一种超声波气体流量计量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声波气体流量计量方法及装置，属于流体流量检测技术领域，采用固定安装在流道上，分别位于上、下游的两个超声波换能器进行计量；在一个计量周期内，产生一路激励信号，将一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输的超声波信号；并且两路超声波信号由对向的超声波换能器接收；根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。解决了现有利用时差法进行流量检测所带来的检测精度低、能耗大和效率低的问题。能耗大和效率低的问题。能耗大和效率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波气体流量计量方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种超声波气体流量计量方法及装置，属于流体流量检测


技术介绍

[0002]气体超声波流量计量的原理，利用天然气流动对超声波脉冲的信号调制作用，通过检测信号的变化获得流量信息。随着超声波换能器性能的提升及价格下降，计算机技术、流体力学的发展，超声波计量技术在热工测量领域(天然气表、水表、热量表等)得到长足的发展和应用。
[0003]现有的超声波流量计得测量方法有很多，通常采用多普勒法、波束偏移法、时差法等，而其中时差法应用最为广泛。时差法超声波流量计的原理是：利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间差异与被测流体的流动速度有关系，那么，测出时间的差异就可以得出流体的速度。
[0004]但是现有的时差法的测量方式，在进行流量测量时，一般需要进行两次超声波信号的发射和接收，才能完成一次采样测量周期，如图1所示在一个测量周期内，超声波顺流方向传输的时间测定后，需要经过相应的发送时间间隔WT，然后再对逆流传输过程所用的时长进行测量，因而，传统的时差法普遍存在以下问题：
[0005]1)换能器工作时间较长：测量过程中需要进行顺流、逆流两次发送超声波信号，而在进行两次相反方向的测量之间，需要等待一段时间WT，增加换能器的工作时间，增加系统功耗。
[0006]2)两路超声波信号发送误差大：顺流逆流超声波信号在不同时刻发送，受环境温度、压力、气流流速等外部环境影响，外部环境的误差影响会被累计，影响测量精度；/>[0007]因此，如何设计一种超声波气体流量计量方法及装置，以解决上述采用时差法进行流量检测所带来的问题，对提高现有流量检测精度和效率至关重要。

