CN116754029B - 一种管道流量测量方法及热量表积分仪*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管道流量测量方法及热量表积分仪***，涉及热量计量技术领域。本发明包括获取每对辅助超声换能器的连接线的中点至测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对辅助超声换能器的径心距离；通过核心超声测算单元实时解算出核心测算速度；通过辅助超声测算单元实时解算出辅助测算速度；通过核心测算速度、辅助测算速度以及每对辅助超声换能器的径心距离计算出测试管道内腔体径向各处的流速；根据测试管道内腔体径向各处的流速以及测试管道的内腔体直径计算得到测试管道内平均流量。本发明得到管道内液体更为精确的流量数值，从而实现对管道热量的精确测量。

Description

一种管道流量测量方法及热量表积分仪***

技术领域

本发明属于热量计量技术领域，特别是涉及一种管道流量测量方法及热量表积分仪***。

背景技术

在各种工业和民用应用中，准确地测量管道中的流体流量是非常重要的。不仅如此，对于供暖、供冷或其他能源传输***，热量表也是必不可少的，它可以测量和记录在一段时间内传输的热能总量。

传统的超声波流速测量方式依靠声波在流体中的传播速度与流体流速的相对关系，结合时差或相位差进行计算，总而得到管道内液体的流速。但是此种方式忽略了管壁的粘性效应，这导致管道内的液体并不是均匀流动的，直接将超声波测速解算出来的速度用于计算管道内的流量会导致***性的偏差。

在公开号为CN110132367A的专利中公开了一种超声波热量表积分仪***，包括单片机、计时模块、授时模块、超声换能器、温度传感器以及超声信号调理模块，所述授时模块分别与单片机、计时模块连接，所述计时模块与单片机连接，所述温度传感器与计时模块连接，所述超声换能器包括超声换能器Ⅰ和超声换能器Ⅱ，所述超声换能器Ⅰ和超声换能器Ⅱ的一端连接到计时模块，另一端连接到超声信号调理模块，所述超声信号调理模块与计时模块连接。该方案未能测算出管道内的流速差异，会连带导致测算出的热量数据出现***性偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管道流量测量方法及热量表积分仪***，通过对管道内不同位置的轴向流速进行测算，得到管道内液体更为精确的流量数值，从而实现对管道热量的精确测量。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种管道流量测量方法，包括，

获取管道中内腔体为均匀圆柱体的部分作为测试管道；

获取所述测试管道的内腔体的中心轴线；

在所述测试管道设置核心超声测算单元，所述核心超声测算单元内成对设置的核心超声换能器的连接线与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

在所述测试管道设置辅助超声测算单元，所述辅助超声测算单元内成对设置的辅助超声换能器的连接线不与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

获取每对所述辅助超声换能器的连接线的中点至所述测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对所述辅助超声换能器的径心距离；

通过所述核心超声测算单元实时解算出核心测算速度；

通过所述辅助超声测算单元实时解算出辅助测算速度；

通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速；

根据所述测试管道内腔体径向各处的流速以及所述测试管道的内腔体直径计算得到所述测试管道内平均流量。

本发明还公开了一种热量表积分仪***，包括，

核心超声测算单元，设置于测试管道，所述核心超声测算单元内成对设置的核心超声换能器的连接线与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

辅助超声测算单元，设置于测试管道，所述辅助超声测算单元内成对设置的辅助超声换能器的连接线不与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

超声解算单元，用于通过所述核心超声测算单元实时解算出核心测算速度；

通过所述辅助超声测算单元实时解算出辅助测算速度；

流速校准单元，用于获取所述测试管道的内腔体的中心轴线；

获取每对所述辅助超声换能器的连接线的中点至所述测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对所述辅助超声换能器的径心距离；

通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速；

根据所述测试管道内腔体径向各处的流速以及所述测试管道的内腔体直径计算得到所述测试管道内平均流量；

温度测量单元，用于实时获取所述测试管道内流体的温度；以及，

热量计量单元，用于根据所述测试管道内平均流量以及流体的温度计算得到管道输送的热量。

本发明利用测量管道内不同位置的轴向流速，以获得更精确的管道内液体流量数值，从而实现对管道内热量的准确测量。在管道测试中通过测量每对辅助超声换能器连接线的中点与管道内腔体中心轴线之间的距离，可以获得每对辅助超声换能器的径向距离。核心超声测量单元可实时计算核心流速，而辅助超声测量单元则实时计算辅助流速。结合核心流速、辅助流速以及每对辅助超声换能器的径向距离，可以计算出管道内不同位置的径向流速。最终实现对管道流量整体平均流量，同时结合温度测量单元实现对管道热量的准确检测。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述一种热量表积分仪***于一实施例的示意图；

