一种改进的超声波流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种改进的超声波流量计，包括：绕气体管道周向布置的三对超声波收发装置，其中一对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线相交，其余两对超声波收发装置所形成的超声波传播路径相互平行，且对称分布在气体管道中心线的两侧；用于处理超声波收发装置采集信息的控制单元，该控制单元包括以下模块：选样模块，用于在超声波的回波信号中选取两个采样点；时间模块，计算两个采样点连线与基准电平线的交点时刻T

An improved ultrasonic flowmeter

The invention discloses an improved ultrasonic flowmeter, including: gas pipeline around the circumferential of three ultrasonic receiving device arrangement, wherein the center line propagation path of ultrasonic and gas pipeline to form a pair of ultrasonic receiving device of the intersection, the remaining two of the ultrasonic transceiver device formed by the ultrasonic wave propagation path parallel to each other, and both sides of symmetric distribution in the center line of the gas pipeline; a control unit for processing ultrasonic receiving device for collecting information, the control unit includes the following modules: sampling module, used in ultrasonic echo signal in the selected two sampling points; time calculation module, two sampling points and lines of intersection line reference level T

【技术实现步骤摘要】
一种改进的超声波流量计
本专利技术涉及计量仪表
，具体涉及一种改进的超声波流量计。
技术介绍
由于人们对环境的关注度越来越高，天然气作为清洁环保的绿色能源得到了越来越广泛的关注及应用，天然气行业在未来很长时间内都将得到快速发展。为了适应天然气行业的发展需求，特别是燃气公司对天然气计量及管网输配管理的发展需求，在信息化技术的发展背景下，计量精确、工作稳定，且具有远程管理功能的智能流量计系统开始进入天然气计量及输配管理中。目前，国内应用于天然气计量及输配管理的流量计主要为罗茨表和涡轮表，这两种计量仪表均属于机械式计量仪表，难以摆脱机械式仪表固有的弱点，例如，对天然气的质量要求高，容易卡住，维护频繁且维护成本较高，同时随着天然气输送管路口径的增大，两种机械式计量仪表的体积、重量和价格会大幅度攀升，这些弱点严重制约了天然气计量及管网输配管理向着“精确、稳定、智能、高效”的方向发展。为了克服机械式计量仪表的缺点，现有技术中出现了超声波流量计，利用超声波信号进行气体流量的检测，例如授权公告号为CN102914334B的专利技术专利文献公开了一种插入式超声波气体流量计，包括使用时插入待测气体管路中的换能器固定架，在换能器固定架上固设有用于测量超声波在待测气体中顺流传播时的顺流时间和逆流传播时的逆流时间的超声波换能器组，还包括使用时布置在待测气体管路的与所述超声波换能器组相对应的管段处、且与该管段相连通并供该管段中的待测气体自由扩散的静速容器，在静速容器上布置用于在静速管中测量超声波传播速度的超声波换能器。但是该专利技术专利文献中，静速管需要插入气体管路中进行气体流量的测量，静速管本身会对气体流动造成扰动，从而引起流量测量的误差。为了满足天然气计量及管网输配管理的发展需求，需要提供一种智能化的超声波流量计，以实现对天然气流量的精确测量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种改进的超声波流量计，能够对气体流量进行精确测量，对气体管网状态进行实时监控，对输配异常进行及时响应，尤其适合于天然气的输配管理。一种改进的超声波流量计，所述超声波流量计包括：绕气体管道周向布置的三对超声波收发装置，其中一对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线相交，其余两对超声波收发装置所形成的超声波传播路径相互平行，且对称分布在气体管道中心线的两侧；用于处理超声波收发装置采集信息的控制单元，该控制单元包括以下模块：选样模块，用于在超声波的回波信号的采样数据中选取两个采样点；时间模块，计算两个采样点连线与基准电平线的交点时刻T3；计算模块，利用式t＝T3-T0-n·T计算超声波的传输时间，并利用传输时间计算得到各回波信号对应的初始气体流量，并对各初始气体流量进行加权平均，得到气体加权平均流速并据此计算得到气体流量，式中，T0为超声波发送的时刻；T1为回波信号的起始时刻，n为T1与T3之间回波信号的周期个数，T为超声波回波信号的周期。一对超声波探头所形成的超声波为一束，本专利技术中以该束超声波的中轴线作为相应的超声波传播路径。本专利技术中在气体管道周向布置三对超声波收发装置，每个超声波收发装置都具有接收和发射超声波的功能，本专利技术中各超声波收发装置伸入气体管道中的部分非常小，不会对气体的流动状态形成干扰。