專利名稱：一種時差法超聲波流量檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣體流量測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種時差法超聲波流量檢測裝置。
背景技術(shù)：
超聲波流量測量技術(shù)是一種利用超聲波信號在流體中傳播時流體的流速信息來測量流體流量的測量技術(shù)，它具有非接觸式測量、測量精度高、測量范圍寬 、安裝維護(hù)方便等特點。根據(jù)對信號檢測的原理，目前時差法超聲波流量檢測裝置大致可分為時差法、頻差法、波束偏移法、多普勒法等類型，其中應(yīng)用最廣泛的基于時差法的流量檢測裝置。事實上，因為超聲波信號在流體介質(zhì)中與靜態(tài)介質(zhì)相比，順流時超聲波信號的傳播速度增加，傳播時間減小，逆流時超聲波信號的傳播速度減小，傳播時間增加，從而使得順逆流方向超聲波信號的傳播時間存在時間差。而時差法超聲波流量計就是根據(jù)流體介質(zhì)的流速與時間差存在線形關(guān)系原理進(jìn)行測量的，因此只要準(zhǔn)確測定順流時間和逆流時間，根據(jù)流體介質(zhì)的流速與順流時間和逆流時間的線形關(guān)系，可以求出流體介質(zhì)的流速，進(jìn)而求出待測氣體的流量。如在申請公布號為CN101886939A的中國實用新型專利申請中公開了一種時差法超聲波流量計，該超聲波流量計包括測量管，在測量管的管段上沿測量管軸向、且呈對射結(jié)構(gòu)布置有兩個收發(fā)一體、且相互交替地對應(yīng)作為發(fā)射元件和接收原件的兩個超聲波換能器，記時間差為At，At = Vt1，其中t2為逆流時間，h為順流時間，其中，
SS
^=^~τν~τ則得到如下方程式
f f J ^
S S^l=7—J-77—；
c ./'v L/十V(i)At = Vt1(2)V ; =vf ( Θ )(3)其中，τ表示超聲波信號在超聲波換能器及電路中的時間延遲，^-^可以消除τ的影響，S為根據(jù)超聲波流量檢測裝置中超聲波換能器組的布局所測量得到的傳播聲程，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，則是流體介質(zhì)的流速在超聲波傳播方向上的分速度， ·(θ)為三角函數(shù)。對于上述方程式(I)和(2)來講，流體介質(zhì)的流速V與At、S、Cf、及f( Θ )有關(guān)，其中s和f( θ )都是在超聲波流量計結(jié)構(gòu)一定的情況下就可以直接測量得到，只需要測量計算八〖和4即可，而At可以通St2I1測量計算得到，只有Cf需要補償計算才能得到。上述所引用的專利對比文件中所采用的超聲波流量檢測裝置的測量管上的超聲波換能器呈對射結(jié)構(gòu)布置，而在實際測量時，測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算順流時間及逆流時間時，在公式
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
I ,.-VI . f 十 V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，包括待測氣體組分、溫度、壓力等，在常見的環(huán)境因素中，溫度對超聲波速度的影響是最嚴(yán)重的，而壓力對超聲波速度也有比較重要的影響。所以必須進(jìn)行各種補償計算才能得出計算出超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度Cf，比如，在空氣中，溫度對超聲波聲速的影響可按照公式Cair = 331. 45+0. 61t (t攝氏溫度)計算，而壓力對聲速的影響可根據(jù)公式V = ^/切/ p (v
是聲波在待測氣體中的速度，k是待測氣體絕熱系數(shù)，P是待測氣體壓強，P是待測氣體密度)來衡量。而待測氣體組分對超聲波在流體介質(zhì)中的傳播速度Cf的影響目前僅僅通過超聲波流量裝置自身還無法實現(xiàn)，只能通過現(xiàn)場標(biāo)定來解決而管道待測氣體組分是變化的，對超聲波流量裝置實現(xiàn)準(zhǔn)確測量帶來了很大的難度
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種時差法超聲波流量檢測裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中需要針對各種環(huán)境因素進(jìn)行補償計算才能得出真實的超聲波在流體介質(zhì)中傳播速度而影響測量精度的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的時差法超聲波流量檢測裝置采用如下技術(shù)方案一種時差法超聲波流量檢測裝置，包括測量管，在測量管的管段上布置有用于測量超聲波在待測氣體中順流傳播時的順流時間及逆流傳播時的逆流時間的超聲波換能器組，所述的測量管上固連有與測量管上設(shè)有超聲波換能器組的管段相連通、且供該管段中的待測氣體自由擴(kuò)散的靜速管，在靜速管上布置有向靜速管中發(fā)射并接收超聲波以用于測量超聲波傳播速度的超聲波換能器。所述的靜速管通過擴(kuò)散管與測量管相連通，所述擴(kuò)散管與所述的測量管上設(shè)有超聲波換能器組的管段相連通。所述的靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個，所述靜速管上的兩個超聲波換能器中的其中一個為發(fā)射元件、另一個為接收元件。