CN106443059A - 一种流体速度测量方法及流体计量方法及流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及流体计量领域，特别涉及一种流体速度测量方法及流体计量方法及流量计。本发明提供的一种测量被测流体流速及流量的方法在测量过程中不会应用到超声波在被测流体中的传播速度，仅仅测量两个超声波换能器通过被测流体传播超声信号的时间即可，即本发明提供的方法，即使在不同的流体条件（如不同组分的天然气，不同温度等）下，均可不受超声波实际传播速度的影响获取实际的被测流体速度值或流量值，保证了计量的准确性。

Description

一种流体速度测量方法及流体计量方法及流量计
技术领域
本发明涉及流体计量领域，特别涉及一种流体速度测量方法及流体计量方法及流量计。
背景技术
超声波计量表由于其全电子结构、无机械传动器件的结构特点，运行时无机械噪音，不受机械磨损及故障的影响，不采用磁感元件，计量不易受磁场影响，相比机械表，在体积、精度、重复性以及寿命、维护上、智能化扩展方面都有着无可比拟的优势。
但是由于在不同的流体条件下，超声波的传播速度不同，而传统的超声波计量表计量方式由公式计算得出，如图1所示，式中，C为超声波在被侧流体中的传播速度，LL是超声波在流道中的单向传播距离，ΔT是超声波不同方向传输时间差；由此我们看到，该计算方式需用到超声波在被测流体中的传播速度，但是，一般的计量表在生产线上会采用特定组分的流体(如空气或特定组分燃气)进行测量校准，而在实际使用时测量被测流体又是与生产线上完全完全不同条件的被测流体(如不同温度、不同组分的天然气等)，从而导致测量校准定下的超声波速度错误，进而导致计量结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中超声波流体测量方式中需用到超声在被侧流体中传播速度，进而由于校准流体与实际被侧流体不同导致超声实际传播速度不同导致的测量误差的问题，提供一种不应用超声在被测流体中的传播速度即可得出被测流体流速的测量方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种流体速度测量方法，包含如下步骤：
让被测流体通过一管状流道；
第一超声波换能器通过被测流体向第二超声波换能器发送第一超声波信号并记录该第一超声波信号传递时间T1；
第二超声波换能器通过被测流体向第一超声波换能器发送第二超声波信号并记录该第二超声波信号的传递时间T2；
根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器中心到第二超声波换能器中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
本发明同时提供一种流体计量方法，包含如下步骤：
包含采用如上所述的流体速度测量方法测量被测流体流速V的步骤；
包含采用公式Q＝V×S计算被测流体流量的步骤，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道的截面面积。
本发明还提供一种超声波流量计，包括，
管状流道，用于通过被测流体；
第一超声波换能器、第二超声波换能器，所述第一超声波换能器、第二超声波换能器设置在所述管状流道两侧或同侧，用于互相发射、接收超声波信号，该超声波信号通过被测流体；
微处理器，与所述第一超声波换能器、第二超声波换能器连接，用于控制发送超声波的时间、频率，并接收第一超声波换能器、第二超声波换能器的感测信号，计算第一超声波换能器发送的第一超声波信号传递至第二超声波换能器的时间T1，以及第二超声波换能器发送的第二超声波信号传递至第一超声波换能器的时间T2，并根据T1、T2计算被测流体的流速V。
进一步的，所述微处理器根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器中心到第二超声波换能器中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
进一步的，所述微处理器还根据公式Q＝V×S计算被测流体流量，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道的截面面积。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的一种测量被测流体流速及流量的方法在测量过程中不会应用到超声波在被测流体中的传播速度，仅仅测量两个超声波换能器通过被测流体传播超声信号的时间即可，即本发明提供的方法，即使在不同的流体条件(如不同组分的天然气，不同温度等)下，均可不受超声波实际传播速度的影响获取实际的被测流体速度值或流量值，保证了计量的准确性。
附图说明：
图1为现有技术中测量示意图。
图2本发明具体实施例中被测流体流速测量原理图。
图3为本发明提供的超声波流量计结构框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：如图2所示，本实施例提供一种流体速度测量方法，包含如下步骤：
让被测流体通过一管状流道30；本实施例中，该管状流道30截面为矩形，该矩形截面的高为H，宽为D；而另外一些实施例中，该管状流道30的截面也可以为圆形、正方形、椭圆形等。
第一超声波换能器10通过被测流体向第二超声波换能器20发送第一超声波信号并记录该第一超声波信号传递时间T1；
第二超声波换能器20通过被测流体向第一超声波换能器10发送第二超声波信号并记录该第二超声波信号的传递时间T2；在超声波测量领域中，众所周知的，第一超声波信号应沿被测流体流动方向呈一定角度α传播，而第二超声波信号与第一超声波信号逆向传播，设θ＝90-α，0°＜θ＜90°。
根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器10中心到第二超声波换能器20中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
该公式的推理过程如下：
由于通常第一超声波换能器10与第二超声波换能器20的发射面为呈一定角度设置在管状流道30两侧或一侧，因此实际上，Lc包括第一超声波信号自第一超声波换能器10发射后在管状流道30外传播的第一路段、在管状流道30中被侧流体传播的第二路段、在管状流道30外传播的第三路段后才能到达第二超声波换能器20，通常，为了测量精度，第一路段与第二路段距离相等且长度均为M，在被侧流体中传播的第二路段长度为LL，即Lc＝2M+LL,l是第二路段在流道壁上的投影长度，即l＝LL cosθ；设，第一超声波信号在第二路段中的传播时间为t1，第二超声波信号在第二路段中的传播时间为t2，那么就有：
其中，C是超声波在被测流体中的传播速度；又有，
从(3)和(4)中可得出
由于C＞＞V(超声波的传播速度C通常在400m/s左右，而流体的流速通常在4～9m/s)，LL＞2M(超声波在流道中被侧流体传播的距离一般在60～80mm，M的长度一般在8～15mm)，因此(CLL+2MC)2＞＞(2MVcosθ)2，这样，我们把公式(5)简化为：
从而得出被测流体流速
虽然T1、T2的实际测量值会受到超声波在不同流体条件(温度、压力、组分)下传播速度的影响，但由公式(7)可以看出，最终的V的测量值却不受该传播速度的影响，由此保证了采用本方面测量流体速度不受流体条件、流体组分的影响，进而提高了测量方法的适应性。
实施例2：本实施例提供一种流体计量方法，包含如下步骤：
包含采用如实施例1所述的流体速度测量方法测量被测流体流速V的步骤；
包含采用公式Q＝V×S计算被测流体流量的步骤，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道30的截面面积。由于实施例中，流体管道截面为高为H，宽为D的矩形，因此被测流体流量
实施例3：如图3所示，本实施例提供一种超声波流量计，包括，
管状流道30，用于通过被测流体；被测流体如可以是水、油、天然气；当被测流体为天然气时，本实施例提供的流量计为燃气流量计
第一超声波换能器10、第二超声波换能器20，所述第一超声波换能器10、第二超声波换能器20设置在所述管状流道30两侧或同侧，用于互相发射、接收超声波信号，该超声波信号通过被测流体；
微处理器40，与所述第一超声波换能器10、第二超声波换能器20连接，用于控制发送超声波的时间、频率，并接收第一超声波换能器10、第二超声波换能器20的感测信号，计算第一超声波换能器10发送的第一超声波信号传递至第二超声波换能器20的时间T1，以及第二超声波换能器20发送的第二超声波信号传递至第一超声波换能器10的时间T2，并根据T1、T2计算被测流体的流速V。
所述微处理器40根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器10中心到第二超声波换能器20中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
所述微处理器40还根据公式Q＝V×S计算被测流体流量，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道30的截面面积。

