CN201210067Y - 小管径管道燃气流量超声测量结构 - Google Patents

小管径管道燃气流量超声测量结构 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种小管径管道燃气流量超声测量结构，包括测量流道及在其前、后端口分设的超声换能器；其特征在于：所述的测量流道为矩形或有2n+2个边的正多边形，其中n至少为2；分设的超声换能器分别与流道呈斜角以斜向发射及接收，声道中包括m次的超声波反射行程，m至少为1。其测量精度高，可有效测得流道内不同位置的流速情况，较好反映平均流速，使测得的速度更接近流道内流体的实际流速。

Description

小管径管道燃气流量超声测量结构
技术领域
本实用新型涉及一种小管径管道燃气流量超声测量结构。
背景技术
超声测量一般是在被测流动气体通过的管段上安装气体超声流量计，由前、后端分设的超声换能器发射及接收超声信号，由信号处理单元按预定的方式实施处理计算，从而推导出被测流动气体的流量。
现有的超声时差法测量流量技术有两种方式：1、平行式对射方式，如图2所示；2、斜角式对射方式，如图3所示。由于气体在管道内的流动情况比较复杂，在流道中的流速分布并不一致，管壁处流速为零，流道中心流速较管壁处的流速高。已有的这两种流量测量方式所测量到的平均流速，均不能很好的反应管道内多变的流体状态和流速，会造成流速测量值出现较大的偏差。
如图2、图3所示，现有的超声测量所用的测量管路一般都是圆管道，而对于小尺寸圆管道来说，圆弧管壁对超声波声程和传播时间的干扰较大。另直线测量方式中，声程及测量时间短，导致计时测量精度低。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种小管径管道燃气流量超声测量结构，可有效克服现有超声测量技术的不足。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：
一种小管径管道燃气流量超声测量结构，包括测量流道及在其前、后端口分设的超声换能器；所述的测量流道为矩形或有2n+2个边的正多边形，其中n至少为2；分设的超声换能器分别与流道呈斜角以斜向发射及接收，声道中包括m次的超声波反射行程，m至少为1。
本实用新型方案中所述的超声波是特指频率在150KHz到700KHz范围以内的声波；所述的声道是指超声波在被测量流体中声波能量传播区域的轨迹或传播的通道，是发射和接收的两个超声换能器间超声信号的实际路径；所述的流道是指被测气体所通过的管路。
本实用新型的优点是：测量精度高，可有效测得流道内不同位置的流速情况，较好反映平均流速，使测得的速度更接近流道内流体的实际流速。
附图说明
图1  为本实用新型小管径管道燃气流量超声测量结构的结构示意图。
图2  为现有技术中平行式对射的圆形截面管道结构示意图。
图3  为现有技术中斜角式对射的圆形截面管道结构示意图。
图4  为现有技术圆形截面管道超声波传播示意图。
图5  为本实用新型的矩形截面管道超声波传播示意图。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：
具体实施方式
参阅图1所示，本实用新型小管径管道燃气流量超声测量结构将现有技术圆形截面管道改变为矩形或有2n+2个边(n可以是2到10)的正多边形截面管道；在测量流道10的前、后端口分设超声换能器11及超声换能器12，并使得超声换能器11及超声换能器12对应斜向发射及接收，发射的超声波13经m次(m可以是1到5)反射后被接收端超声换能器接收。所述前、后端口分设的超声换能器应为一组对射方式的为佳，两探头时序先后分别对射，对应的声道为单声道对射方式。
给定超声换能器的位置即可确定声道，本实用新型中超声换能器的发射端口与管道轴线夹角θ范围在：28°～65°。使得发射的超声波可以经测量管道的管壁实现全反射。
本实用新型小管径管道燃气流量超声测量结构实现超声测量的方式为平面多次全反射的对射方式，图1所示的实施例给出了矩形截面管道、经3次全反射的实例。
平面全反射方式解决了现有技术的声波在反射过程中，小尺寸圆管道的圆弧管壁对超声波声程和传播时间的干扰问题。本实用新型设计延长了声道的有效声程和测量时间，有利于相对减小测量过程中引入的测量时间误差，从而提高计时测量精度。
本实用新型与现有技术的比较：
民用气体超声流量计量中所使用的管道直径尺寸小，因现有技术的圆形截面管道横截面内圆半径小，圆弧曲面不能近似视做平面，声波在曲面多次反射中使声束不同位置的声程发生变化，影响和干扰接收端对超声波传播时间的测量。如图4。
从图4中可看出，t3>t2＝t4>t1＝t5。圆弧曲面使超声波束在曲面不同位置反射时，声波各点的声程发生变化，波束每一次反射将会产生一个弦高的声程差，将对超声波信号的接收端产生干扰。
本实用新型提出矩形(或正多边形)截面管道代替圆形截面管道，如图5所示，用平面反射面代替圆弧曲面，解决了圆弧曲面所存在的问题。
图5中，t1＝t2＝t3＝t4＝t5，信号同时到达接收端。避免了由于同频信号到达接收换能器的时间不同，导致接收信号失真的现象的发生。
利用本实用新型设计的新型截面管道结构及超声波束多次反射的发射及接收方式可有效测得流道内不同位置的流速情况，使测得的速度更接近流道内气体的实际流速。通过图示的多次全反射的声道结构，可有效测得流道内不同位置的流速情况，较好反映平均流速，使测得的速度更接近流道内流体的实际流速。

Claims (5)

1、一种小管径管道燃气流量超声测量结构，包括测量流道及在其前、后端口分设的超声换能器；其特征在于：所述的测量流道为矩形或有2n+2个边的正多边形，其中n至少为2；分设的超声换能器分别与流道呈斜角以斜向发射及接收，声道中包括m次的超声波反射行程，m至少为1。
2、根据权利要求1所述的小管径管道燃气流量超声测量结构，其特征在于：其中n为2到10。
3、根据权利要求1所述的小管径管道燃气流量超声测量结构，其特征在于：其中m为1到5。
4、根据权利要求1所述的小管径管道燃气流量超声测量结构，其特征在于：所述的前、后端口分设的超声换能器为一组对射方式的超声换能器，对应的声道为单声道。
5、根据权利要求1所述的小管径管道燃气流量超声测量结构，其特征在于：所述的超声换能器的发射端口与管道轴线夹角θ范围在：28°～65°。
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