一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计技术

本发明专利技术公开了一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计，测量超声波的顺流和逆流传播时间，根据超声波在管段中的顺流和逆流传播时间的和值及差值计算管段中流体的流速，进而计算流体的流量；不需要检测流体的温度即可消除温度对流量测量的影响，提高了流量计的测量精度和稳定性。量精度和稳定性。量精度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计


[0001]本专利技术涉及一种超声波流量计，尤其是涉及一种使用于超声波流量计中的超声波流量测量方法及利用该方法的流量计。

技术介绍

[0002]超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪器。超声波流量计有时差法、波束偏移法、多普勒法等多种流量测量原理。时差法在超声式流量计量领域中应用广泛，其原理是通过测量超声波信号在流体中顺流传播时间t
d
和逆流传播时间t
u
之差来计算流体的流速，进而计算出流体的流量。具体地，如图1所示，流量计1具有管段2，管段2的上游和下游分别设置超声波换能器3a和3b，超声波换能器3a和超声波换能器3b互相发射和接收超声波，控制器4测量超声波沿顺流体流动方向在两个超声波换能器之间传播的顺流传播时间t
d
和沿逆流体流动方向在两个超声波换能器之间传播的顺流传播时间t
u
，超声波在顺流传播时传播速度被流体流速所加速，在逆流传播时传播速度被流体流速所减速，根据测得的顺逆流传播时间之差，可以计算出流体的流速。超声波流量计的管段2可以是直线形，超声波换能器3a和3b以斜置的方式设置于管段的壁面对侧；管段2也可以是如图1所示的折线形，将超声波换能器3a和3b分别设置于直线段管段的上下游两端，这样可以用管段完全遮蔽超声波换能器，避免管段中的流体与超声波换能器接触，避免二者相互腐蚀和污染；并且可以使超声波基本以直线路径在介质中传播，能够减少穿过介质界面时引起的能量损耗。
[0003]温度是影响时差法超声波流量计测量精度的一个重要因素。一方面，超声波在介质中传播的速度(声速)会随温度变化；另一方面，超声波管段会随温度的变化而热胀冷缩，从而改变了超声波传播的路程。在常规的时差法超声波流量计中，这两方面原因降低了流量测量的精度，一般的解决手段是设置温度传感器(例如公开号为CN103808381A的中国专利技术专利)，测量流体的温度，再根据实际工况的温度修正测量结果。但设置温度传感器势必增加了流量计的体积、功耗和成本，特别是有高测量精度或小安装空间要求的流量计更难以设置温度传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述技术问题，提供一种可以消除温度对测量精度影响的超声波流量测量方法以及使用该方法的流量计。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种超声波流量测量方法，包括以下步骤：
[0006]A1.测量超声波在成对的超声波换能器之间的顺流传播时间t
d
和逆流传播时间t
u
；
[0007]A2.计算顺逆流传播时间的和，记为顺逆流时间和at；计算顺逆流传播时间的差，记为顺逆流时间差dt；
[0008]A3.根据流速计算式v＝f(at,dt)计算流速，其中f(at,dt)是以顺逆流时间at和以
及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at,dt)在流量计的标定步骤中具体确定；
[0009]A4.根据流体流的横截面积和流速计算流体流的流量。
[0010]可选地，所述流量计的标定步骤具体包括以下步骤：
[0011]B1.向待标定的超声波流量计供给预设流量和预设温度的流体流，标定用的流体与超声波流量计适用的流体材料相同，预设的流量记为标测流速V
r
，预设的温度记为标测温度T
r
；
[0012]B2.读取超声波流量计测量输出的标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
；
[0013]B3.改变标测温度T
r
，反复执行B1
‑
B2步骤，获得相同标测流速V
r
下的多组标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
数据；
[0014]B4.改变标测流速V
r
，反复执行B1
‑
B3步骤，获得不同标测流速V
r
下的多组标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
数据；
[0015]B5.对标测流速V
r
、标测顺逆流时间和at
r
及标测顺逆流时间差dt
r
进行数据拟合，获得流速计算式f(at,dt)。
[0016]可选地，所述流速计算式具有形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，p1、p2、p3和p4是常数。