图2为本发明所述一种管道流量测量方法于一实施例的步骤流程示意图；

图3为本发明所述步骤S8于一实施例的步骤流程示意图；

图4为本发明所述步骤S82于一实施例的步骤流程示意图；

图5为本发明测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点于一实施例的示意图；

图6为本发明所述步骤S83于一实施例的步骤流程示意图；

图7为本发明所述步骤S84于一实施例的步骤流程示意图；

图8为本发明所述步骤S9于一实施例的步骤流程示意图；

图9为本发明将测试管道的横截面划分为多个同心环于一实施例的示意图；

图10为本发明校正测试管道内平均流量步骤于一实施例的步骤流程示意图；

图11为本发明所述步骤S109于一实施例的步骤流程示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-核心超声测算单元，2-辅助超声测算单元，3-超声解算单元，4-流速校准单元，5-温度测量单元，6-热量计量单元，7-辅助测温单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在管道输送流体的过程中，在管壁附近，由于管壁的粘性效应，液体流速非常缓慢，接近于零，这是一个粘性下垫层。随着离管心距离的增加，流速快速增加，在一个较小的径向距离内达到最大值。这就使得管道内流体的流速是不均一的，如果考虑到此问题直接计算管道流量则会导致出现偏差，更是会对后续的热量计算造成不利影响。有鉴于此，本发明提供以下方案。

请参阅图1至2所示，本发明提供了一种热量表积分仪***。总体而言核心超声测算单元1和辅助超声测算单元2直接检测管道内流体流速，之后通过超声解算单元3解算出核心测算速度和辅助测算速度。最后通过流速校准单元4计算得到管道内平均流量，再通过热量计量单元6计算管道输送的热量。

具体而言，首先可以执行步骤S1、3和4，也就是将核心超声测算单元1设置于测试管道，核心超声测算单元1内成对设置的核心超声换能器的连接线与测试管道的内腔体的中心轴线相交。辅助超声测算单元2也设置于测试管道，辅助超声测算单元2内成对设置的辅助超声换能器的连接线不与测试管道的内腔体的中心轴线相交。在***运行的过程中由超声解算单元3，用于通过核心超声测算单元1执行步骤S6至步骤S7实时解算出核心测算速度和辅助测算速度。之后由流速校准单元4执行步骤S2获取测试管道的内腔体的中心轴线。接下来可以执行步骤S5获取每对辅助超声换能器的连接线的中点至测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对辅助超声换能器的径心距离。接下来可以执行步骤S8通过核心测算速度、辅助测算速度以及每对辅助超声换能器的径心距离计算出测试管道内腔体径向各处的流速。接下来可以执行步骤S9根据测试管道内腔体径向各处的流速以及测试管道的内腔体直径计算得到测试管道内平均流量。并且由温度测量单元5实时获取测试管道内流体的温度，最后由热量计量单元6根据测试管道内平均流量以及流体的温度计算得到管道输送的热量，也就是经过管道传输的热量。

以上功能单元在运行的过程中，核心超声测量单元实时计算核心流速，辅助超声测量单元实时计算辅助流速。结合核心流速、辅助流速和每对辅助换能器径向距离，计算不同位置的径向流速。最终结合温度测量单元，准确计算管道整体平均流量，同时实现对管道热量的准确检测。

请参阅图3所示，由于管道内壁的粘滞作用，越靠近管道内壁的流体相对流速越慢，这体现在测试管道的内腔体的横截面直径上就是越靠近两端则流速越慢，为了对测试管道内腔体径向各处的流速之间的相互数值关系进行定量描述，上述的步骤S8在具体实施的过程中首先可以执行步骤S81根据核心测算速度得到测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点的流速的算术平均值。接下来可以执行步骤S82根据辅助测算速度以及每对辅助超声换能器的径心距离得到测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值。接下来可以执行步骤S83根据测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值解算得到测试管道内流体流速分布特征以及最大流速。最后可以执行步骤S84根据测试管道内流体流速分布特征以及最大流速得到测试管道的内腔体的横截面任一点的流速作为测试管道内腔体径向各处的流速。

