一种基于工程力学的流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种基于工程力学的流量计，包括流量检测装置和数据采集系统，所述数据采集系统一端与流量检测装置连接，所述流量检测装置包括中间直管、左弯管、右弯管、超声换能器A和超声换能器B，所述左弯管和右弯管分别设置在中间直管的左右两端，且在左弯管与中间直管左端的连接处设置有连接头A，所述右弯管与中间直管右端的连接处设置有连接头B，所述超声换能器A和超声换能器B分别设置在连接头A、连接头B的外侧，且超声换能器A和超声换能器B设置在同一水平线上，解决了超声波在传播过程中的折射衰减和波束偏移的问题，能够实现高精度、高效率流体测量的功能，保证了测量结果的准确可靠。

A flowmeter based on Engineering Mechanics

The invention discloses a flowmeter based on engineering mechanics, which comprises a flow detection device and a data acquisition system. One end of the data acquisition system is connected with a flow detection device. The flow detection device comprises a middle straight pipe, a left elbow pipe, a right elbow pipe, an ultrasonic transducer A and an ultrasonic transducer B, and the left elbow pipe and a right elbow pipe. A connecting head A is arranged at the left and right ends of the middle straight pipe, and a connecting head B is arranged at the connecting place between the left bend pipe and the left end of the middle straight pipe. The connecting head B is arranged at the connecting place between the right bend pipe and the right end of the middle straight pipe, and the ultrasonic transducer A and the ultrasonic transducer B are respectively arranged at the outside of the connecting head A and the connecting head B, and the ultrasonic transducer A and the ultrasonic transducer B are arranged at the outside of the connecting Ultrasonic transducer B is set on the same horizontal line, which solves the problem of refraction attenuation and beam offset in the process of ultrasonic propagation. It can realize the function of high-precision and high-efficiency fluid measurement and ensure the accuracy and reliability of the measurement results.

