用最廣泛的基于時(shí)差法的流量檢測(cè)裝置。事實(shí)上，因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)在流體介質(zhì)中與靜態(tài)介質(zhì)相比，順流時(shí)超聲波信號(hào)的傳播速度增加，傳播時(shí)間減小，逆流時(shí)超聲波信號(hào)的傳播速度減小，傳播時(shí)間增加，從而使得順逆流方向超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間存在時(shí)間差。而時(shí)差法超聲波流量計(jì)就是根據(jù)流體介質(zhì)的流速與時(shí)間差存在線形關(guān)系原理進(jìn)行測(cè)量的，因此只要準(zhǔn)確測(cè)定順流時(shí)間和逆流時(shí)間，根據(jù)流體介質(zhì)的流速與順流時(shí)間和逆流時(shí)間的線形關(guān)系，可以求出流體介質(zhì)的流速，進(jìn)而求出待測(cè)氣體的流量。如在申請(qǐng)公布號(hào)為CN101886939A的中國發(fā)明專利申請(qǐng)中公開了一種時(shí)差法超聲波流量計(jì)，該超聲波流量計(jì)包括測(cè)量管，在測(cè)量管的管段上沿測(cè)量管軸向、且呈對(duì)射結(jié)構(gòu)布置有兩個(gè)收發(fā)一體、且相互交替地對(duì)應(yīng)作為發(fā)射元件和接收原件的兩個(gè)超聲波換能器，記時(shí)間差為Λ t，A t = t2-ti，其中t2為逆流時(shí)間，h為順流時(shí)間，其中，
SS
4=^7—r則得到如下方程式
/ , / ，
S S7^~~F~w
L/'v c/ v(I)At = t2-t!(2)V' = vf ( Θ )(3)其中，τ表示超聲波信號(hào)在超聲波換能器及電路中的時(shí)間延遲，^-^可以消除τ的影響，S為根據(jù)超聲波流量檢測(cè)裝置中超聲波換能器組的布局所測(cè)量得到的傳播聲程，Cf為超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度，Θ為聲道角，V為流體介質(zhì)的流速，V'則是流體介質(zhì)的流速在超聲波傳播方向上的分速度，f(e)為三角函數(shù)。對(duì)于上述方程式(I)和(2)來講，流體介質(zhì)的流速V與Λ t、S、Cf、及f( θ )有關(guān)，其中S和f( Θ )都是在超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)一定的情況下就可以直接測(cè)量得到，只需要測(cè)量計(jì)算Λ t和Cf即可，而Λ t可以通過t2-ti測(cè)量計(jì)算得到，只有Cf需要補(bǔ)償計(jì)算才能得到。上述所引用的專利對(duì)比文件中所采用的超聲波流量檢測(cè)裝置的測(cè)量管上的超聲波換能器呈對(duì)射結(jié)構(gòu)布置，而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)量管上的超聲波換能器還可以呈V型反射結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)布置，而當(dāng)采用其他布置形式而計(jì)算順流時(shí)間及逆流時(shí)間時(shí)，在公式
SS
言2 二=7^7-F中發(fā)生變化的就是聲程S和流體介質(zhì)的流速在超聲波傳播方
Ci-VCf+Y向上的分速度V，而聲程S及f(0)根據(jù)具體的布置形式均可以直接測(cè)量得到。所以無論采用哪種布置形式，最終還需要確定超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度Cf。而超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度Cf超聲波速度受到各種環(huán)境因素的影響，包括待測(cè)氣體組分、溫度、壓力等，在常見的環(huán)境因素中，溫度對(duì)超聲波速度的影響是最嚴(yán)重的，而壓力對(duì)超聲波速度也有比較重要的影響。所以必須進(jìn)行各種補(bǔ)償計(jì)算才能得出計(jì)算出超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度Cf，比如，在空氣中，溫度對(duì)超聲波聲速的影響可按照公式
Cair = 331. 45+0. 61t (t攝氏溫度)計(jì)算，而壓力對(duì)聲速的影響可根據(jù)公式
權(quán)利要求
1.利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟①、在待測(cè)氣體流過測(cè)量管時(shí)，由布置在測(cè)量管的管段上的超聲波換能器組測(cè)量出超聲波在管段中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間t2;待測(cè)氣體在流過測(cè)量管的布置有超聲波換能器組的管段時(shí)自由擴(kuò)散到與測(cè)量管相連通的兩個(gè)靜速管中，這兩個(gè)靜速管上分別布置有用于在靜速管中測(cè)量超聲波傳播速度的超聲波換能器，根據(jù)靜速管上超聲波換能器的布局獲得超聲波在對(duì)應(yīng)靜速管中傳播的測(cè)量聲程，兩靜速管上的兩測(cè)量聲程的長度相差I(lǐng)倍，由對(duì)應(yīng)的靜速管上的超聲波換能器發(fā)射并接收超聲波以獲得超聲波在對(duì)應(yīng)的測(cè)量聲程中的實(shí)際傳播時(shí)間，由對(duì)應(yīng)的測(cè)量聲程除以超聲波在對(duì)應(yīng)的靜速管中的實(shí)際傳播時(shí)間即可分別得到超聲波在兩個(gè)靜速管中的傳播速度Cfl和Cf2，將上述超聲波傳播速度Cfl和Cf2帶入如下的超聲波傳播速度計(jì)算公式中
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的兩個(gè)靜速管或其中一個(gè)靜速管上的超聲波換能器的布局為靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器中的其中一個(gè)為發(fā)射元件、另一個(gè)為接收元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的兩個(gè)靜速管或其中一個(gè)靜速管上的超聲波換能器的布局為靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)、且相互交替作為發(fā)射和接收兀件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法，其特征在于，所述的兩個(gè)靜速管或其中一個(gè)靜速管上的超聲波換能器的布局為靜速管上的超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，所述靜速管上的呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)的超聲波換能器布置在靜速管軸向一端，在靜速管軸向另一端布置有用于反射從超聲波換能器中發(fā)射的超聲波的反射部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用超聲波檢測(cè)流量的檢測(cè)方法，由布置在測(cè)量管的管段上的超聲波換能器組測(cè)量出超聲波在管段中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間；待測(cè)氣體在流過測(cè)量管的布置有超聲波換能器組的管段時(shí)自由擴(kuò)散到與測(cè)量管相連通的兩個(gè)靜速管中，由對(duì)應(yīng)的測(cè)量聲程除以超聲波在對(duì)應(yīng)的靜速管中的實(shí)際傳播時(shí)間即可分別得到超聲波在兩個(gè)靜速管中的傳播速度，將上述超聲波傳播速度帶入如下的超聲波傳播速度計(jì)算公式中即可得到超聲波傳播速度，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)代入方程中求得待測(cè)流體在測(cè)量管中的流速，進(jìn)而得到待測(cè)流體的流量。本發(fā)明所提供的檢測(cè)方法保證靜速管中的氣體和測(cè)量管中的待測(cè)氣體始終處于同一狀態(tài)下，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)G01H5/00GK102914333SQ20121037478
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者王新亞, 張俊峰, 李波, 趙彤凱, 劉東旭, 李宏剛 申請(qǐng)人:鄭州光力科技股份有限公司