在对核心测算速度和辅助测算速度进行计算处理之前，需要先结合核心超声测算单元1和辅助超声测算单元2的位置来对核心测算速度和辅助测算速度的物理内涵进行分析。由于安装位置的不同，这就使得核心超声测算单元1和辅助超声测算单元2在工作过程中，声波传递路线与测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分不同，也就其直接测量的流体深度不同，核心超声测算单元1直接测算的整个横截面直径的平均流速，辅助超声测算单元2只是直接测算横截面直径端部的平均流速。

有鉴于此，请参阅图4和5所示，为了得到测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值，上述的步骤S82在具体的实施过程中首先可以执行步骤S821根据辅助超声换能器的径心距离得到对应辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离。接下来可以执行步骤S822根据辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离得到辅助超声换能器的声波传递过程中与测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分。接下来可以执行步骤S823获取辅助超声换能器的声波传递过程中与测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分的位置点作为辅助超声换能器在测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点。最后可以执行步骤S824将辅助超声换能器对应的辅助测算速度作为辅助超声换能器在测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点的流速的算术平均值。

为了对上述的步骤S821至步骤S824的实施过程进行补充说明，提供部分功能模块的源代码，并在注释部分进行对照解释说明。

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

// 辅助测算单元

class AuxiliaryUnit {

public:

double auxiliaryVelocity; // 辅助测速

double radius; // 径向距离

};

// 计算辅助测速的平均流速

double calculateAuxiliaryAvgVelocity(AuxiliaryUnit auxiliary) {

// 1. 根据径向距离计算声束与管心的最小距离

double minDistance = auxiliary.radius;

// 2. 根据最小距离计算声束与管道直径的重叠部分

double overlap;

if (minDistance <= diameter/2) {

overlap = diameter - 2*minDistance;

} else {

overlap = 0;

}

// 3. 重叠部分为声束的传播位置

vector<double> positions;

// 根据overlap计算位置点

// 4. 辅助测速为这些点的平均流速

double avgVelocity = auxiliary.auxiliaryVelocity;

return avgVelocity;

}

但是由于流动的液体或气体的状态极为复杂，无法通过牛顿经典力学进行测算，只能对其进行模型描述。管道内不同截面的平均流速保持不变，但流速剖面分布会根据管道内流动状态（层流、湍流等）有所差异。流速剖面分布符合流体运动学理论，通过理论计算和实验测量获得流速分布规律，可以分析管道内流动特性，计算流量等参数。总之，管道内液体流速分布并不均匀，与径向距离有明确的对应关系，围绕着一个最大速度变化。这些规律对管道流体力学分析非常重要。

具体而言，请参阅图6所示，可以用对数分布来描述管道内部液体流速的径向分布规律，例如：v(r) = Vmax exp[-α(r/R)2]，其中，v(r)是径向距离r处的局部流速，Vmax是最大流速，R是管道半径，α是常数，表示流速分布的锐钝程度。

流速分布的锐钝程度是指流速剖面分布曲线的陡缓程度，表示流速在管道半径方向变化的快慢，当流速分布锐利时，流速剖面分布曲线陡峭，流速在很小的径向距离内发生较大变化，当流速分布钝化时，流速剖面分布曲线较为平缓，流速的径向变化较为缓慢。影响流速分布锐钝程度的主要因素有管道规格和粗糙度和流体本身的性质。由上述数学模型内容可知，常数α，也就是本方案中的流速分布的锐钝程度是重点解算的对象，最大流速也需要进行解算。

为了实现上述的解算目标，请参阅图5所示，步骤S83在具体实施的过程中首先可以执行步骤S831将测试管道的内径作为已知量，将测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速作为未知量，建立测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系。接下来可以执行步骤S832根据测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系获取测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系。接下来可以执行步骤S833根据测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系得到测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系。最后可以执行步骤S834根据测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系解算得到测试管道内流体流速分布特征以及最大流速，其中流体流速分布特征包括流速分布的锐钝程度。

