一种超声波气体流量计制造技术

本实用新型专利技术公开了一种超声波气体流量计，在管道一外侧固定有超声波发生传感器，另一外侧固定有第一超声波接收传感器，在与所述第一超声波接收传感器相距一定距离设置有第二超声波接收传感器，所述第二超声波接收传感器固定在管道上，与第一超声波接收传感器同侧；所述第一超声波接收传感器连接到第一前置放大单元，所述第二超声波接收传感器连接到第二前置放大单元，第一前置放大单元和第二前置放大单元共同连接到信号处理单元，所述信号处理单元连接到流速计算单元，所述流速计算单元连接到显示单元。本实用新型专利技术没有机械转动部件，不磨损，使用寿命长；造价低，适合推广使用；整体装置都是以外绑式安装在管道外壁，使用和维修方便。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及管道内流体的流速流量测量领域，具体涉及一种超声波气体流量计。
技术介绍
为提高安全性及生产效率，天然气、石油、化工，及蒸气等行业需要大量的气体流量在线检测设备。目前采用的一般是传统的机械式流量计，如涡街，涡轮，转子和文丘里等流量计。由于机械转动部件引起容易磨损，或由于传感器受介质的污染乃至腐蚀，这些流量计的性能容易变差，一般都需要定期离线维护和年检。并且，其性能受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响较大。管段式时差法超声波气体流量计是一种更先进的气体测量设备。这种流量计的管段上预先装有一对或多对超声传感器。每对两只传感器沿流体流动方向上下游按一定距离分开布置。通过测量超声波脉冲沿顺流方向和逆流方向的传播时间差来测量流体速度。这种技术的优点是没有转动部件，无需经常维护，其精度可以做到很高，但其成本比传统的机械式流量计要高两个数量级，无法推广使用。另外一个主要缺点是其超声传感器直接与介质接触，因此无法对强腐蚀性、放射性及易燃易爆介质进行检测。除此而外，其安装跟传统的流量计一样，仍然需要把管道断开，要求工厂停产，并通过严格的安全预防程序，代价很大。近年来国际上出现了基于时差法的外夹式超声波气体流量计。这种流量计跟前面提到的管段式超声波气体流量计的工作原理是一样的，仍然通过测量超声波脉冲沿顺流方向和逆流方向的传播时间差来测量流体速度。但是，这种流量计的传感器不是装在管段里的，而是直接绑在气体管道外面的，因此，无需破坏管道，无需停工停产。然而，由于管道壁金属与管内气体的密度相差太大，超声波穿透管道壁的能力很差，99.9999％的能量都损失掉了。特别是当管内气体压力不太高或管径比较小时，这些损失的能量残留在管道壁里变成了强大的噪音，使得有用的信号几乎无法被检测到，因此，这种技术只能用在气压较高的场合。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种超声波气体流量计及测量方法，将超声波发生传感器及超声波接收器传感器以外夹方式固定在气体管道上，气体流量计算基于互相关原理，通过测量两个受流体调制的超声信号之间的相关时间延迟实现。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种超声波气体流量计，在管道一外侧固定有超声波发生传感器，另一外侧固定有第一超声波接收传感器，在与所述第一超声波接收传感器相距一定距离设置有第二超声波接收传感器，所述第二超声波接收传感器固定在管道上，与第一超声波接收传感器同侧；所述第一超声波接收传感器连接到第一前置放大单元，所述第二超声波接收传感器连接到第二前置放大单元，第一前置放大单元和第二前置放大单元共同连接到信号处理单元，所述信号处理单元连接到流速计算单元，所述流速计算单元连接到显示单元。根据上述方案，所述第一超声波接收传感器与第二超声波接收传感器之间的距离为管道直径的1到3倍。根据上述方案，在所述超声波发生传感器和超声波接收传感器上还固定有声楔，在所述声楔与管道壁触面之间添加有耦合剂，用于将超声波信号有效地入射到管道内部流体中。根据上述方案，在超声波发生传感器和超声波接收传感器之间，或者整个管道测量段固定有一个或多个声吸收块。根据上述方案，所述超声波发生传感器和超声波接收传感器采用PZT压电陶瓷材料。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术装置没有机械转动部件，不磨损，使用寿命长；造价低，适合推广使用；整体装置都是以外绑式安装在管道外壁，使用和维修方便；本技术测量精度高；本技术不但可以测量高压气体，还可以测量很低压力的气体，不但可以测量大口径管道，还可以测量小口径管道，还可以用来测量气体与液体或气体与固体的两相流体。