CN109579925A - 一种内置式的多声道超声波流量计量模块 - Google Patents

一种内置式的多声道超声波流量计量模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内置式的多声道超声波流量计量模块，包括气体流道、计量模块和运算模块，所述气体流道为球形腔体，该球形腔体上成对设置多个超声波探头；所述球形腔体的前端开设开口，在所述开口处填充设置蜂窝状整流器；在所述开口外部还设置有导流半球罩；当气体流经导流半球罩和蜂窝状整流器而进入到所述球形腔体内时，由所述计量模块测量成对的超声波探头声波之间的传输时间；所述运算模块根据所述计量模块测得的声波传输时间确定气体流量。本发明通过所述导流半球罩将进来前的扰动的气体流态进行整流；再利用蜂窝状整流器将进入的紊流流场和过渡流场整流成稳流流场，从而保证了后续超声波信号的对于流量的准确测量。

Description

一种内置式的多声道超声波流量计量模块
技术领域
本发明涉及一种计量模块，尤其涉及一种内置式的多声道超声波流量计量模块。
背景技术
现有技术中的超声波流量计，采用的是在管道通径内水平安装三对超声波探头，超声波探头进行水平对射和接受方式。
使用这种方式，测量的流场不能达到全流场覆盖。气体在管道中的流态为非稳定流态，从而使超声波流量计的准确性降低。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种内置式的多声道超声波流量计量模块。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块，包括气体流道、计量模块和运算模块，所述气体流道为球形腔体，该球形腔体上成对设置多个超声波探头；
所述球形腔体的前端开设开口，在所述开口处填充设置蜂窝状整流器；
在所述开口外部还设置有导流半球罩；
当气体流经导流半球罩和蜂窝状整流器而进入到所述球形腔体内时，由所述计量模块测量成对的超声波探头声波之间的传输时间；所述运算模块根据所述计量模块测得的声波传输时间确定气体流量。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中，所述导流半球罩固定安装于所述球形腔体上，且该导流半球罩的中心正对所述开口的中心。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中，所述蜂窝状整流器包括多个平行设置的整流管，多个所述的整流管填满所述开口。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中，还包括用于束紧整流管的卡簧，所述卡簧卡设于所述开口处。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中，所述球形腔体上开设多个探头安装孔；
所述超声波探头装入所述探头安装孔内，并以压紧螺母固定。
本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中，所述球形腔体的后端设置安装开口；
所述安装开口处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
本发明中，通过所述导流半球罩将进来前的扰动的气体流态进行整流；再利用蜂窝状整流器将进入的紊流流场和过渡流场整流成稳流流场，从而保证了后续超声波信号的对于流量的准确测量。而且，多对超声波探头交错设置的方式，应用了流场超生层析成像原理，使得超声波流量计量模块能够测量的面更加完整，从而使超声波的测量精度更高，更可靠。
附图说明
图1为本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块的结构示意图；
图2为本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块的剖视示意图；
图3为本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中的声道网络示意图；
图4为本发明所述内置式的多声道超声波流量计量模块中的声道平均流速计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、图2所示，本发明所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，包括气体流道4、计量模块(图中未示)和运算模块(图中未示)。其中，所述计量模块和运算模块可采用现有技术中的结构，即所述计量模块负责测量两个超声波探头声波之间的传输时间，所述运算模块根据所述计量模块测得的声波传输时间确定气体流量。
本发明中，所述气体流道4为球形腔体，该球形腔体上成对设置多个超声波探头5(如图1中的超声波探头511和超声波探头512为匹配的一对，超声波探头611和超声波探头612为匹配的一对，各对超声波探头彼此相对，以实现由一端的超声波探头发出信号，能够射到另一端的超声波探头，并由该另一端的超声波探头接收信号)；且各对超声波探头呈彼此交错设置，例如，超声波探头511与超声波探头611一个位于球形腔体的前半段、一个位于球形腔体的后半段，同时，超声波探头511与超声波探头611一个指向后斜上方，一个指向前斜上方。