请参阅图7所示，在计算得到数学模型v(r) = Vmax exp[-α(r/R)2]中的α（即测试管道内流体流速分布特征）和Vmax（即测试管道内最大流速）之后即可以据此解算出测试管道内腔体径向各处的流速。具体而言，上述的步骤S84在具体实施的过程中首先可以执行步骤S841根据测试管道的内径、测试管道内流速分布的锐钝程度以及最大流速得到测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系。最后可以执行步骤S842根据测试管道的内腔体的横截面任一点至中心轴线的距离，代入测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系得到测试管道内腔体径向各处的流速。

请参阅图8所示，为了计算管道的平均流量，上述的步骤S9在具体实施的过程中首先可以执行步骤S91将测试管道的横截面划分为多个同心环，接下来可以执行步骤S92获取每个同心环的面积。接下来可以执行步骤S93根据测试管道内腔体径向各处的流速得到每个同心环的液体流速。最后可以执行步骤S94根据每个同心环的面积和对应的液体流速计算得到测试管道内平均流量。

为了对上述的步骤S91至步骤S94的实施过程进行补充说明，提供部分功能模块的源代码，并在注释部分进行对照解释说明。为了保护申请人的商业秘密，对不影响方案实施的部分数据进行脱敏处理。

#include <iostream>

#include <cmath>

// 计算同心环的面积

double calculateArea(double r) {

return M_PI * pow(r, 2);

}

// 计算同心环的液体流速

double calculateFlowVelocity(double v_r) {

return v_r;

}

int main() {

// 初始化参数

int numRings = 5; // 同心环的数量

double totalFlowRate = 0; // 总流量

// 循环遍历每个同心环

for (int i = 1; i <= numRings; ++i) {

// 步骤S92：获取同心环的面积

double radius = i; // 同心环的半径

double area = calculateArea(radius);

// 步骤S93：获取同心环的液体流速

double v_r = 2.5 + 0.5 * i;

double flowVelocity = calculateFlowVelocity(v_r);

// 计算同心环的流量并累加到总流量

double ringFlowRate = flowVelocity * area;

totalFlowRate += ringFlowRate;

std::cout << "同心环" << i << "的流量：" << ringFlowRate <<std::endl;

}

std::cout << "测试管道的平均流量：" << totalFlowRate / numRings <<std::endl;

return 0;

}

这段代码实现了根据给定的同心环数量和径向流速分布，在测试管道中计算每个同心环的流量，并最终计算平均流量。calculateArea函数计算了同心环的面积，calculateFlowVelocity函数简单地返回径向流速。

当然以上方式只是一种加快计算速度的方式，如果想得到更为精确的平均流量结果，可以使用微积分的方式进行积分运算。

请参阅图10在本方案的其它实施例中，为了实现对管道内平均流速的校准，本***还可以包括辅助测温单元7.辅助测温单元7与温度测量单元保持轴向距离，直接功能在于实时获取测试管道内的温度。在进行校准的过程中，首先可以执行步骤S101利用温度测量单元5和辅助测温单元7分别获取起点温度和终点温度。接下来可以执行步骤S102获取起点温度和终点温度的测定位置点的轴向距离作为测温间隔距离。接下来可以执行步骤S103根据实时获取的起点温度得到起点温度关于获取时间的映射关系。接下来可以执行步骤S104根据实时获取的重点温度得到终点温度关于获取时间的映射关系。接下来可以执行步骤S105根据起点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体起点温变特征及对应的起点特征时刻。流体起点温变特征和流体终点温变特征包括温度开始突变或温度突变结束。接下来可以执行步骤S106根据终点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体终点温变特征及对应的终点特征时刻。接下来可以执行步骤S107比对得到相同的流体起点温变特征和流体终点温变特征，并获取对应起点特征时刻和终点特征时刻的时间差作为温变时间差。接下来可以执行步骤S108根据测温间隔距离和温变时间差的比值得到测试管道内温变传播速度。最后可以执行步骤S109根据测试管道内温变传播速度对测试管道内平均流量进行校正。

为了对上述步骤的实施过程进行补充说明，提供部分功能模块的源代码，并在注释部分进行对照解释说明。

#include <iostream>

#include <vector>

#include <map>

using namespace std;