为了准确测量超声波的传播时间，并兼顾测量的效率，优选地，每对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线的夹角为30～60度。相互平行的两条超声波传播路径共平面，另一对超声波的传播路径与该平面仅有一个交点。每次测量气体流量时，三对超声波收发装置依次轮流发射和接收超声波信号，每对超声波收发装置获取对应的一组超声波回波信号，每组回波信号对应得到一个超声波与气体同向传输的顺向传输时间，和一个超声波与气体反向传输的逆向传输时间。通过控制单元控制超声波收发装置的超声波发射和接收，超声波收发装置依据控制单元的指令，完成超声波收发通道的选取，并进行超声波的发射和接收。超声波收发装置的收发次序可以通过预先的程序进行设定，也可以经后续人为设置。利用超声波流量计对气体流量进行测量的关键在于，准确测定超声波在气体中的传输时间，由于超声波接收装置接收到的回波信号通常由弱到强，然后逐步衰减，因此，在回波信号中确定接收到超声波的时刻成为确定传输时间的关键。本专利技术提供的超声波流量计，能够准确并可靠的获得超声波的传输时间，从而得到准确的气体流量。在回波信号中，由于采样频率的限制，回波信号与基准电平线的交点时刻难以准确获得，本专利技术利用两个采样点连线与基准电平线的交点作为回波信号与基准电平线的交点时刻，方法简单，且能够保证必要的计算精度。作为优选，两个采样点的选取范围为：触发波之后第一个正向幅值大于VHH-Vb且负向幅值大于Vb-VLL的波段的下降沿；两个采样点中，其中一个采样点位于[VHL，VHH]范围内，另一个采样点位于[VLL，VLH]范围内；VHL、VHH、VLL、VLH依据采样频率确定，确定原则为：每次采样必然有采样点位于所选取的电平范围内，且落入所选取的电平范围内的采样点个数尽可能地少。在采样频率确定的前提下，[VHL，VHH]和[VLL，VLH]的范围尽可能地小。若[VHL，VHH]或[VLL，VLH]中存在多个满足要求的采样点，选择最靠近范围中间值的采样点。作为优选，若在回波信号的采样数据中找不到满足要求的采样点，则自动调节增益，以获得满足要求的采样点。在极端情况下，例如超声波探头损坏时，可能会出现无论如何调节增益都不能获得满足要求的采样点的情况，在经过一段时间尝试后，如果始终不能够获得满足要求的采样点，会对探头是否正常进行判定，如果判定探头异常，则进行异常日志存储并报警。选定[VHL，VHH]和[VLL，VLH]的目的在于，使两个采样点连线与基准电平线的交点时刻能够逼近回波信号与基准电平线的交点时刻，在能够达到该目的的前提下，依据采样频率确定VHL、VHH、VLL、VLH。VHH和VLL的选取方式为：在气体流量达到超声波流量计量程上限时，使用相应的超声波的最大幅值减去一定的裕量得到。本专利技术提供的超声波流量计为智能电子设备，计量精度高(至少达到和机械表相同的精度)、设备稳定性好、维护成本低，同时还集成了故障自诊断及各类数据远传功能，使得燃气公司能够对天然气管网状态进行实时监控、对燃气输配进行远程管理、对异常状态进行及时响应，能有效提高燃气公司对燃气管网的信息化管理水平。附图说明图1a为实现本专利技术的超声波流量计中超声波收发装置布置的示意图；图1b为图1a中的A向示意图；图1c为图1b中的B向示意图；图1d为超声波流量计中超声波传播路径穿过管道中心线的超声波收发装置的剖视图；图2为本专利技术改进的超声波流量计的结构示意图；图3为本专利技术改进的超声波流量计的工作流程示意图；图4为时间测量的流程示意图；图5为原始回波信号示意图；图6为图5中的B部放大图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术改进的超声波流量计做详细描述。如图1a、1b、1c所示，本专利技术采用的超声波流量计包括三对超声波探头(即超声波收发装置)，分别为超声波探头11和超声波探头12，超声波探头21和超声波探头22，超声波探头31和超声波探头32，其中超声波探头11和超声波探头12的超声波传播路径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的超声波流量计，其特征在于，所述超声波流量计包括：绕气体管道周向布置的三对超声波收发装置，其中一对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线相交，其余两对超声波收发装置所形成的超声波传播路径相互平行，且对称分布在气体管道中心线的两侧；用于处理超声波收发装置采集信息的控制单元，该控制单元包括以下模块：选样模块，用于在超声波的回波信号的采样数据中选取两个采样点；时间模块，计算两个采样点连线与基准电平线的交点时刻T

【技术特征摘要】
1.一种改进的超声波流量计，其特征在于，所述超声波流量计包括：绕气体管道周向布置的三对超声波收发装置，其中一对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线相交，其余两对超声波收发装置所形成的超声波传播路径相互平行，且对称分布在气体管道中心线的两侧；用于处理超声波收发装置采集信息的控制单元，该控制单元包括以下模块：选样模块，用于在超声波的回波信号的采样数据中选取两个采样点；时间模块，计算两个采样点连线与基准电平线的交点时刻T3；计算模块，利用式t＝T3-T0-n·T计算超声波的传输时间，并利用传输时间计算得到各回波信号对应的初始气体流量，并对各初始气体流量进行加权平均，得到气体加权平均流速并据此计算得到气体流量，式中，T0为超声波发送的时刻；T1为回波信号的起始时刻，n为T1与T3之间回波信号的周期个数，T为超声波回波信号的周期。2.如权利要求1所述的改进的超声波流量计，其特征在于，每对超声波收发装置所形成的超声波传播路径与气体管道的中心线的夹角为30～60度。3.如权利要求2所述的改进的超声波流量计，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱赵君，
申请(专利权)人：杭州思筑智能设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33