附图说明图1是本技术中单频率互相关测量系统结构示意图。图2是本技术中互相关正交解调器及信号处理单元。图3是本技术中第一超声波接收传感器接收到的信号。图4是本技术中第二超声波接收传感器接收到的信号。图5是本技术中对两个超声波接收传感器接收到的信号进行解调后的信号。图6是本技术中互相关测量系统的信号解析结果。图7是本技术中声吸收块结构示意图。图8是本技术中声楔结构示意图。图9是本技术中超声吸声块对多相关峰的作用示意图。图10是本技术中双频率互相关测量系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。如图1所示，本技术系统包括一个超声波信号发射换能器Ts(超声波发生传感器)，两个或多个超声波信号接收传感器(Tr1，Tr2，…，Trn)(超声波接收传感器)，信号处理模块P1和流速计算显示单元U1。信号发送和采集传感器以外绑的方式按一定距离安装在气体管道外壁，管道材料可以为碳钢、不锈钢、PVC材料等，管道内流动的待测流速介质为气体、蒸汽或气液二相介质。换能器由PZT压电陶瓷材质制成。压电陶瓷外安装声楔I将超声波信号按一定的角度入射，换能器的声楔跟管道外壁接触面用声耦合剂，以提高声波的耦合效率。本技术系统的测量对象为管道中流体速度，系统由信号发射和采集传感器、信号处理单元以及流速计算显示单元组成。发射换能器Ts产生连续的单频率超声波，其频率依据管道的口径、材料及气体介质密度而定，通常在50KHz到2MHz之间。发射换能器安装声楔I，可使超声波信号入射方向与管道壁法线夹角呈一定的入射角度在30度到60度之间。管道的管道壁厚度为P，P由管道具体尺寸确定。发射换能器Ts产生纵波和横波，在管道壁中以横波的形式经由管道壁与空气交界面的多次反射，沿着管道壁并与管道壁法线呈角度的折线路径传播，相邻反射点距离为Li。在横波传播的每个管道壁与管道内部流体交界的反射点，管道壁内部传播的横波都有部分通过交界面透射进入管道内部流体，在每个交界点超声波透射方向与管道壁法线夹角固定为由入射角度以及交界面两介质折射率根据Snell折射定律计算。折射入管道内部的超声波通过流体传播，由于流体介质密度不均匀、内部的悬浮颗粒以及流体流动产生的紊流漩涡，当超声波经过流体后，会产生波动信号在时间相位和能量上的变化，这些改变体现为超声信号的相位和幅度调制，在信号处理中定义为被测流体的特征信号。在管道的另一侧与发射换能器相对，以间隔D的距离安装超声波接收传感器，用以接收穿过流体和经过管道壁的超声波信号。超声波接收传感器至少要两个，如图1所示的Tr1和Tr2，以便接收至少两个声道的信号。接收传感器沿管线的安装距离D等于Li的整数倍，其中Li是两个相邻反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波气体流量计，其特征在于，在管道一外侧固定有超声波发生传感器，另一外侧固定有第一超声波接收传感器，在与所述第一超声波接收传感器相距一定距离设置有第二超声波接收传感器，所述第二超声波接收传感器固定在管道上，与第一超声波接收传感器同侧；所述第一超声波接收传感器连接到第一前置放大单元，所述第二超声波接收传感器连接到第二前置放大单元，第一前置放大单元和第二前置放大单元共同连接到信号处理单元，所述信号处理单元连接到流速计算单元，所述流速计算单元连接到显示单元。

【技术特征摘要】
1.一种超声波气体流量计，其特征在于，在管道一外侧固定有超声波发生传感器，另一外
侧固定有第一超声波接收传感器，在与所述第一超声波接收传感器相距一定距离设置有第二
超声波接收传感器，所述第二超声波接收传感器固定在管道上，与第一超声波接收传感器同
侧；所述第一超声波接收传感器连接到第一前置放大单元，所述第二超声波接收传感器连接
到第二前置放大单元，第一前置放大单元和第二前置放大单元共同连接到信号处理单元，所
述信号处理单元连接到流速计算单元，所述流速计算单元连接到显示单元。
2.如权利要求1所述的一种超声波气体流量计，其特征在于，所述第一超声波接收传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅华锋，张宏，
申请(专利权)人：成都声立德克技术有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51