// 测量管道内温变传播速度

double measurePropagationSpeed(vector<double> inletTemps, vector<double> outletTemps, double length) {

// 1. 构建入口温度时序映射

map<double, double> inletMap;

for(int i=0; i<inletTemps.size(); i++) {

inletMap[i] = inletTemps[i];

}

// 2. 构建出口温度时序映射

map<double, double> outletMap;

for(int i=0; i<outletTemps.size(); i++) {

outletMap[i] = outletTemps[i];

}

// 3. 在两个映射中找到相同温度特征点

double inletFeatureTime;

double outletFeatureTime;

// 找到温度特征点的时间

// 4. 计算时间差

double deltaT = outletFeatureTime - inletFeatureTime;

// 5. 计算传播速度

double speed = length / deltaT;

return speed;

}

// 对流量进行温度传播校正

double correctFlowRate(double originalRate, double propagationSpeed){

// 进行流量校正

double correctedRate = ...;

return correctedRate;

}

为了避免由于步骤S101至S108计算得到速度不准确导致校准后的速度精度降低，上述的步骤S109在具体实施的过程中首先可以执行步骤S1091获取核心超声测算单元和辅助超声测算单元的测量准确率作为超声准确率。接下来可以执行步骤S1092获取起点特征时刻的测量窗口时间，接下来可以执行步骤S1093获取终点特征时刻的测量窗口时间。接下来可以执行步骤S1094根据起点特征时刻的测量窗口时间和终点特征时刻的测量窗口时间得到时间测量误差。接下来可以执行步骤S1095根据时间测量误差和温变时间差的得到温变传播速度的准确率。接下来可以执行步骤S1096比对判断超声准确率和温变传播速度的准确率中较大值对应的速度作为校正后的测试管道内腔体径向各处的流速。最后可以执行步骤S1097根据校正后的测试管道内腔体径向各处的流速对测试管道内平均流量进行校正。

为了对上述步骤的实施过程进行补充说明，提供部分功能模块的源代码，并在注释部分进行对照解释说明。为了保护申请人的商业秘密，对不影响方案实施的部分数据进行脱敏处理。

#include <iostream>

using namespace std;

// 超声测量单元准确率

double ultrasoundAccuracy = 0.95;

// 测量温变特征时刻窗口

double inletWindow = 0.1;

double outletWindow = 0.1;

// 温变传播时间

double deltaTime = 1.0;

// 校正流量

void correctFlowRate(double originalRate, double temperatureVelocity){

// 1. 计算温变速度准确率

double timeError = inletWindow + outletWindow;

double temperatureAccuracy = timeError / deltaTime;

// 2. 比较超声准确率和温变准确率

double finalAccuracy;

if (ultrasoundAccuracy > temperatureAccuracy) {

finalAccuracy = ultrasoundAccuracy;

} else {

finalAccuracy = temperatureAccuracy;

}

// 3. 选择较大准确率对应的速度

double finalVelocity;

if (finalAccuracy == ultrasoundAccuracy) {

finalVelocity = 原超声测量速度;

} else {

finalVelocity = temperatureVelocity;

}

// 4. 校正流量

double correctedRate = originalRate * (finalVelocity / 理论流速);

}

综上所述，本方案采用测量管道内不同位置的轴向流速的方法，以获取更加准确的管道内液体流量数值，从而实现对管道内热量的精确测定。在管道测试过程中，通过测量每对辅助超声换能器连接线的中点与管道内腔体中心轴线之间的距离，可以获得每对辅助超声换能器的径向距离。核心超声测量单元能够实时计算核心流速，而辅助超声测量单元则能够实时计算辅助流速。将核心流速、辅助流速以及每对辅助超声换能器的径向距离结合起来，可以计算出管道内不同位置的径向流速分布。最终通过结合温度测量单元的数据，实现对管道流量的整体平均值计算，同时也能够精确检测管道内传输的热量。

附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。

也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行相应的功能或动作的硬件，例如电路或ASIC（专用集成电路，Application Specific Integrated Circuit）来实现，或者可以用硬件和软件的组合，如固件等来实现。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其它变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (6)

