插入式超声波流量计、流量测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种插入式超声波流量计、流量测量系统及方法，涉及流量监测领域。所述插入式超声波流量计包括主插杆，所述主插杆插入所述管道内的一端具有间隔对称设置的第一分支部和第二分支部，所述第一分支部和所述第二分支部分别设置在所述管道的上游和下游，所述第一分支部上设置有第一超声波换能器，所述第二分支部上设置有与所述第一超声波换能器的位置对应的第二超声波换能器。与现有技术相比，本发明专利技术提供的插入式超声波流量计的信号接收能力更强，信道噪声更小，因此功耗更小可以用电池供电，结构稳定且精简，使用方便，能够对管道水流低流速及流量进行精确测量。

Insertion type ultrasonic flowmeter, flow measuring system and method

The invention provides an inserted ultrasonic flowmeter, a flow measuring system and a method, relating to the field of flow monitoring. The insertion type ultrasonic flowmeter comprises a main rod, one end of the main rod inserted into the pipe with spaced symmetrically arranged first branch and the second branch, the first branch and the second branch part are respectively arranged upstream and downstream in the pipeline, the first sub branch is provided with a first ultrasonic transducer, the second branch of ultrasonic transducers are arranged on the second position and the first ultrasonic transducer corresponding. Compared with the prior art, the insertion type ultrasonic flowmeter signal provided by the invention receiving ability, channel noise is smaller, so the power consumption can be powered by batteries, stable structure and convenient use, can be streamlined, pipe flow velocity and flow of low accurate measurement.

