一種超聲波流量計(jì)的流量測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超聲波流量計(jì)的流量測量方法，通過在超聲波流量計(jì)氣體流道的上游下游設(shè)置一對超聲波傳感器進(jìn)行超聲波脈沖信號的發(fā)送接收，驅(qū)動模塊提供驅(qū)動超聲波傳感器發(fā)送部分的驅(qū)動電壓，測量計(jì)時模塊在超聲波傳感器發(fā)送超聲波脈沖信號后開始的時間，在檢測到從第一個大于脈沖信號電壓閥值U0的Umaxi后第N個過零點(diǎn)時結(jié)束計(jì)時，計(jì)算從開始計(jì)時到停止計(jì)時得到的時間差；順逆流各測一次最終在測量計(jì)時模塊計(jì)算出流體的流量。通過脈沖信號電壓閥值U0的合理設(shè)定和信號調(diào)理模塊的除噪作用，盡可能地降低了超聲波流量計(jì)氣體流道中小流量的測量誤差和噪聲對測量結(jié)果準(zhǔn)確行的干擾，測量精確度更高。
【專利說明】一種超聲波流量計(jì)的流量測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體儀表【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種超聲波流量計(jì)的流量測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，目前常用的家用氣體表主要為膜式氣體表，其計(jì)量精度受溫度和壓力的影響很大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，它是采用新型的測量技術(shù)，與傳統(tǒng)氣體表相比，具有不接觸被測介質(zhì)，精度高，穩(wěn)定性好，大量程比特征，構(gòu)造簡單、機(jī)械性可動部分少，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]超聲波流量計(jì)流量測量采用的技術(shù)主要是聲速測量技術(shù)，基本原理是利用超聲波在流體中傳播時所載流體的流速信息來測量流體流量。其原理如圖1所示。超聲波流量計(jì)流量的測量方法按照測量原理分為:波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法、多普勒效應(yīng)法和傳播時間差法。目前應(yīng)用最為廣泛的為傳播時間差法。傳播時間差法按照測量物理量的不同有:時差法、頻差法和相位差法。直接時差法、時差法、頻差法和相位差法又統(tǒng)稱為傳播速度差法。這種方法不會造成壓力損失，并且適用于大口徑，非導(dǎo)電性，抗腐蝕性強(qiáng)的氣體和液體。目前對于家用超聲波氣體表一般都選用時差法測量，時差法克服了超聲波傳輸速度隨流體溫度變化帶來的誤差，準(zhǔn)確度較高。
[0004]時差法測量的原理是:當(dāng)介質(zhì)流動與超聲波傳播順方向時，超聲波傳播速度隨介質(zhì)流動速度增加而增加，當(dāng)介質(zhì)流動與超聲波傳播逆方向時，超聲波傳播速度隨介質(zhì)流動速度增加而減小。 最終，通過測量超聲波脈沖在流體中順流和逆流傳播時速度和時間之差來反映流體流速，其測量原理如圖2所示。
[0005]超聲波傳感器A、超聲波傳感器B設(shè)置在通氣管道腔體內(nèi)氣體流通路徑的上游和下游，上游的超聲波傳感器A發(fā)出超聲波給下游的超聲波傳感器B，可以得到傳送時間Tl，然后由相反方向從下游的超聲波傳感器B向上游的超聲波傳感器A發(fā)出超聲波，可以得到傳送時間T2，然后通過以下方法可以得到氣體的流速U:
上游到下游的傳送時間
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波流量計(jì)的流量測量方法，其特征在于，具體步驟如下: 將超聲波傳感器A和超聲波傳感器B分別安裝在超聲波流量計(jì)氣體流道的上游和下游，超聲波傳感器A和超聲波傳感器B的探頭位于超聲波流量計(jì)氣體流道的內(nèi)壁上； 51:在控制計(jì)算單元(15)中預(yù)設(shè)脈沖信號電壓閥值Utl，通過控制計(jì)算單元(15)設(shè)置放大單元(55)的增益和濾波單元(53)的帶寬，控制計(jì)算單元(15)中還存儲有超聲波流量計(jì)中超聲波脈沖信號在超聲波流量計(jì)氣體流道內(nèi)的傳輸距離L，氣體的流動方向與超聲波路徑傳輸方向的夾角設(shè)，超聲波流量計(jì)氣體流道的橫截面積S，0、S和L均可通過測量獲得； 52:測量氣體流向與超聲波傳播順方向時，超聲波在氣體超聲波流量計(jì)流道中的傳送時間T1，具體步驟如下: 521:處理器模塊(10)的控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)出脈沖觸發(fā)控制信號，測量計(jì)時模塊(20)根據(jù)接收到的脈沖觸發(fā)控制信號控制驅(qū)動模塊(30)發(fā)出驅(qū)動信號，此時，傳感器控制模塊(40 )控制超聲波傳感器A接收驅(qū)動信號并發(fā)出超聲波脈沖信號Us，超聲波傳感器B用于接收波信號Us ； 522:超聲波傳感器A接收到驅(qū)動信號并發(fā)出超聲波脈沖信號Us時，向控制計(jì)算單元(15)做出反饋，控制計(jì)算單元(15)控制測量計(jì)時模塊(20)開始計(jì)時； 523:信號調(diào)理模塊(50)將超聲波傳感器B接收到的所有信號通過匹配單元(51)進(jìn)行匹配、濾波單元(53)進(jìn)行濾波和放大單元(55)進(jìn)行放大處理，將超聲波傳感器B接受超聲波脈沖信號Us時接受到的噪聲進(jìn)行過濾； 524:經(jīng)過步驟S23處理后的信號確定為超聲波傳感器B接收到的由超聲波傳感器A發(fā)出的超聲波脈沖信號Us，記為Us’，峰值檢測單元(11)檢測出超聲波脈沖信號Us的多個峰值Umaxi，將多個Umaxi分別 與脈沖信號電壓閥值Utl進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫降谝粋€大于脈沖信號電壓閥值Utl的Umaxi時，控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)出始能停止信號，當(dāng)測量計(jì)時模塊(20)檢測到從第一個大于脈沖信號電壓閥值Utl的Umaxi后第N個過零點(diǎn)時，測量計(jì)時模塊(20)停止計(jì)時并向控制計(jì)算單元(15)發(fā)送停止計(jì)時的反饋，測量計(jì)時模塊(20)從開始計(jì)時到停止計(jì)時得到的時間差即為T1 ； 53:測量氣體流向與超聲波傳播逆方向時，超聲波在氣體超聲波流量計(jì)流道中的傳送時間T2，具體步驟如下: 531:控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)出脈沖觸發(fā)控制信號，測量計(jì)時模塊(20)根據(jù)接收到的脈沖觸發(fā)控制信號控制驅(qū)動模塊(30)發(fā)出驅(qū)動信號，此時，傳感器控制模塊(40)控制超聲波傳感器B接收驅(qū)動信號并發(fā)出超聲波脈沖信號Un，超聲波傳感器A用于接收波信號Un ； 532:超聲波傳感器B接收到驅(qū)動信號并發(fā)出超聲波脈沖信號Un時，向控制計(jì)算單元(15)做出反饋，控制計(jì)算單元(15)控制測量計(jì)時模塊(20)開始計(jì)時； S33:信號調(diào)理模塊(50)將超聲波傳感器A接收到的所有信號通過匹配單元(51)進(jìn)行匹配、濾波單元(53 )進(jìn)行濾波和放大單元(55 )進(jìn)行放大處理，將超聲波傳感器A接受超聲波脈沖信號Un時接受到的噪聲進(jìn)行過濾； S34:經(jīng)過步驟S33處理后的信號確定為超聲波傳感器A接收到的由超聲波傳感器B發(fā)出的超聲波脈沖信號Un，記為Un，峰值檢測單元(11)檢測出超聲波脈沖信號Un的多個峰值UmaxjdfSfUmaxj分別與脈沖信號電壓閥值Utl進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)玫降谝粋€大于脈沖信號電壓閥值Uci的Umaxj時,控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)出始能停止信號，當(dāng)測量計(jì)時模塊(20)檢測到從第一個大于脈沖信號電壓閥值U0的Umaxi后第N個過零點(diǎn)時(請確定第N個過零點(diǎn)的檢測是由峰值檢測單元還是測量計(jì)時模塊完成的)，測量計(jì)時模塊(20)停止計(jì)時并向控制計(jì)算單元(15)發(fā)送停止計(jì)時的反饋，測量計(jì)時模塊(20)從開始計(jì)時到停止計(jì)時得到的時間差即為T2 ； 54:測量計(jì)時模塊(20)將S24得到的Tl和S34得到的T2傳輸至處理器模塊(10)的控制計(jì)算單元(15)，控制計(jì)算單元(15)根據(jù)公式(I)和(2)計(jì)算得到氣體流量Q，<img/ 式(I)中U為氣體的流速，L是超聲波脈沖信號在超聲波流量計(jì)氣體流道內(nèi)的傳輸距離；沒為氣體的流動方向與超聲波脈沖信號傳輸路徑的夾角；式(2)中S為超聲波流量計(jì)氣體流道的橫截面積，T為超聲波流量計(jì)氣體流道中流通氣體的時間； 55:脈沖觸發(fā)控制單元(13)控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)出脈沖觸發(fā)控制信號的時間間隔Tp和次數(shù)2M，控制計(jì)算單元(15)向測量計(jì)時模塊(20)發(fā)送相鄰兩次脈沖觸發(fā)控制信號就能得到一個氣體流量Qi，控制計(jì)算單元(15)計(jì)算該M個Qi的平均數(shù)即得超聲波流量計(jì)的流量。
【文檔編號】G01F1/66GK103630174SQ201310668288
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月7日
【發(fā)明者】張子棲, 惠蘭, 王坤, 張陸軍, 張勇, 歐江波 申請人:重慶前衛(wèi)科技集團(tuán)有限公司