專利名稱：一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于氣體流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
超聲波流量測(cè)量技術(shù)是一種利用超聲波信號(hào)在流體中傳播時(shí)流體的流速信息來(lái)測(cè)量流體流量的測(cè)量技術(shù)，它具有非接觸式測(cè)量、測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬 、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)。根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理，目前時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置大致可分為時(shí)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(shí)差法的流量檢測(cè)裝置。事實(shí)上，因?yàn)槌暡ㄐ盘?hào)在流體介質(zhì)中與靜態(tài)介質(zhì)相比，順流時(shí)超聲波信號(hào)的傳播速度增加，傳播時(shí)間減小，逆流時(shí)超聲波信號(hào)的傳播速度減小，傳播時(shí)間增加，從而使得順逆流方向超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間存在時(shí)間差。而時(shí)差法超聲波流量計(jì)就是根據(jù)流體介質(zhì)的流速與時(shí)間差存在線形關(guān)系原理進(jìn)行測(cè)量的，因此只要準(zhǔn)確測(cè)定順流時(shí)間和逆流時(shí)間，根據(jù)流體介質(zhì)的流速與順流時(shí)間和逆流時(shí)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(cè)氣體的流量。如在申請(qǐng)公布號(hào)為CN101886939A的中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)中公開了一種時(shí)差法超聲波流量計(jì)，該超聲波流量計(jì)包括測(cè)量管，在測(cè)量管的管段上沿測(cè)量管軸向、且呈對(duì)射結(jié)構(gòu)布置有兩個(gè)收發(fā)一體、且相互交替地對(duì)應(yīng)作為發(fā)射元件和接收原件的兩個(gè)超聲波換能器，記時(shí)間差為At，At = Vt1，其中t2為逆流時(shí)間，h為順流時(shí)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(hào)在超聲波換能器及電路中的時(shí)間延遲，^-^可以消除τ的影響，S為根據(jù)超聲波流量檢測(cè)裝置中超聲波換能器組的布局所測(cè)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(duì)于上述方程式(I)和(2)來(lái)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(jì)結(jié)構(gòu)一定的情況下就可以直接測(cè)量得到，只需要測(cè)量計(jì)算八〖和4即可，而At可以通St2I1測(cè)量計(jì)算得到，只有Cf需要補(bǔ)償計(jì)算才能得到。上述所引用的專利對(duì)比文件中所采用的超聲波流量檢測(cè)裝置的測(cè)量管上的超聲波換能器呈對(duì)射結(jié)構(gòu)布置，而在實(shí)際測(cè)量時(shí)，測(cè)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(jì)算順流時(shí)間及逆流時(shí)間時(shí)，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(cè)量得到。所以無(wú)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(cè)氣體組分、溫度、壓力等，在常見的環(huán)境因素中，溫度對(duì)超聲波速度的影響是最嚴(yán)重的，而壓力對(duì)超聲波速度也有比較重要的影響。所以必須進(jìn)行各種補(bǔ)償計(jì)算才能得出計(jì)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(duì)超聲波聲速的影響可按照公式Cair = 331. 45+0. 61t (t攝氏溫度)計(jì)算，而壓力對(duì)聲速的影響可根據(jù)公式V = ^/切/ p (v
是聲波在待測(cè)氣體中的速度，k是待測(cè)氣體絕熱系數(shù)，P是待測(cè)氣體壓強(qiáng)，P是待測(cè)氣體密度)來(lái)衡量。而待測(cè)氣體組分對(duì)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(guò)超聲波流量裝置自身還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定來(lái)解決而管道待測(cè)氣體組分是變化的，對(duì)超聲波流量裝置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)了很大的難度
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中需要針對(duì)各種環(huán)境因素進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算才能得出真實(shí)的超聲波在流體介質(zhì)中傳播速度而影響測(cè)量精度的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置采用如下技術(shù)方案一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，包括測(cè)量管，在測(cè)量管的管段上布置有用于測(cè)量超聲波在待測(cè)氣體中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間的超聲波換能器組，所述的測(cè)量管上固連有與測(cè)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(cè)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(cè)量超聲波傳播速度的超聲波換能器。