一种时差式超声波流量测量方法及装置制造方法及图纸

一种时差式超声波流量测量方法及装置，属于一种流量测量方法及装置。实际流体的速度分布与流态有关，层流时圆管横截面上的速度分布为旋转抛物型，紊流时圆管横截面上的速度分布为凸台型；超声波在流动的流体中传播时就载上了流体流速的信息，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，并换算成流量；时差法超声波流量计就是通过测量超声波束在顺流和逆流传播过程中的时间差来换算出流量。当将超声波传播路径上的流动速度假设为均匀的将产生较大的测量误差，按照本发明专利技术的方法得出的流量则精确得多。优点：该方法理论可靠，装置简单，方法可靠，实现方便，测量精度高，可使测量结果提高5％～33％，适合一切基于传播时间差测量流量的超声波流量计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种流量测量方法及装置，特别是一种时差式超声波流量测量方法及装置。
技术介绍
时差法超声流量计是通过测量超声波随逆流与顺流的传播时间差来确定被测流体的流速，超声波在流动的流体中传播时就载上了流体流速的信息，通过接收到的超声波时间差就可以检测出流体的流速，并换算成流量。目前，时差法超声波流量计都假设超声波束在传播路径上的流体流动速度是均匀的，而实际上流体的速度分布与流态有关，层流时圆管横截面上的速度分布为旋转抛物型，紊流时圆管横截面上的速度分布为凸台型，因此必然造成较大的测量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种装置简单，实现方便，测量精度高的时差式超声波流量测量方法及装置，解决目前时差式超声波流量计不考虑速度分布非均匀造成的误差问题。本专利技术的目的是这样实现的：该流量测量方法如下：超声波束沿顺流和逆流的传播时间差为：ΔT=T2-T1=2sinθ∫0R[1c-ucosθ-1c+ucosθ]dr---(1)]]>当被测流动为层流时，将层流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=8Rumcosθ3c2sinθ---(2)]]>其中，R为被测管道的半径；um为管道轴线最大流速；θ为超声波束与流体流动方向的夹角；c为超声波在被测流体中的传播速度；则层流时的流量为：Q=K·3πRc2tanθ16·ΔT---(3)]]>其中，对Z型、V型、W型三种不同的安装方式，系数K分别取1、2、4；不考虑速度分布的非均匀性，按照平均速度计算超声波传播时间差，则所测量的流量为：Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(4)]]>显然有：Q0=43·Q---(5)]]>当被测流动为紊流时，将紊流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=nn+14Rumcosθc2sinθ---(6)]]>其中，n为紊流速度分布的经验指数，一般随雷诺数的增大而增大；则紊流时的流量为Q=K·nπRc2tanθ4n+2·ΔT---(7)]]>而不考虑速度分布的不均匀性得到的流量为：Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(8)]]>则有Q0=2n+12n·Q---(9)]]>流量测量装置包括：被测量管段、主单片机、发射电路、下游超声波传感器、上游超声波传感器、第一接收处理电路、第二接收处理电路、时差测量、时钟、存储器、键盘和LCD显示；下游超声波传感器、上游超声波传感器分别连接在被测量管段上、下游超声波传感器的输出端通过第一接收处理电路与时差测量的输入端连接，上游超声波传感器的输出端通过第二接收处理电路与时差测量的输入端连接；时差测量的输出端与主单片机双向通讯连接；时钟、存储器、键盘和LCD显示均与主单片机连接，主单片机的输出端与发射电路的输入端连接，发射电路的输出端分别与下游超声波传感器和上游超声波传感器的输出端连接。主单片机发出测量命令后，发射电路产生一定的波形，先对计数器清零，接着同步启动发射电路触发超声波换能器发射超声波脉冲，利用下游超声波传感器、上游超声波传感器、第一接收处理电路、第二接收处理电路和时差测量，可以得到超声波的顺流传播时间和逆流传播时间；主单片机采用数字滤波计数对这些时间信号进行滤波处理，并根据实际情况计算出相应的流速和流量，保存到存储器中，并送到LCD显示上显示出来。针对被测管道内的流动状态和横截面上的速度分布类型，主单片机采用积分算法计算出流速和流量。有益效果，由于采用了上述方案，当将超声波传播路径上的流动速度假设为均匀的将产生较大的测量误差，按照本专利技术的方法得出的流量则精确得多。为了消除由于速度分布不均匀造成的测量误差，通过理论推导计算，得出针对不同流动状态的修正系数，并设计一套装置，实现时差法超声流量测量。解决了目前时差式超声波流量计不考虑速度分布非均匀造成的误差问题。优点：该方法理论可靠，装置简单，方法可靠，实现方便，测量精度高，与现有的时差式超声波流量测量结果相比，可使测量结果提高5％～33％，适合一切基于传播时间差测量流量的超声波流量计。