Claims (5)

1.一种流体速度测量方法，其特征在于，包含如下步骤：
让被测流体通过一管状流道；
第一超声波换能器通过被测流体向第二超声波换能器发送第一超声波信号并记录该第一超声波信号传递时间T1；
第二超声波换能器通过被测流体向第一超声波换能器发送第二超声波信号并记录该第二超声波信号的传递时间T2；
根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器中心到第二超声波换能器中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
2.一种流体计量方法，其特征在于，包含如下步骤：
包含采用如权利要求1所述的流体速度测量方法测量被测流体流速V的步骤；包含采用公式Q＝V×S计算被测流体流量的步骤，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道的截面面积。
3.一种超声波流量计，其特征在于，包括，
管状流道，用于通过被测流体；
第一超声波换能器、第二超声波换能器，所述第一超声波换能器、第二超声波换能器设置在所述管状流道两侧或同侧，用于互相发射、接收超声波信号，该超声波信号通过被测流体；
微处理器，与所述第一超声波换能器、第二超声波换能器连接，用于控制发送超声波的时间、频率，并接收第一超声波换能器、第二超声波换能器的感测信号，计算第一超声波换能器发送的第一超声波信号传递至第二超声波换能器的时间T1，以及第二超声波换能器发送的第二超声波信号传递至第一超声波换能器的时间T2，并根据T1、T2计算被测流体的流速V。
4.如权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于，所述微处理器根据公式计算被测流体流速，其中，Lc是超声波信号自第一超声波换能器中心到第二超声波换能器中心传播的距离；l是超声波在流道中传递路线在流道壁上的投影长度。
5.如权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于，所述微处理器还根据公式Q＝V×S计算被测流体流量，其中，Q表征被测流体流量，S是管状流道的截面面积。
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