所述的靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個，所述靜速管上的兩個超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)、且相互交替地對應(yīng)作為發(fā)射和接收元件。所述的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。本實用新型的有益效果是本實用新型所提供的時差法超聲波流量檢測裝置，在測量管上于設(shè)有超聲波換能器組的管段上連通有供該管段中的待測氣體自由擴(kuò)散的靜速管，在靜速管中布置有用于測量超聲波傳播速度的超聲波換能器，使用時，由布置在測量管上的超聲波換能器組測出超聲波順流傳播時的順流時間和逆流時間，并在靜速管中測量計算得到超聲波在靜速管的待測氣體中的傳播速度，然后將順流時間、逆流時間及超聲波傳播速度帶入相應(yīng)方程式中計算得到待測氣體的流速，進(jìn)而得到待測氣體流量。本實用新型所提供的檢測裝置中，在測量管上設(shè)有靜速管，測量時，測量管中的待測氣體自由擴(kuò)散到靜速管中，靜速管所處的環(huán)境因素如氣體組分、溫度、壓力等因素與測量管中的環(huán)境因素一致，在靜速管中所測量計算得的超聲波傳播速度即為超聲波在測量管的氣體中的傳播速度，這樣通過在靜速管直接測量超聲波在待測氣體中的傳播速度來消除氣體組分、溫度、壓力等因素的影響，實現(xiàn)自補償功能，省去現(xiàn)有技術(shù)中需要考慮到各種環(huán)境因素而做的各種補償計算。本實用新型所提供的檢測裝置結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對超聲波傳播速度的在線檢測，保證靜速管中的氣體和測量管中的待測氣體始終處于同一狀態(tài)下，提高測量的準(zhǔn)確度，便于應(yīng)用各種環(huán)境下的氣體流量的測量。

圖I是本實用新型所提供的時差法超聲波流量檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
一種時差法超聲波流量檢測方法的實施例，該實施例中的檢測方法包括如下步驟①、在待測氣體流過測量管時，由布置在測量管的管段上的超聲波換能器組測量 出超聲波在管段中順流傳播時的順流時間h及逆流傳播時的逆流時間t2 ;待測氣體在流過測量管的布置有超聲波換能器組的管段時自由擴(kuò)散到靜速管中，該靜速管上布置有向靜速管中發(fā)射并接收超聲波的超聲波換能器，根據(jù)靜速管上超聲波換能器的布局獲得超聲波在靜速管中傳播的聲程，由靜速管中的超聲波換能器發(fā)射并接收超聲波以獲得超聲波在聲程中的實際傳播時間，由聲程除以超聲波在靜速管中的實際傳播時間即可得到超聲波傳播速度Cf;②、將步驟一中所測得的t2、Cf代入下述方程中以求得待測流體在測量管中的流速V，進(jìn)而得到待測流體的流量，
權(quán)利要求1.一種時差法超聲波流量檢測裝置，包括測量管，在測量管的管段上布置有用于測量超聲波在待測氣體中順流傳播時的順流時間及逆流傳播時的逆流時間的超聲波換能器組，其特征在于，所述的測量管上固連有與測量管上設(shè)有超聲波換能器組的管段相連通、且供該管段中的待測氣體自由擴(kuò)散的靜速管，在靜速管上布置有向靜速管中發(fā)射并接收超聲波以用于測量超聲波傳播速度的超聲波換能器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時差法超聲波流量檢測裝置，其特征在于，所述的靜速管通過擴(kuò)散管與測量管相連通，所述擴(kuò)散管與所述的測量管上設(shè)有超聲波換能器組的管段相連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的時差法超聲波流量檢測裝置，其特征在于，所述的靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個，所述靜速管上的兩個超聲波換能器中的其中一個為發(fā)射元件、另一個為接收元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的時差法超聲波流量檢測裝置，其特征在于，所述的靜速管上的超聲波換能器在靜速管軸向兩端布置有兩個，所述靜速管上的兩個超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)、且相互交替地對應(yīng)作為發(fā)射和接收元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的時差法超聲波流量檢測裝置，其特征在于，所述的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。
專利摘要本實用新型公開了一種時差法超聲波流量檢測裝置，在測量管的管段上布置有用于測量超聲波在待測氣體中順流傳播時的順流時間及逆流傳播時的逆流時間的超聲波換能器組，測量管上固連有與測量管上設(shè)有超聲波換能器組的管段相連通、且供該管段中的待測氣體自由擴(kuò)散的靜速管，在靜速管上布置有向靜速管中發(fā)射并接收超聲波以用于測量超聲波傳播速度的超聲波換能器。靜速管所處環(huán)境因素如氣體組分、溫度、壓力等因素與測量管中的環(huán)境因素一致，靜速管中所測量計算得的超聲波傳播速度即為超聲波在測量管的氣體中的傳播速度，通過在靜速管直接測量超聲波在待測氣體中的傳播速度來消除氣體組分、溫度、壓力等因素的影響，實現(xiàn)對超聲波傳播速度的在線檢測。
文檔編號G01F1/66GK202710117SQ201220425558
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者李波, 趙彤凱, 司亞輝, 黎智 申請人:鄭州光力科技股份有限公司