CN108613708A - 一种微型本安超声波气体流量测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型本安超声波气体流量测量仪，包括连通管，连通管上连接有外壳，连通管内相异的横截面上设置有第一超声波传感器和第二超声波传感器；连通管外外壳内设置有变送器电路板，第一超声波传感器和第二超声波传感器通过电缆分别与变送器电路板电连接；连通管内设置有缩流台。提高了气体低速或高速检测的精度，提高了可燃气体检测的安全性；通过精确的时间差测量，使时间的测量更加精确，从而得到更高的测量精度。

Description

一种微型本安超声波气体流量测量仪

技术领域

本发明涉及一种气体流量测量仪，特别是涉及一种微型本安超声波气体流量测量仪。

背景技术

随着城市和工业的发展，人们对煤气、天然气和工业燃气等的需求与日俱增，气体流量测量的测量技术越来越受到人们的重视。一款能更加准确、方便和稳定得测量各种气体的流量测量仪显得尤为重要。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种微型本安超声波气体流量测量仪，解决了挥发性油气回收时的气体计量回收，解决了可燃气体回收时测量的安全性问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种微型本安超声波气体流量测量仪，包括连通管，连通管上连接有外壳，连通管内相异的横截面上设置有第一超声波传感器和第二超声波传感器；连通管外外壳内设置有变送器电路板，第一超声波传感器和第二超声波传感器通过电缆分别与变送器电路板电连接；连通管内设置有缩流台。

进一步地，本发明公开了一种微型本安超声波气体流量测量仪的优选结构，所述连通管内设置第一超声波传感器和第二超声波传感器处的内径大于第一超声波传感器和第二超声波传感器的直径；缩流台包括前导流曲线、后导流曲线，前导流曲线形成第一超声波传感器到缩流台的引流通路，后导流曲线形成缩流台到第二超声波传感器的引流通路。

进一步地，所述前导流曲线和后导流曲线包括连接两不同管径的斜面，斜面的倾斜角度为43°-48°，斜面与不同管径的连接处为圆弧曲线，圆弧曲线的半径为2.5mm-3.5mm。

进一步地，所述变送器电路板包括处理器、时间数字转换器、信号检测切换电路、传感器收发控制电路、通信电路、电源电路，处理器与通信电路、电源电路、驱动电路、时间数字转换器、信号检测切换电路、传感器收发控制电路信号相连。

进一步地，所述变送器电路板包括次级信号调理电路，处理器与时间数字转换器信号相连，时间数字转换器与次级信号调理电路的输入端信号相连，次级信号调理电路的输入端与信号检测切换电路的信号输出端相连，信号检测切换电路的控制输入端与处理器信号相连。

进一步地，所述变送器电路板包括第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路，第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路分别与第一超声波传感器和第二超声波传感器一一对应相连；所述传感器收发控制电路通过电缆与第一超声波传感器和第二超声波传感器信号相连，传感器收发控制电路的控制输入端与处理器信号相连。

进一步地，所述通信电路包括脉冲通信接口电路、RS485通信接口电路；所述电源电路包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路与变送器电路板的负载电连接。

进一步地，所述变送器电路板包括温度检测电路，连通管内壁设置有温度传感器，温度传感器通过引线与温度检测电路信号相连，温度检测电路与处理器信号相连。

进一步地，所述外壳上连接有线缆管，变送器电路板通过电缆与外界相连通；所述连通管包括气体出口和气体入口，气体出口和气体入口的口径为008-025的接头。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1．通过设置本发明，提高了气体低速或高速检测的精度，提高了可燃气体检测的安全性；且无机械振动，***安全可靠。

2．通过精确的时间差测量，使时间的测量更加精确，从而得到更高的测量精度。

3．采用本安型设计，无需防爆软管，布线简单，安装维护成本低。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明电路结构框图；

图3是测量流道结构示意图；

图中标记：1是外壳，2是变送器电路板，3是连通管，4是气体出口，5是第二超声波传感器，6是第一超声波传感器，7是气体入口，8是线缆管，9是测量流量，10是缩流台，11是前导流曲线，12是后导流曲线。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图3所示，本发明包括连通管3，连通管3外设置有外壳1，连通管3外部外壳1内部设置有变送器电路板2，连通管3内的不同横截面处设置有第二超声波传感器5和第一超声波传感器6，第二超声波传感器5和第一超声波传感器6通过引线与变送器电路板2信号相连。连通管3采用铝合金或不锈钢制成，外壳1采用阻燃塑料或金属制成，用于提高其防爆性能。第二超声波传感器5和第一超声波传感器6均可以接收或发送超声波，并可将接收到的超声波转换成电信号并发送出去，或根据接受到的电信信号发射相应的超声波。

