基于超声波的气体流量测量装置、测量系统及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于超声波的气体流量测量装置、测量系统及测量方法，包括用于测量超声波在管道内气体中的顺流传播时间和逆流传播时间的多个超声波探头和用于计算管道内气体的横截面平均流速的数据处理终端。本发明专利技术基于空压机管道内流场和温度场对声速及其路径的影响分析，引入了流速修正系数和声速修正系数获得准确的横截面平均流速，降低超声波流量计的测量误差，实现空压机气体流量非接触式在线准确测量，本发明专利技术提供的方法不干扰管内流场，安装操作简单，易于维护保养，具有良好的可实施性。实施性。实施性。

【技术实现步骤摘要】
基于超声波的气体流量测量装置、测量系统及测量方法


[0001]本专利技术属于流体流量测量
，尤其涉及一种基于超声波的气体流量测量装置、测量系统及测量方法。

技术介绍

[0002]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的总体
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的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
[0003]超声波流量计是基于超声波在流动介质中传播的基础上，通过超声波的特性测量相应的物理量，再经过相关的信号处理和数据计算，得到管道内流体流量的仪器。在实际生产生活中，超声波流量计最大的缺点就是测量精度不如孔板流量计和涡轮流量计，但因其量程比宽、易安装维护、能耗低、耐腐蚀、不影响流量特性以及高性价比等特点仍在市场占有一席之地。
[0004]目前大部分高精度的超声波流量计都是针对于液体等不可压缩、比容大的流体，在测量计算中经常忽略流体的温度、压力对超声波传递的微小影响，而没有明确针对超声波气体流量的精确测量方案，同样的液体流量测量技术用在气体流量测量时，在测量精度、稳定性以及流场的适应性等方面都存在较大的缺陷。授权公告号为CN202734881U的中国技术专利公开了一种超声波流量检测装置,包括测量管,在测量管的管段上布置有用于测量超声波在待测气体中顺流传播时的顺流时间及逆流传播时的逆流时间的超声波换能器组,该超声波换能器组包括呈X型布置在所述管段上的两对超声波换能器,所述的测量管上固连有与测量管上设有超声波换能器组的管段相连通、且供该管段中的待测气体自由扩散的静速容器,在静速管上布置有向静速管中发射并接收超声波以用于测量超声波传播速度的超声波换能器。静速管所处环境如气体组分、温度、压力等因素与测量管的环境因素一致,通过在静速管直接测量超声波的传播速度来消除气体组分、温度、压力等因素的影响。上述专利中需要增设静速管和扩散管，整体结构比较复杂。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于如何降低超声波流量计的测量误差，实现空压机气体流量非接触式在线准确测量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于超声波的气体流量测量装置，包括用于测量超声波在管道内气体中的顺流传播时间和逆流传播时间的多个超声波探头和用于计算管道内气体的横截面平均流速的数据处理终端，所述数据处理终端采用如下公式计算管道内气体的横截面平均流速：
[0007][0008]其中，Q
v
为管道内气体的横截面平均流速；π为圆周率；D为管道直径；c为超声波在管道内气体中的传播速度；α为超声波探头安装倾角；
[0009]K为流速修正系数，
[0010]Kc为声速修正系数，c0为340m/s，为一个大气压，15℃空气介质下的声速；c(T,p)为相应温度场、压力场下的平均声速；
[0011]Δt为超声波在管道内气体中的顺逆流传播时间差，Δt＝t
a
‑
t
b
，t
a
为管道内气体的逆流传播时间；t
b
为管道内气体的顺流传播时间。
[0012]作为进一步改进，通过如下公式计算管道内气体的测量平均流速：
[0013][0014]若c远大于v，则通过如下公式计算管道内气体的平均流速：
[0015][0016]作为进一步改进，基于信号管内仿真模拟确定所述流速修正系数和所述声速修正系数。
[0017]作为进一步改进，所述气体流量测量装置包括两个所述超声波探头，每个所述超声波探头向另一个所述超声波探头发出超声波信号并接收另一个所述超声波探头发出的超声波信号，每个所述超声波探头发出的超声波的传播方向与管道内气体的流向呈锐角夹角。