所述球形腔体的前端开设开口41，在所述开口41处填充设置蜂窝状整流器3(该蜂窝状整流器3具体包括多个平行设置的整流管31，且这些整流管31填满所述开口)。在所述开口41外部还设置有导流半球罩1。
当气体流经导流半球罩1和蜂窝状整流器3而进入到所述球形腔体内时，由所述计量模块测量成对的超声波探头声波之间的传输时间；所述运算模块根据所述计量模块测得的声波传输时间确定气体流量。
本发明中，通过所述导流半球罩1将进来前的扰动的气体流态进行整流；再利用蜂窝状整流器3将进入的紊流流场和过渡流场整流成稳流流场，从而保证了后续超声波信号的对于流量的准确测量。而且，多对超声波探头交错设置的方式，应用了流场超生层析成像原理，使得超声波流量计量装置能够测量的面更加完整，从而使超声波的测量精度更高，更可靠。
本实施例中提到的流场超生层析成像原理，是首先利用时差式原理测量得到多条声道上的平均流速，然后以平均流速与声道在管道横截面投影长度的乘积作为投影数据，对流场图像实现层析重建。
流场超声层析成像的基础是时差式超声流速测量和计算机层析成像。对应于图1，是在球形腔体的前半段和后半段的两个横截面上各布置多个超声波探头，每个超声波探头均可以向位于另一截面上的所有超声波探头发射超声脉冲，脉冲传播路径在管道横截面上的投影为交错的声道网络(即如图3所示)。
图4中，v(x，y)为轴向流场在球形腔体横截面上的二维分布，A，B分别为球形腔体前半段和后半段的两个超声波探头，二者之间传播路径上的平均流速vL＝1/L∫Lv(x，y)dl可由超声脉冲逆流、顺流的传播时间t1，t2计算得到，如式(1)所示：
式中：α为传播路径与管道轴线的夹角；L为传播路径的长度。根据C T原理可知，物体断面的二维图像f(x，y)可由其在不同方向和位置的投影数据重建得到。其中，投影数据定义为二维图像f(x，y)沿指定射线的积分，即如式(2)所示：
将轴向流场v(x，y)视作二维图像f(x，y)的特例。对比投影数据ps和平均流速vL的定义可知，轴向流场在某一声道上的投影数据等于平均流速vL与声道在球形腔体横截面投影长度的乘积。进而，可利用CT图像重建算法，根据不同角度和位置的声道上的投影数据计算出轴向流场v(x，y)。
具体而言，所述导流半球罩1固定安装于所述球形腔体上，且该导流半球罩1的中心正对所述开口41的中心。进一步的，还包括用于束紧整流管31的卡簧2，所述卡簧2卡设于所述开口41处。需要说明的是，整流管31的数量应与开口41的直径大小相匹配，即整流管31的数量能够足以填满开口41，以令进入的气体全部通过整流管31而被整流为稳流流场。
本发明中，在所述球形腔体上开设多个探头安装孔42；所述超声波探头5装入所述探头安装孔42内，并以压紧螺母7固定。
本发明所述的内置式的多声道超声波流量计量模块中，所述球形腔体的后端设置安装开口43；所述安装开口43处设置有密封槽(图中未示)，所述密封槽内设置有密封圈6。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种内置式的多声道超声波流量计量模块，包括气体流道、计量模块和运算模块，其特征在于，所述气体流道为球形腔体，该球形腔体上成对设置多个超声波探头；
所述球形腔体的前端开设开口，在所述开口处填充设置蜂窝状整流器；
在所述开口外部还设置有导流半球罩；
当气体流经导流半球罩和蜂窝状整流器而进入到所述球形腔体内时，由所述计量模块测量成对的超声波探头声波之间的传输时间；所述运算模块根据所述计量模块测得的声波传输时间确定气体流量。
2.如权利要求1所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，其特征在于，所述导流半球罩固定安装于所述球形腔体上，且该导流半球罩的中心正对所述开口的中心。
3.如权利要求1所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，其特征在于，所述蜂窝状整流器包括多个平行设置的整流管，多个所述的整流管填满所述开口。
4.如权利要求3所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，其特征在于，还包括用于束紧整流管的卡簧，所述卡簧卡设于所述开口处。
5.如权利要求1所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，其特征在于，所述球形腔体上开设多个探头安装孔；
所述超声波探头装入所述探头安装孔内，并以压紧螺母固定。
6.如权利要求1所述的内置式的多声道超声波流量计量模块，其特征在于，所述球形腔体的后端设置安装开口；
所述安装开口处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
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