连通管3内设置有缩流台10，连通管3内设置第一超声波传感器6和第二超声波传感器5处的内径大于第一超声波传感器6和第二超声波传感器5的直径；缩流台10包括前导流曲线11、后导流曲线12，前导流曲线11形成第一超声波传感器6到缩流台10的引流通路，后导流曲线12形成缩流台10到第二超声波传感器5的引流通路。前导流曲线11和后导流曲线12包括连接两不同管径的斜面，斜面的倾斜角度为45°，斜面与不同管径的连接处为圆弧曲线，圆弧曲线的半径为3mm。这样，缩流台10内形成的测量通道的流速均匀，减少内壁和中心的流速差，提高测量精度，减小测量误差。

变送器电路板2包括处理器、时间数字转换器、信号检测切换电路、传感器收发控制电路、通信电路、电源电路，处理器与通信电路、电源电路、驱动电路、时间数字转换器、信号检测切换电路、传感器收发控制电路信号相连。变送器电路板2包括次级信号调理电路，处理器与时间数字转换器信号相连，时间数字转换器与次级信号调理电路的输入端信号相连，次级信号调理电路的输入端与信号检测切换电路的信号输出端相连，信号检测切换电路的控制输入端与处理器信号相连。变送器电路板2包括第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路，第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路分别与第一超声波传感器6和第二超声波传感器5一一对应相连；所述传感器收发控制电路通过引线与第一超声波传感器6和第二超声波传感器5信号相连，传感器收发控制电路的控制输入端与处理器信号相连。

具体使用时，将设备安装在气体的流通管道上，设备接通电源和接收器即可。

具体运行过程，处理器控制传感器收发控制电路，传感器收发控制电路控制第一超声波传感器6和第二超声波传感器5交替发送和接收超声波信号；第一超声波传感器6和第二超声波传感器5通过第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路对接收到的信号进行处理后发送给次级信号调理电路，次级信号调理电路处理后发送给时间数字转换器。当第一超声波传感器6发射第二超声波传感器5接收时，时间数字转换器自动将此次检测到的时间值传递给处理器，当第一超声波传感器6接收第二超声波传感器5发送时，自动将此次检测到的时间值传递给处理器。处理器计算出声波在介质中顺流的传播时间Ts，逆流的传播时间Tn。

工作时有以下两个状态：

1. 第一超声波传感器6处于发射状态，第二超声波传感器5处于接收状态，然后测量脉冲在被测介质中顺流的传播时间Ts。

2. 第二超声波传感器5处于发射状态，第一超声波传感器6处于接收状态，然后测量脉冲在被测介质中逆流的传播时间Tn。

由以下方法可计算出流速：

Ts=L/（ν0+ν*cosθ）；

Tn=L/（ν0-ν*cosθ）；

ΔT=（Tn-Ts）；

ΔT=Tn-Ts=L/(ν0-ν*cosθ)-L/(ν0+ν*cosθ)

=2*L*ν*cosθ/(ν0²-ν²*cosθ²)；

ν≈ ΔT*ν0² / 2*L*cosθ；

根据测量管的内径D计算流量Q：

Q =K* (πD² / 4) * ν；

Ts ---超声波顺流传播时间,单位为秒(s)；

Tn---超声波逆流传播时间,单位为秒(s)；

ΔT ---逆流时间Ts和顺流时间Tn差：Tn-Ts,单位为秒(s)；

L---超声波传输距离，单位为米(m)；

ν0 ---超声波在流体中的传播速度，单位为米每秒(m/s)；

ν ---被测介质的流动速度，单位为米每秒(m/s)；

θ ---被测介质的流动方向和超声波传播方向的夹角，单位为度(°)；

K---管道流量修正系数，进行误差修正；

Q---管道流量，单位为立方米每秒(m/s)；

D---管道内部直径，单位为米(m)；

到此，计算出流过管道的流量Q。

实施例1：

在以上实施方式的基础上，公开了一种微型本安超声波气体流量测量仪的优选实施方式。

所述通信电路包括脉冲通信接口电路、RS485通信接口电路；所述电源电路包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路与变送器电路板2的负载电连接。采用脉冲通信接口电路，能提高通信宽带和通信效率，进而提高采样率，提高测量精度。