技术实现思路

[0008]为了解决上述提出的检测误差大的技术问题，本专利技术的目的是提供一种超声波气体流量计量方法及装置。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供了一种超声波气体流量计量方法，采用固定安装在流道上、分别位于上、下游的两个超声波换能器进行测量；包括如下步骤：
[0010]采用固定安装在流道上，分别位于上、下游的两个超声波换能器进行计量；包括如下步骤：
[0011]1)在一个计量周期内，产生一路激励信号，将所述一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；
[0012]2)在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输的超声波信号；并且所述两路超声波信号由对向的超声波换能器接收；
[0013]3)根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；
[0014]4)根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。
[0015]本专利技术通过产生一路激励信号，利用一个发送放大电路驱动设置在气体管路上、下游的两个超声波换能器同时产生对向传输的两路超声波信号，并同时启动接收回波信号，通过两个切换开关控制换能器发送和接收超声波过程的切换，并分别记录对应超声波在流体中经过相同路径所采用的时间，然后根据对应的时间差计算气体流量/流速。
[0016]基于上述方案所产生的有益效果是：
[0017]1、计量时两路超声波信号同一时刻发送，环境对等，受环境温度等条件影响是一致的，计算时可以抵消来消除误差的影响；而且信号同一时刻发送，路径对等，受气流不均匀、流道等条件影响是一致，气流、流道的累计误差影响小，从根源上减少或消除外部条件影响产生的误差；
[0018]2、对换能器无特殊要求，采用普通的换能器即可实现，信号一次发送，同时接收，减少工作时间，减少能量消耗；对流道无特殊要求，测量方法的通用性强。
[0019]3、适用于一致性强的两个换能器；切换开关的使用，避免了发送放大电路与接收放大电路直接的影响。
[0020]进一步的，为了提高计算时间差的精度，采用互相关法提取超声波在流道内顺流、逆流方向相向传输的时间差。
[0021]进一步的，采用互相关法提取超声波在流道内顺流、逆流方向相向传输的时间差的步骤为：
[0022]记录的激励信号包括发送时刻t1、激励信号样本数据x1(x11，x12，...，x1n)；
[0023]位于下游的超声波换能器接收到顺流方向传播的超声波信号，对应的采样数据为x2(x21，x22，...，x2m)，利用互相关算法确定信号的峰值，从而确定峰值信号对应的采样时刻tw，从而得到超声波在流道内顺流传播的时间T1，T1＝tw-t1；如果x1、x2两个序列的长度不等，较短的序列补充0，形成等长的序列，下述同理。
[0024]位于上游的超声波换能器接收到逆流方向传播的信号，对应的采样数据为x3(x31，x32，...，x3m)，利用互相关算法确定信号的峰值，从而确定峰值信号对应的采样时刻tw
’
，从而得到超声波在流道内顺流传播的时间T2，T2＝tw
’-
t1；
[0025]根据超声波在流道内顺流、逆流方向传输所用的时间，计算差值
△
t＝T2-T1。
[0026]进一步的，所述两个超声波换能器设置形式包括I型、Z型或V型。
[0027]本专利技术还提供了一种超声波气体流量计量装置，包括MCU、固定安装在流道上、分别位于上、下游的第一、第二两个超声波换能器、第一切换开关和第二切换开关，一个发送放大电路和第一、第二两个接收放大电路，MCU连接所述发送放大电路；第一切换开关用于使所述第一超声波换能器连接到发送放大电路或者第一接收放大电路；第二切换开关用于使所述第二超声波换能器连接到发送放大电路或者第二接收放大电路；MCU执行计算机程序，以实现如下方法：
[0028]在一个计量周期内，MCU产生一路激励信号，将所述一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；
[0029]在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输超声波信号，并且所述两路超声波信号同时由对向的超声波换能器接收；
[0030]MCU通过控制模拟开关获取两个超声波换能器接收的超声波信号，并根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；
[0031]MCU根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。
[0032]本专利技术通过利用设置在气体管路上、下游的两个超声波换能器同时产生对向传输的两路超声波信号，并同时启动接收对向换能器发出的超声波信号，分别记录对应超声波在流体中经过相同路径所采用的时间，然后根据对应的时间差计算气体流量。两路超声波信号同一时刻发送，环境温度等条件影响是一致的，计算时可以抵消来消除误差的影响；而且信号同一时刻发送，路径对等，受气流不均匀、流道等条件影响是一致，气流、流道的累计误差影响小，从根源上减少或消除外部条件影响产生的误差；并且，本专利技术超声波气体流量计量方法，对换能器无特殊要求，才用普通的换能器即可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波气体流量计量方法，采用固定安装在流道上，分别位于上、下游的两个超声波换能器进行计量；其特征在于，包括如下步骤：1)在一个计量周期内，产生一路激励信号，将所述一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；2)在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输的超声波信号；并且所述两路超声波信号同时由对向的超声波换能器接收；3)根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；4)根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。2.根据权利要求1所述的超声波气体流量计量方法，其特征在于，采用互相关法提取超声波在流道内顺流、逆流方向相向传输的时间差。3.根据权利要求2所述的超声波气体流量计量方法，其特征在于，采用互相关法提取超声波在流道内顺流、逆流方向相向传输的时间差的步骤为：记录的激励信号包括发送时刻t1、激励信号样本数据x1(x11，x12，...，x1n)；位于下游的超声波换能器接收到顺流方向传播的超声波信号，对应的采样数据为x2(x21，x22，...，x2m)，利用互相关算法确定信号的峰值，从而确定峰值信号对应的采样时刻tw，从而得到超声波在流道内顺流传播的时间T1，T1＝tw-t1；位于上游的超声波换能器接收到逆流方向传播的信号，对应的采样数据为x3(x31，x32，...，x3m)，利用互相关算法确定信号的峰值，从而确定峰值信号对应的采样时刻tw
’
，从而得到超声波在流道内顺流传播的时间T2，T2＝tw
’-
t1；根据超声波在流道内顺流、逆流方向传输所用的时间，计算差值
△
t＝T2-T1。4.根据权利要求1所述的超声波气体流量计量方法，其特征在于，所述两个超声波换能器设置形式为I型、Z型或V型。5.一种超声波气体流量计量装置，其特征在于，包括MCU、固定安装在流道上、分别位于上、下游的第一、第二两个超声波换能器、第一切换开关和第二切换开关，一个发送放大电路和第一、第二两个接收放...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢琦，方帅兵，李静，任家顺，汪政伟，李敬宁，
申请(专利权)人：新开普电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：