1.一种管道流量测量方法，其特征在于，包括，

获取管道中内腔体为均匀圆柱体的部分作为测试管道；

获取所述测试管道的内腔体的中心轴线；

在所述测试管道设置核心超声测算单元，所述核心超声测算单元内成对设置的核心超声换能器的连接线与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

在所述测试管道设置辅助超声测算单元，所述辅助超声测算单元内成对设置的辅助超声换能器的连接线不与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

获取每对所述辅助超声换能器的连接线的中点至所述测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对所述辅助超声换能器的径心距离；

通过所述核心超声测算单元实时解算出核心测算速度；

通过所述辅助超声测算单元实时解算出辅助测算速度；

通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速；

根据所述测试管道内腔体径向各处的流速以及所述测试管道的内腔体直径计算得到所述测试管道内平均流量；

其中，所述通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速的步骤，包括，

根据所述核心测算速度得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点的流速的算术平均值；

根据所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值；

根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速；

根据所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速得到所述测试管道的内腔体的横截面任一点的流速作为所述测试管道内腔体径向各处的流速；

其中，所述根据所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值的步骤，包括，

根据所述辅助超声换能器的径心距离得到对应所述辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与所述测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离；

根据所述辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与所述测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离得到所述辅助超声换能器的声波传递过程中与所述测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分；

获取所述辅助超声换能器的声波传递过程中与所述测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分的位置点作为所述辅助超声换能器在所述测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点；

将所述辅助超声换能器对应的所述辅助测算速度作为所述辅助超声换能器在所述测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点的流速的算术平均值；

其中，所述根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速的步骤，包括，

将所述测试管道的内径作为已知量，将所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速作为未知量，建立所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系；

根据所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系获取所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系；

根据所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系；

根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速，其中所述流体流速分布特征包括流速分布的锐钝程度；

其中，所述根据所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速得到所述测试管道的内腔体的横截面任一点的流速作为所述测试管道内腔体径向各处的流速的步骤，包括，

根据所述测试管道的内径、所述测试管道内流速分布的锐钝程度以及最大流速得到所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系；

根据所述测试管道的内腔体的横截面任一点至中心轴线的距离，代入所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系得到所述测试管道内腔体径向各处的流速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述测试管道内腔体径向各处的流速以及所述测试管道的内腔体直径计算得到所述测试管道内平均流量的步骤，包括，

将所述测试管道的横截面划分为多个同心环；

获取每个所述同心环的面积；

根据所述测试管道内腔体径向各处的流速得到每个所述同心环的液体流速；

根据每个所述同心环的面积和对应的液体流速计算得到所述测试管道内平均流量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法，还包括，

沿管道流向实时测量获取所述测试管道两个位置点的温度，分别记为起点温度和终点温度；

获取所述起点温度和所述终点温度的测定位置点的轴向距离作为测温间隔距离；

根据实时获取的起点温度得到所述起点温度关于获取时间的映射关系；

根据实时获取的重点温度得到所述终点温度关于获取时间的映射关系；

根据所述起点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体起点温变特征及对应的起点特征时刻；

根据所述终点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体终点温变特征及对应的终点特征时刻；

比对得到相同的所述流体起点温变特征和所述流体终点温变特征，并获取对应所述起点特征时刻和所述终点特征时刻的时间差作为温变时间差；

根据所述测温间隔距离和所述温变时间差的比值得到所述测试管道内温变传播速度；

根据所述测试管道内温变传播速度对所述测试管道内平均流量进行校正。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述测试管道内温变传播速度对所述测试管道内平均流量进行校正的步骤，包括，

所述流体起点温变特征和所述流体终点温变特征包括温度开始突变或温度突变结束；

获取所述核心超声测算单元和所述辅助超声测算单元的测量准确率作为超声准确率；

获取所述起点特征时刻的测量窗口时间；

获取所述终点特征时刻的测量窗口时间；

根据所述起点特征时刻的测量窗口时间和所述终点特征时刻的测量窗口时间得到时间测量误差；

根据所述时间测量误差和所述温变时间差的得到所述温变传播速度的准确率；

比对判断所述超声准确率和所述温变传播速度的准确率中较大值对应的速度作为校正后的所述测试管道内腔体径向各处的流速；

根据校正后的所述测试管道内腔体径向各处的流速对所述测试管道内平均流量进行校正。

5.一种热量表积分仪***，其特征在于，包括，

核心超声测算单元，设置于测试管道，所述核心超声测算单元内成对设置的核心超声换能器的连接线与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