【技术实现步骤摘要】
一种基于工程力学的流量计
本专利技术涉及工程力学
，具体为一种基于工程力学的流量计。
技术介绍
工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程
，是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础，其最基础的部分包括静力学和材料力学。基于工程力学解决工程实际问题时，常需要用到流量计，流量计按照目前最流行、最广泛的分类法，可分为：差压式流量计、涡街流量计、涡轮流量计、浮子流量计、数字靶式流量计、电磁流量计和超声波流量计，每种流量计都有各自的特点和适用范围，其中，超声波流量计作为近年来发展起来的一种新型流量测量仪表，由于具有无压损、口径越大准确度越高、可在已有管道上安装、多声道可适应复杂流场等诸多优势，在工程力学流量测量领域发挥着越来越重要的作用。结合附图4，传统超声波流量计为“Z”型结构，在充满液体的管路外壁外侧设置两个成夹角的收发一体式超声换能器，分别测量两个超声换能器之间超声波的正向传播时间和逆向传播时间，可计算出超声传播时间差，从而根据流体流量公式换算成流体的流量。对于小管径流体流量测量，如果使用“Z”型流量计结构则存在明显不足：(1)如果小管径的直径d小于10mm，因超声波传播路径l为故超声波传播时间就非常小，为纳秒级以下，以测量精度为1％测算，则流量计系统的时间分辨率必须为几百皮秒，这样对超声波流量计测量系统的设计要求就非常高,不易实现；(2)超声波在液体和管壁界面传播时,夹角对其折射波强度衰减影响很大，在液体流速过大时,超声波信号存在波束偏移现象，相应接收换能器所接收的超声信号衰减明显，不利于高精度测量。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种基于工程力学的流量计，能够实现高精度、高效率流体测量的功能，保证了测量结果的准确可靠，且能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于工程力学的流量计，包括流量检测装置和数据采集系统，所述数据采集系统一端与流量检测装置连接，所述流量检测装置包括中间直管、左弯管、右弯管、超声换能器A和超声换能器B，所述左弯管和右弯管分别设置在中间直管的左右两端，且在左弯管与中间直管左端的连接处设置有连接头A，所述右弯管与中间直管右端的连接处设置有连接头B，所述超声换能器A和超声换能器B分别设置在连接头A、连接头B的外侧，且超声换能器A和超声换能器B设置在同一水平线上。进一步地，所述数据采集系统包括A/D芯片和ARM处理器，所述ARM处理器一端与A/D芯片连接，另一端依次通过D/A转换电路、驱动电路与超声换能器A连接，所述超声换能器B一端通过放大电路与A/D芯片连接。进一步地，所述放大电路与超声换能器B之间设置有有源带通滤波电路。进一步地，所述有源带通滤波电路包括低通电路和高通电路，所述低通电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和运算放大器U1，所述电阻R1的一端与放大电路的输出端连接，另一端分别与电阻R2、电阻R3和电容C2连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的正输入端连接，并经电容C1接地，电容C2的另一端与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的负输入端经电阻R5与运算放大器U1的输出端连接，并经电阻R4接地；所述高通电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C3、电容C4和运算放大器U2，电容C3的一端与运算放大器U1的输出端连接，另一端接电容C4的一端，并与运算放大器U2的输出端连接，电容C4的另一端与运算放大器U2的正输入端连接，并经电阻R6接地，运算放大器U2的负输入端经电阻R7和电阻R8与运算放大器U1的输出端连接，电阻R7和电阻R8的连接点经电阻R9接地，运算放大器U2的输出端与超声换能器B连接。进一步地，所述放大电路采用自动增益控制。进一步地，所述连接头A与左弯管、中间直管之间，连接头B与右弯管、中间直管之间均采用螺纹旋合方式连接，且在连接处套设有环状的橡胶密封圈。进一步地，所述ARM处理器采用的是ARM7微处理器LPC2138。进一步地，所述A/D芯片采用的是12位流水线结构的ADC12DL040芯片，且A/D芯片的内部有采样保持电路和基准电压源。进一步地，所述中间直管的外侧设置有水通管路，且所述水通管路的左端连接有进水管，所述进水管左端设置有滤网。进一步地，所述左弯管与中间直管、右弯管与中间直管均呈135°安装。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术通过“π”型结构流量检测装置的设置，一方面，有效避免了该流量计接入测试管路时对被测液体流动状态的影响；另一方面，通过将两个超声换能器放置在测试管路的两端，大大延长了超声波的传播路径，有利于测量超声传播时间差，而且，相比较传统“Z”型结构的流量计，该流量计中两个超声换能器之间的夹角为零，避免了超声波在传播过程中的折射衰减和波束偏移的问题，从而有效保证了该基于工程力学的流量计测量结果的准确可靠性，提高了测量精度；(2)本专利技术设置的基于ARM的数据采集系统，通过高速高分辨率的数据采集，实现了精确计算超声波纳秒级顺逆流时间差的功能，在提高流量计精度的同时，降低了生产成本。附图说明图1为本专利技术的流量检测装置结构示意图；图2为本专利技术的数据采集系统信号流程图；图3为本专利技术的有源带通滤波电路图；图4为传统“Z”型流量计结构示意图。图中标号：1-流量检测装置；2-数据采集系统；3-连接头A；4-连接头B；5-有源带通滤波电路；6-橡胶密封圈；7-水通管路；8-进水管；9-滤网；101-中间直管；102-左弯管；103-右弯管；104-超声换能器A；105-超声换能器B；201-A/D芯片；202-ARM处理器；203-D/A转换电路；204-驱动电路；205-放大电路。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1至图4所示，本专利技术提供了一种基于工程力学的流量计，包括流量检测装置1和数据采集系统2，所述数据采集系统2一端与流量检测装置1连接，所述流量检测装置1包括中间直管101、左弯管102、右弯管103、超声换能器A104和超声换能器B105，所述左弯管102和右弯管103分别设置在中间直管101的左右两端，且在左弯管102与中间直管101左端的连接处设置有连接头A3，所述右弯管103与中间直管101右端的连接处设置有连接头B4，所述超声换能器A104和超声换能器B105分别设置在连接头A3、连接头B4的外侧，且超声换能器A104和超声换能器B105设置在同一水平线上，从而使得超声换能器A104和超声换能器B105之间的夹角为零，避免了超声波在传播过程中的折射衰减和波束偏移的问题，左弯管102与中间直管101、右弯管103与中间直管101均呈135°安装，构成了“π”型结构，相比较传统“Z”型结构流量计，该结构的优点是能够有效避免流量计接入测试管路时对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工程力学的流量计，其特征在于：包括流量检测装置(1)和数据采集系统(2)，所述数据采集系统(2)一端与流量检测装置(1)连接，所述流量检测装置(1)包括中间直管(101)、左弯管(102)、右弯管(103)、超声换能器A(104)和超声换能器B(105)，所述左弯管(102)和右弯管(103)分别设置在中间直管(101)的左右两端，且在左弯管(102)与中间直管(101)左端的连接处设置有连接头A(3)，所述右弯管(103)与中间直管(101)右端的连接处设置有连接头B(4)，所述超声换能器A(104)和超声换能器B(105)分别设置在连接头A(3)、连接头B(4)的外侧，且超声换能器A(104)和超声换能器B(105)设置在同一水平线上。

【技术特征摘要】
1.一种基于工程力学的流量计，其特征在于：包括流量检测装置(1)和数据采集系统(2)，所述数据采集系统(2)一端与流量检测装置(1)连接，所述流量检测装置(1)包括中间直管(101)、左弯管(102)、右弯管(103)、超声换能器A(104)和超声换能器B(105)，所述左弯管(102)和右弯管(103)分别设置在中间直管(101)的左右两端，且在左弯管(102)与中间直管(101)左端的连接处设置有连接头A(3)，所述右弯管(103)与中间直管(101)右端的连接处设置有连接头B(4)，所述超声换能器A(104)和超声换能器B(105)分别设置在连接头A(3)、连接头B(4)的外侧，且超声换能器A(104)和超声换能器B(105)设置在同一水平线上。2.根据权利要求1所述的一种基于工程力学的流量计，其特征在于：所述数据采集系统(2)包括A/D芯片(201)和ARM处理器(202)，所述ARM处理器(202)一端与A/D芯片(201)连接，另一端依次通过D/A转换电路(203)、驱动电路(204)与超声换能器A(104)连接，所述超声换能器B(105)一端通过放大电路(205)与A/D芯片(201)连接。3.根据权利要求2所述的一种基于工程力学的流量计，其特征在于：所述放大电路(205)与超声换能器B(105)之间设置有有源带通滤波电路(5)。4.根据权利要求3所述的一种基于工程力学的流量计，其特征在于：所述有源带通滤波电路(5)包括低通电路和高通电路，所述低通电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和运算放大器U1，所述电阻R1的一端与放大电路(205)的输出端连接，另一端分别与电阻R2、电阻R3和电容C2连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端与运算放大器U1的正输入端连接，并经电容C1接地，电容C2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁超，黄华，司马卫平，廖熠，唐恒军，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51