附图说明：图1为本专利技术超声波传感器按Z型布置结构图。图2为本专利技术超声波传感器按V型布置结构图。图3为本专利技术超声波传感器按W型布置结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施对本专利技术作进一步说明。实施例1：该流量测量方法如下：超声波束沿顺流和逆流的传播时间差为：ΔT=T2-T1=2sinθ∫0R[1c-ucosθ-1c+ucosθ]dr---(1)]]>当被测流动为层流时，将层流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=4Rumcosθ3c2sinθ---(2)]]>其中，R为被测管道的半径；um为管道轴线最大流速；θ为超声波束与流体流动方向的夹角；c为超声波在被测流体中的传播速度；则层流时的流量为：Q=K·3πRc2tanθ16·ΔT---(3)]]>其中，对Z型、V型、W型三种不同的安装方式，系数K分别取1、2、4；不考虑速度分布的不均匀性，按照平均速度计算超声波传播时间差，则所测量的流量为：Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(4)]]>显然有：Q0=43·Q---(5)]]>现有时差式超声波流量计所测得的层流流量为按本专利技术方法测量流量的1.33倍，其误差显而易见。当被测流动为紊流时，将紊流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=nn+14Rumcosθc2sinθ---(6)]]>其中，n为紊流速度分布的经验指数，一般随雷诺数的增大而增大；则紊流时的流量为Q=K·nπRc2tanθ4n+2·ΔT---(7)]]>而不考虑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时差式超声波流量测量方法，其特征是：该流量测量方法如下：超声波束沿顺流和逆流的传播时间差为：ΔT=T2-T1=2sinθ∫0R[1c-ucosθ-1c+ucosθ]dr---(1)]]>当被测流动为层流时，将层流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=8Rumcosθ3c2sinθ---(2)]]>其中，R为被测管道的半径；um为管道轴线最大流速；θ为超声波束与流体流动方向的夹角；c为超声波在被测流体中的传播速度；则层流时的流量为：Q=K·3πRc2tanθ16·ΔT---(3)]]>其中，对Z型、V型、W型三种不同的安装方式，系数K分别取1、2、4；不考虑速度分布的非均匀性，按照平均速度计算超声波传播时间差，则所测量的流量为：Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(4)]]>显然有：Q0=43·Q---(5)]]>当被测流动为紊流时，将紊流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：ΔT=nn+14Rumcosθc2sinθ---(6)]]>其中，n为紊流速度分布的经验指数，一般随雷诺数的增大而增大；则紊流时的流量为Q=K·nπRc2tanθ4n+2·ΔT---(7)]]>而不考虑速度分布的不均匀性得到的流量为：Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(8)]]>则有Q0=2n+12n·Q---(9).]]>...

【技术特征摘要】
1.一种时差式超声波流量测量方法，其特征是：该流量测量方法如下：
超声波束沿顺流和逆流的传播时间差为：
ΔT=T2-T1=2sinθ∫0R[1c-ucosθ-1c+ucosθ]dr---(1)]]>当被测流动为层流时，将层流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：
ΔT=8Rumcosθ3c2sinθ---(2)]]>其中，R为被测管道的半径；um为管道轴线最大流速；θ为超声波束与流体流动方向的夹
角；c为超声波在被测流体中的传播速度；
则层流时的流量为：
Q=K·3πRc2tanθ16·ΔT---(3)]]>其中，对Z型、V型、W型三种不同的安装方式，系数K分别取1、2、4；
不考虑速度分布的非均匀性，按照平均速度计算超声波传播时间差，则所测量的流量
为：
Q0=K·πRc2tanθ4·ΔT---(4)]]>显然有：
Q0=43·Q---(5)]]>当被测流动为紊流时，将紊流速度分布代入(1)式，积分得时间差为：
ΔT=nn+14Rumcosθc2sinθ---(6)]]>其中，n为紊流速度分布的经验指数，一般随雷诺数的增大而增大；
则紊流时的流量为
Q=K·nπRc2tanθ4n+2·ΔT---(7)]]>而不考虑速度分布的不均匀性得...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭楚文，王信用，王凤超，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32