所述的靜速管通過(guò)擴(kuò)散管與測(cè)量管相連通，所述擴(kuò)散管與所述的測(cè)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(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器中的其中一個(gè)為發(fā)射元件、另一個(gè)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(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)、且相互交替地對(duì)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(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型所提供的時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，在測(cè)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(cè)氣體自由擴(kuò)散的靜速管，在靜速管中布置有用于測(cè)量超聲波傳播速度的超聲波換能器，使用時(shí)，由布置在測(cè)量管上的超聲波換能器組測(cè)出超聲波順流傳播時(shí)的順流時(shí)間和逆流時(shí)間，并在靜速管中測(cè)量計(jì)算得到超聲波在靜速管的待測(cè)氣體中的傳播速度，然后將順流時(shí)間、逆流時(shí)間及超聲波傳播速度帶入相應(yīng)方程式中計(jì)算得到待測(cè)氣體的流速，進(jìn)而得到待測(cè)氣體流量。本實(shí)用新型所提供的檢測(cè)裝置中，在測(cè)量管上設(shè)有靜速管，測(cè)量時(shí)，測(cè)量管中的待測(cè)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(cè)量管中的環(huán)境因素一致，在靜速管中所測(cè)量計(jì)算得的超聲波傳播速度即為超聲波在測(cè)量管的氣體中的傳播速度，這樣通過(guò)在靜速管直接測(cè)量超聲波在待測(cè)氣體中的傳播速度來(lái)消除氣體組分、溫度、壓力等因素的影響，實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)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(bǔ)償計(jì)算。本實(shí)用新型所提供的檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳播速度的在線檢測(cè)，保證靜速管中的氣體和測(cè)量管中的待測(cè)氣體始終處于同一狀態(tài)下，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，便于應(yīng)用各種環(huán)境下的氣體流量的測(cè)量。

圖I是本實(shí)用新型所提供的時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)方法的實(shí)施例，該實(shí)施例中的檢測(cè)方法包括如下步驟①、在待測(cè)氣體流過(guò)測(cè)量管時(shí)，由布置在測(cè)量管的管段上的超聲波換能器組測(cè)量 出超聲波在管段中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間h及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間t2 ;待測(cè)氣體在流過(guò)測(cè)量管的布置有超聲波換能器組的管段時(shí)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(shí)際傳播時(shí)間，由聲程除以超聲波在靜速管中的實(shí)際傳播時(shí)間即可得到超聲波傳播速度Cf;②、將步驟一中所測(cè)得的t2、Cf代入下述方程中以求得待測(cè)流體在測(cè)量管中的流速V，進(jìn)而得到待測(cè)流體的流量，
權(quán)利要求1.一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，包括測(cè)量管，在測(cè)量管的管段上布置有用于測(cè)量超聲波在待測(cè)氣體中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間的超聲波換能器組，其特征在于，所述的測(cè)量管上固連有與測(cè)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(cè)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(cè)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(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的靜速管通過(guò)擴(kuò)散管與測(cè)量管相連通，所述擴(kuò)散管與所述的測(cè)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(shí)差法超聲波流量檢測(cè)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(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器中的其中一個(gè)為發(fā)射元件、另一個(gè)為接收元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)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(gè)，所述靜速管上的兩個(gè)超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)、且相互交替地對(duì)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(shí)差法超聲波流量檢測(cè)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(shí)用新型公開了一種時(shí)差法超聲波流量檢測(cè)裝置，在測(cè)量管的管段上布置有用于測(cè)量超聲波在待測(cè)氣體中順流傳播時(shí)的順流時(shí)間及逆流傳播時(shí)的逆流時(shí)間的超聲波換能器組，測(cè)量管上固連有與測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量管中的環(huán)境因素一致，靜速管中所測(cè)量計(jì)算得的超聲波傳播速度即為超聲波在測(cè)量管的氣體中的傳播速度，通過(guò)在靜速管直接測(cè)量超聲波在待測(cè)氣體中的傳播速度來(lái)消除氣體組分、溫度、壓力等因素的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波傳播速度的在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01F1/66GK202710117SQ201220425558
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:鄭州光力科技股份有限公司