[0017]可选地，所述流速计算式具有可选地，所述流速计算式具有形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，q1～q6是常数。
[0018]可选地，所述流速计算式具有可选地，所述流速计算式具有形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，s1～s6是常数。
[0019]可选地，所述超声波流量测量方法用于具有塑料管段的超声波流量计中。
[0020]可选地，所述流速计算式f(at,dt)具有分段函数形式，对变量(at,dt)设置至少两个取值范围，每个取值范围分别对应采用一个流速计算式。
[0021]可选地，所述流速计算式f(at,dt)的变量(at,dt)的一个取值范围对应的流量范围完全落入全量程的取值最小的五分之一范围内。
[0022]可选地，对变量(at,dt)设置至少两个取值范围，其中两个取值范围分别记为第一变量范围和第二变量范围；在流量计的标定步骤中对变量(at,dt)设置第一拟合范围和第二拟合范围，第一拟合范围大于第一变量范围，第二拟合范围等于第二变量范围，第一变量范围与第二变量范围具有重叠范围。
[0023]本专利技术的另一专利技术目的在于提供一种超声波流量计，包括管段、超声波换能器和控制器；管段设置为三段式的折线形，管段的中间段为直线形，一对超声波换能器分别贴附设置于管段中间段轴向两端的壁面之外，可以互相发射和接收超声波；控制器包括驱动模块、运算模块和存储模块；驱动模块与超声波换能器连接，用于激发和控制超声波换能器和发射和接收超声波信号，运算模块与驱动模块连接，用于测量超声波在成对的超声波换能
器之间传播的顺流传播时间和逆流传播时间；运算模块还与存储模块连接，存储模块用于存储流量计的软件程序；存储模块存储的软件程序包括在流量计标定过程中确定的流速计算式，软件程序包含根据本申请提供的超声波流量测量方法所确定的处理步骤；运算模块从存储模块中读取软件程序，根据流速计算式，使用实际测量获得的顺流传播时间和逆流传播时间计算出通过超声波流量计的流体的流量。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术涉及一种流量测量方法及使用该方法的流量计，测量超声波的顺流和逆流传播时间，根据超声波在管段中的顺流和逆流传播时间的和值及差值计算管段中流体的流速，进而计算流体的流量；具有以下优点：
[0025](1)不需要检测流体的温度即可消除温度对流量测量的影本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声波流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：A1.测量超声波在成对的超声波换能器之间的顺流传播时间t
d
和逆流传播时间t
u
；A2.计算顺逆流传播时间的和，记为顺逆流时间和at；计算顺逆流传播时间的差，记为顺逆流时间差dt；A3.根据流速计算式v＝f(at，dt)计算流速，其中f(at，dt)是以顺逆流时间at和以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at，dt)在流量计的标定步骤中具体确定；A4.根据流体流的横截面积和流速计算流体流的流量。2.按照权利要求1所述的超声波流量测量方法，其特征在于，所述流量计的标定步骤具体包括以下步骤：B1.向待标定的超声波流量计供给预设流量和预设温度的流体流，标定用的流体与超声波流量计适用的流体材料相同，预设的流量记为标测流速V
r
，预设的温度记为标测温度T
r
；B2.读取超声波流量计测量输出的标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
；B3.改变标测温度T
r
，反复执行B1
‑
B2步骤，获得相同标测流速V
r
下的多组标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
数据；B4.改变标测流速V
r
，反复执行B1
‑
B3步骤，获得不同标测流速V
r
下的多组标测顺逆流时间和at
r
以及标测顺逆流时间差dt
r
数据；B5.对标测流速V
r
、标测顺逆流时间和at
r
及标测顺逆流时间差dt
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进行数据拟合，获得流速计算式f(at，dt)。3.按照权利要求1所述的超声波流量测量方法，其特征在于：所述流速计算式具有形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，p1、p2、p3和p4是常数。4.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠楠，刘泽远，徐安察，葛鹏，付婧媛，
申请(专利权)人：浙江启尔机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：