所述变送器电路板2包括温度检测电路，温度检测电路与处理器信号相连。连通管3内壁设置有温度传感器，温度传感器通过引线与温度检测电路信号相连。通过设置温度检测电能，能检测出设第二超声波传感器5和第一超声波传感器6的工作温度，这样就能知道第二超声波传感器5和第一超声波传感器6的输出特性，并确定被检测气体的传递声音的特性，进而对结果进行修正，提高测量精度。所述温度检测电能包括温度检测传感器4，温度检测传感器4实现温度采集，提供给处理器进行温度修正。

实施例2：

在以实施例1的基础上，公开了一种微型本安超声波气体流量测量仪的优选实施方式。

外壳1上连接有线缆管8，变送器电路板2通过电缆与外界相连通；所述连通管3包括气体出口4和气体入口7，气体出口4和气体入口7均为气体出口4和气体入口7的口径为均为008-025的铝合金接头。本实施方式采用008口径的接头。气体出口4和气体入口7采用螺纹接头与管道相连。

变送器主板满足GB3836的防爆设计要求。外壳1的防护等级达到IP65级别。

实施例3：

如图3所示，缩流台10的前导流曲线11和后导流曲线12与连通管3的角度θ为45°，过渡连接处的圆弧半径为3mm。在流体力学的作用下，流过缩流台10的气流不会因为管壁粘滞性而产生流速差和湍流，整个横截面的气体流速均匀。这样，能最大化的保证测量通道气流的均匀性，保证测量的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：包括连通管（3），连通管（3）上连接有外壳（1），连通管（3）内相异的横截面上设置有第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）；连通管（3）外外壳（1）内设置有变送器电路板（2），第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）通过引线分别与变送器电路板（2）电连接；连通管（3）内设置有缩流台（10）。

2.如权利要求1所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述连通管（3）内设置第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）处的内径大于第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）的直径；缩流台（10）包括前导流曲线（11）、后导流曲线（12），前导流曲线（11）形成第一超声波传感器（6）到缩流台（10）的引流通路，后导流曲线（12）形成缩流台（10）到第二超声波传感器（5）的引流通路。

3.如权利要求2所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述前导流曲线（11）和后导流曲线（12）包括连接两不同管径的斜面，斜面的倾斜角度为43°-48°，斜面与不同管径的连接处为圆弧曲线，圆弧曲线的半径为2.5mm-3.5mm。

4.如权利要求1所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述变送器电路板（2）包括处理器、时间数字转换器、信号检测切换电路、传感器收发控制电路、通信电路、电源电路。

5.如权利要求4所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述变送器电路板（2）包括次级信号调理电路，时间数字转换器与次级信号调理电路的输入端信号相连，信号检测切换电路的信号输出端与次级信号调理电路的输入端相连，信号检测切换电路的控制输入端与处理器信号相连。

6.如权利要求5所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述变送器电路板（2）包括第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路，第一初级信号调理电路、第二初级信号调理电路分别与第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）一一对应相连；所述传感器收发控制电路通过电缆与第一超声波传感器（6）和第二超声波传感器（5）信号相连，传感器收发控制电路的控制输入端与处理器信号相连。

7.如权利要求4所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述通信电路包括脉冲通信接口电路、RS485通信接口电路；所述电源电路包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路与变送器电路板（2）的负载电连接。

8.如权利要求4所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述变送器电路板（2）包括温度检测电路，连通管（3）内壁设置有温度传感器，温度传感器通过引线与温度检测电路信号相连，温度检测电路与处理器信号相连。

9.如权利要求1所述的一种微型本安超声波气体流量测量仪，其特征在于：所述外壳（1）上连接有线缆管（8），变送器电路板（2）通过电缆与外界相连通；所述连通管（3）包括气体出口（4）和气体入口（7），气体出口（4）和气体入口（7）的口径均为008-025的接头。