辅助超声测算单元，设置于测试管道，所述辅助超声测算单元内成对设置的辅助超声换能器的连接线不与所述测试管道的内腔体的中心轴线相交；

超声解算单元，用于通过所述核心超声测算单元实时解算出核心测算速度；

通过所述辅助超声测算单元实时解算出辅助测算速度；

流速校准单元，用于获取所述测试管道的内腔体的中心轴线；

获取每对所述辅助超声换能器的连接线的中点至所述测试管道的内腔体的中心轴线的距离作为每对所述辅助超声换能器的径心距离；

通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速；

根据所述测试管道内腔体径向各处的流速以及所述测试管道的内腔体直径计算得到所述测试管道内平均流量；

温度测量单元，用于实时获取所述测试管道内流体的温度；以及，

热量计量单元，用于根据所述测试管道内平均流量以及流体的温度计算得到管道输送的热量；

其中，所述通过所述核心测算速度、所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离计算出所述测试管道内腔体径向各处的流速的步骤，包括，

根据所述核心测算速度得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点的流速的算术平均值；

根据所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值；

根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速；

根据所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速得到所述测试管道的内腔体的横截面任一点的流速作为所述测试管道内腔体径向各处的流速；

其中，所述根据所述辅助测算速度以及每对所述辅助超声换能器的径心距离得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上部分位置点的流速的算术平均值的步骤，包括，

根据所述辅助超声换能器的径心距离得到对应所述辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与所述测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离；

根据所述辅助超声换能器的声波传递过程中经过区域与所述测试管道的内腔体的中心轴线的最小距离得到所述辅助超声换能器的声波传递过程中与所述测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分；

获取所述辅助超声换能器的声波传递过程中与所述测试管道的内腔体的横截面直径的重叠部分的位置点作为所述辅助超声换能器在所述测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点；

将所述辅助超声换能器对应的所述辅助测算速度作为所述辅助超声换能器在所述测试管道的内腔体的横截面直径上的传播位置点的流速的算术平均值；

其中，所述根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速的步骤，包括，

将所述测试管道的内径作为已知量，将所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速作为未知量，建立所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系；

根据所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系获取所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系；

根据所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系得到所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系；

根据所述测试管道的内腔体的横截面直径上全部位置点及部分位置点的流速的算术平均值与所述测试管道内流速分布的锐钝程度和最大流速的数值关系解算得到所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速，其中所述流体流速分布特征包括流速分布的锐钝程度；

其中，所述根据所述测试管道内流体流速分布特征以及最大流速得到所述测试管道的内腔体的横截面任一点的流速作为所述测试管道内腔体径向各处的流速的步骤，包括，

根据所述测试管道的内径、所述测试管道内流速分布的锐钝程度以及最大流速得到所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系；

根据所述测试管道的内腔体的横截面任一点至中心轴线的距离，代入所述测试管道的横截面直径上每个位置点的流速与最大流速的之间的数值关系得到所述测试管道内腔体径向各处的流速。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述***还包括，

辅助测温单元，与所述温度测量单元保持轴向距离，用于实时获取所述测试管道内的温度；

其中，所述温度测量单元和所述辅助测温单元分别获取起点温度和终点温度；

获取所述起点温度和所述终点温度的测定位置点的轴向距离作为测温间隔距离；

根据实时获取的起点温度得到所述起点温度关于获取时间的映射关系；

根据实时获取的重点温度得到所述终点温度关于获取时间的映射关系；

根据所述起点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体起点温变特征及对应的起点特征时刻；

根据所述终点温度关于获取时间的映射关系提取得到流体终点温变特征及对应的终点特征时刻；

比对得到相同的所述流体起点温变特征和所述流体终点温变特征，并获取对应所述起点特征时刻和所述终点特征时刻的时间差作为温变时间差；

根据所述测温间隔距离和所述温变时间差的比值得到所述测试管道内温变传播速度；

根据所述测试管道内温变传播速度对所述测试管道内平均流量进行校正。