[0018]作为进一步改进，所述超声波探头的信号波采用高斯脉冲调制的正弦波。
[0019]作为进一步改进，所述气体流量测量装置还包括无线传输模块，所述超声波探头与所述数据处理终端之间通过所述无线传输模块进行通讯。
[0020]本专利技术还提供另外一个技术方案：一种气体流量测量系统，包括气流管道和所述的气体流量测量装置。
[0021]作为进一步改进，所述气流管道包括安装管段、位于所述安装管段的气流输入侧的前置管段以及位于所述安装管段的气流输出侧的后置管段，所述前置管段的长度不小于10D，所述后置管段的长度不小于5D。
[0022]作为进一步改进，所述气流管道为空压机的出气管道。
[0023]本专利技术还提供另外一个技术方案：一种气体流量测量系统的气体流量测量方法，包括如下步骤：
[0024](1)提供如上所述的气体流量测量系统；
[0025](2)通过多个超声波探头测量超声波在管道内气体中的顺流传播时间和逆流传播时间，将所述顺流传播时间和所述逆流传播时间发送至所述数据处理终端；
[0026](3)通过所述数据处理终端计算管道内气体的横截面平均流速。
[0027]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0028]1)本专利技术公开的基于超声波的气体流量测量装置、测量系统以及测量方法，基于空压机管道内流场和温度场对声速及其路径的影响分析，引入了流速修正系数和声速修正系数获得准确的横截面平均流速，降低超声波流量计的测量误差，实现空压机气体流量非
接触式在线准确测量，本专利技术提供的方法不干扰管内流场，安装操作简单，易于维护保养，具有良好的可实施性；
[0029]2)本专利技术公开的基于超声波的气体流量测量装置、测量系统以及测量方法，通过流动声道的速度修正系数K和声速修正系数Kc，将峰值识别的传播时间差带入式就可以得到较为精准的横截面平均流速。经计算，当空压机出口设定体积流量为9m3/min时，由计算得到的体积流量为9.0268m3/min，相对误差为0.297％；若是不考虑声速修正，而仅考虑速度修正系数进行校正，此时计算得到体积流量为8.098m
3/
min，相对误差达到了10.23％。因此，通过对声速进行修正可以在理论上很大程度减少测量误差。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0031]图1为本专利技术中基于超声波的气体流量测量装置的组成方框图；
[0032]图2为本专利技术中基于超声波的气体流量测量系统的内部安装示意图；
[0033]图3为本专利技术中基于超声波的气体流量测量系统的外观安装示意图；
[0034]图4为本专利技术中不同初始气体流速下的声速修正系数曲线图；
[0035]图5为本专利技术中不同初始温度下的声速修正系数曲线图。
[0036]其中，1、超声波探头；2、数据处理终端；3、无线传输模块；4、气流管道；41、安装管段；42、前置管段；43、后置管段。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的气体流量测量装置，包括用于测量超声波在管道内气体中的顺流传播时间和逆流传播时间的多个超声波探头和用于计算管道内气体的横截面平均流速的数据处理终端，其特征在于，所述数据处理终端采用如下公式计算管道内气体的横截面平均流速：其中，Q
v
为管道内气体的横截面平均流速；π为圆周率；D为管道直径；c为超声波在管道内气体中的传播速度；α为超声波探头安装倾角；K为流速修正系数，Kc为声速修正系数，c0为340m/s，为一个大气压，15℃空气介质下的声速；c(T,p)为相应温度场、压力场下的平均声速；Δt为超声波在管道内气体中的顺逆流传播时间差，Δt＝t
a
‑
t
b
，t
a
为管道内气体的逆流传播时间；t
b
为管道内气体的顺流传播时间。2.根据权利要求1所述的气体流量测量装置，其特征在于，通过如下公式计算管道内气体的测量平均流速：若c远大于v，则通过如下公式计算管道内气体的平均流速：3.根据权利要求1所述的气体流量测量装置，其特征在于，基于信号管内仿真模拟确定所述流速修正系数和所述声速修正系数。4.根据权利要求1所述的气体流量测量装置，其特征在于，所述气体流量测量装置包括两个所述超声波探头，每个所述超声波探头向另一个所述超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡琦琳，赖昶志，吴玺，舒悦，刘晓明，叶庆，庞昊强，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：