CN2259619Y - 超声波速差法流量计 - Google Patents

Abstract

超声波速差法流量计是一种新型的流量计，适用于一般流体流量的测量以及脉动大口径大流量流体的计量测定。本流量计采用一对超声探头，在单片机的控制下对被测流体的顺流和逆流声速进行测试，根据其声速差换算出被测流体的流速和流量。不受温度、压力、流体成分变化的影响。本实用新型结构简单，测试方便，计量精度高。

Description

超声波速差法流量计

超声波速差法流量计，涉及超声波流量计的制造技术，可用于一般流体流量的测量亦可用于脉动的大口径，大流量流体的流量测定。

现在使用的超声波流量计，一般采用时差法，相差法和频差法来计量测定。由于这些方法本身的不足，使得这些流量计在实际使用中存在不足，例如，时差法和相差法中流量与声速的平方成正比，因此这类超声波流量计易受环境温度，压力和流体成分变化的影响，而频差法流量计在计量测定时需要较长时间平均才能满足一定的测量精度，并且在频率的周期中还必须扣除由电缆、触发电平，探头等造成的延时，才能使得计量结果准确，使用较麻烦。而且现有的流体流量计尚不能对脉动大口径大流量气体计量测定。

本实用新型提供了一种不受环境温度，压力、流体成分改变的影响，计量速度快，精度高，不仅能对一般流体进行测量还能对脉动大口径大流量流体测定计量的超声波速差法流量计。

本实用新型通过测量流体顺流声速和逆流声速的声速差来换算出被测流体的流量。它由探头和仪器两部分组成。探头部分由一对超声探头和探头管构成。一对工作频率相同的超声探头相对固定在直径为D的探头管两测与探头管中轴线的夹角为θ。工作时轮流发射超声信号和接受回波。仪器部分由计算机和8031微处理单片机组成。在单片机中有二个独立的发射电路，放大电路和过零电平检测电路，它们分别和两个探头连接。单片机轮流触发发射和测定流体顺流、逆流传播的声时，管内温度、压力，并把测得的数据通过RS232串行口传给计算机。计算机用内存的管道直径D，探头与探头管的夹角θ，探头的声程及延时，计量流量的标准温度、压力和单片机传来的原始数据实时计算出管道内流体的流速、流量，并据此算出本班当前的流量和各班、日、月、年累计产量，在屏幕上，以图表和数据表格形式显示、储存、并可随时打印出来。

本实用新型的优点在于：由于采用了一对超声探头通过对流体的顺流声速与逆流声速的测量来计量被测气体的流速和流量、整个计量测定不受环境温度、压力、气体成分变化的影响，而且在线测量速度快，精度高。

附图是本实用新型的实施例，其中：

图1、工作原理图；

图2、探头、套筒及固定板部分结构示意图。

图3、发射部分的电路原理图。

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型包括显示屏1、计算机2、测定温度、压力、声时的单片机3、温度传感器4，压力传感器5，发射电路6_A，6_B，探头7_A、7_B，放大电路8_A，8_B，过零电平检测电路9_A，9_B，或门10，高速计时门11，石英晶振时标12。套筒14，固定板19。温度传感器4、压力传感器5通过电缆与温度、压力，声时测试单片机3连接，单片机3，是本流量计测量的核心，它轮流触发发射电路6_A，6_B以宽度恒定的方波发射，激发超声探头7_A，7_B以其共振频率发射声波。过零电平检测电路9_A，9_B从放大电路8_A，8_B传来的发射和接收回波信号中拣出接受回波到达的过零电平瞬刻，并产生一个由发射到接收回波到达瞬刻的正方波，这一方波通过或门10控制高速计时门11让石英晶振时标12通过，并由单片机的测时电路计时、多次平均后传给计算机2，计算机2用预存在内的管径D，探头与探头管轴线之间的夹角θ，两探头7_A，7_B间的距离以及电缆，探头，电路中的延时，标准工况的压力，温度算出标准工况下气体的流速及流量，并累积。根据要求可在屏幕上以图表和数字表格形式直观精确地显时实时温度，压力，标准工况下的流速，当班的流量、以及日，月，年，产量数据，并可打印、储存。

探头7_A，7_B，分别安装在套筒14内，为防止管道上的声音传到探头上，和一个探头发射的声波通过套筒14和探头管13直接传给另一个探头，影响测时，采用探头波节处与套筒14连接，采用声阻抗相差大的材料做成多个接环15，16，17，18多次交替衔接组成套筒14，使从管道传到固定板19的声音不能传到探头，在探头7_A，7_B，套筒14与探头管13间设有间隙，防止探头7_A，7_B及套筒14通过沉积物传声，影响测定计量。晶体管GB₁、GB₂分别受二个反相发射信号的驱动。发射信号可以是1-3个小方脉冲，脉冲正负宽度是探头共振频率周期的一半。当GB₁受正脉冲激励导通，GB₂受负脉冲激励截止，导致晶体管GB₃、GB₅导通GB₄截止，反之导致GB₃、GB₅截止，GB₄导通，通过电容C₁在探头上产生一个高压的电脉冲(串)，这个电脉冲(串)驱动探头向流体发射声波。这一声波通过流体传到对面的探头产生一个声波到达的电信号。这一信号经过对面的限幅电阻R₂，R₃，电容C₂传到对面的放大器上。限幅二极管GB₆、GB₇主要在发射时起作用，当信号超过0.7V即导通，导致超过部分的电压主要降在限幅电阻R₂上，使传到放大器输入端上的电压≤0.7V，防止高压击穿。

Claims (1)

1. 超声波声速差法流量计，包括显示屏(1)，计算机(2)，温度压力，声时测量单片机(3)，温度传感器(4)，压力传感器(5)，发射电路(6_A)，(6_B)，探头器(7_A)，(7_B)，放大器(8_A)，(8_B)，过零电平检测电路(9_A)，(9_B)，或门(10)，高速计时门(11)，石英晶振时标(12)，探头管(13)，套筒(14)，接环(15)，(16)，(17)，(18)，固定板(19)，其特征在于：a：探头(7_A)，(7_B)分别固定安装在套筒(14)内；套筒(14)由声阻抗相差大的材料制成的接环(15)，(16)，(17)，(18)交替衔接构成，探头(7_A)，(7_B)和套筒(14)通过固定板(19)与探头管(13)固定连接。b：发射电路由三极管GB₁、GB₂、GB₃、GB₄、GB₅，电阻R₁、R₂、R₃、电容C₁、C₂，二极管GB₆、GB₇构成。

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