【技术实现步骤摘要】
插入式超声波流量计、流量测量系统及方法
本专利技术涉及流量监测领域，具体而言，涉及一种插入式超声波流量计、流量测量系统及方法。
技术介绍
随着水资源的日渐溃乏，以及节能减排标准的日益提高，水的精确计量和供水给水的系统高效化管理，已成为当今水行业的急迫任务之一。据统计一般城市平均漏水损失在20-30％左右。这是巨大的资源和能源的损失。为了减少这种损失就需要在输水管线上加装流量计，对管网流量和压力进行实时在线监测。但是，由于大部分管网已经铺设并运营多年，安装管段式流量计或水表需要停水，同时还需要切断现有管段，工程费用较高，因此管段式流量计或水表在实际应用场合受限。近年来，DMA分区计量方法在城市漏水检测中受到普遍重视。但是，在实施中，人们发现，随着管道尺寸的增大，所需管段式流量计或水表的成本也迅速攀升，这就使得城市供排水公司不得不减少表的安装数量。这就等于是扩大了漏水检测的分区范围，从而降低了漏水检测的效率和精准性。插入式超声流量计无需切断现有管道，也无需停水，可以带压安装，其施工方便、快速。并且，其成本随管道尺寸变化不大，因此受到广泛关注。现有的插入式流量计主要有机械式、电磁式和超声波式。插入式机械流量计，是指把传统的机械式流速仪如旋浆流速仪、涡轮流速仪等，用插入的方式安装在管道内。这类流量计有机械式流量计的共同弱点：易磨损、易堵塞或卡死，始动流量高，精度低等。因此实际应用中局限很大，难以用于精确计量及管网漏水检测。插入电磁流量计无转动部件，维护成本低还可以电池供电。但是，它易受电磁环境及介质导电率的影响，另外由于其低流速测量不够理想，再加上成本高，因此只有少量使用。插入超声波流量计具有无转动部件，维护成本低的优点。它通常使用一对换能器。其换能器安装在管道两侧、面对面或者在管道同侧相距一定距离。换能器通常与管道内壁齐平或在管内壁附近。因此，在测量时声波信号需要穿过较长距离，比如一倍到二倍管径，声衰减较大，这就要求较强的发射功率，较复杂的弱信号检测和处理计算，于是，系统功耗一般较大，难以实现电池供电。城市管网在需要安装流量计的节点处，常常没有电源。如果流量计不是电池供电，就无法使用。另外，由于接收信号里的噪声较强，插入超声波流量计测量低流速较困难，无法用于漏水检测。再者，在安装过程中，需要根据实际情况调节传感器相对距离，以便使得接收信号强度达到最佳。因此，系统的零点无法准确地确定，影响测量结果。综上所述，目前还没有一种较好的插入式流量计，能够既容易安装又能稳定可靠地工作，既维护成本低又价格适中，同时还能电池供电以及检测低流速。特别是后两者对实际应用有很重要的意义。由于输水管线大部份地方无法或不容易取到市电，流量计的供电成为特别重要的问题。另一方面，漏水在早期都属于暗漏，其流速较小，但因为输管网的管径都较大，相应漏水的水量确不小，这样，流量计的低流速性能就对漏水检测很关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种插入式超声波流量计、流量测量系统及方法，其能够有效改善上述问题。本专利技术的实施例是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种插入式超声波流量计，应用于管道，所述插入式超声波流量计包括主插杆，所述主插杆插入所述管道内的一端具有间隔对称设置的第一分支部和第二分支部，所述第一分支部和所述第二分支部分别设置在所述管道的上游和下游，所述第一分支部上设置有第一超声波换能器，所述第二分支部上设置有与所述第一超声波换能器的位置对应的第二超声波换能器。在本专利技术较佳的实施例中，所述第一分支部在所述管道内的不同高度上还设置有多个超声波换能器，所述第二分支部上还设置有与所述第一分支部上的多个超声波换能器数量相同且位置对应的多个超声波换能器，所述第一分支部和所述第二分支部上位置对应的每两个超声波换能器构成一个超声波声道，每个所述超声波声道所在的直线与所述管道的中心轴线平行。在本专利技术较佳的实施例中，所述第一分支部上设置有与所述第一超声波换能器位于不同高度的第一声反射镜，所述第二分支部上设置有与所述第一声反射镜位于同一高度的第二声反射镜，所述第一声反射镜和所述第二声反射镜的连线与所述管道的中心轴线位于同一平面内，由所述第一超声波换能器发出的超声波信号经所述第一声反射镜的反射面反射并入射到所述第二声反射镜的反射面上，再由所述第二声反射镜的反射面反射到达所述第二超声波换能器，由所述第二超声波换能器发出的超声波信号经所述第二声反射镜的反射面反射并入射到所述第一声反射镜的反射面上，再由所述第一声反射镜的反射面反射到达所述第一超声波换能器。在本专利技术较佳的实施例中，所述第一分支部和所述第二分支部的不同高度处还设置有多组超声波换能器与声反射镜结构，每组所述超声波换能器与声反射镜结构中，由一个超声波换能器发出的超声波信号经过两个声反射镜到达与其对应的另一个超声波换能器。在本专利技术较佳的实施例中，所述主插杆通过链接法兰固定安装在所述管道上。在本专利技术较佳的实施例中，所述主插杆上设置有轴向指示线，所述轴向指示线与所述管道的中心轴线平行。在本专利技术较佳的实施例中，所述主插杆上设置有刻度或卡槽，以控制所述主插杆在所述管道内的插入深度。第二方面，本专利技术实施例提供了一种流量测量系统，其包括如上所述的插入式超声波流量计、时差测量单元、参考时钟单元、MCU微处理器、LCD/Buttons显示及按键单元、INTF接口单元、DL外部数据存储单元、RTC实时时钟单元以及PMU电池管理单元，所述时差测量单元和所述MCU微处理器分别与所述插入式超声波流量计连接，所述参考时钟单元和所述MCU微处理器分别与所述时差测量单元连接，所述LCD/Buttons显示及按键单元、所述INTF接口单元、所述DL外部数据存储单元、所述RTC实时时钟单元以及所述PMU电池管理单元分别与所述MCU微处理器连接，所述时差测量单元的传感器接入端还设置有多声道转换开关。在本专利技术较佳的实施例中，所述流量测量系统还包括温度传感器、压力传感器、温度测量单元TMP和压力测量单元P，所述温度传感器设置于所述插入式超声波流量计的主插杆上，所述温度测量单元TMP和所述时差测量单元连接，所述压力传感器设置于所述插入式超声波流量计的主插杆上，所述压力测量单元P和所述MCU微处理器连接。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种流量测量方法，应用于如上所述的流量测量系统，所述方法包括：获取超声波信号从上游到下游的传播时间tdn以及超声波信号从下游到上游的传播时间tup；获取tdn和tup之间的传播时间差dt；获取超声波信号从上游到下游或超声波信号从下游到上游的传播路径长度L，并计算换能器处的点流速V＝L/(tup*tdn)*dt，管道断面平均流速Va＝Ki*Kp*V，管道流量Q＝π*R2*Va，其中，Kp为流速剖面系数，Kc为仪器标定系数，R为管道内半径。本专利技术实施例提供的插入式超声波流量计、流量测量系统及方法，通过将主插杆的一端插入管道内进行测量，在管道的上游和下游间隔对称设置第一分支部和第二分支部，并在所述第一分支部和所述第二分支部上对应设置第一超声波换能器和第二超声波换能器，可构成一个流速测量超声波声道；另外，第一超声波换能器和第二超声波换能器的位置对应，使得声波信号的传输质量更高，便于精确测量管内某一位置的点流速。与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种插入式超声波流量计，应用于管道，其特征在于，包括主插杆，所述主插杆插入所述管道内的一端具有间隔对称设置的第一分支部和第二分支部，所述第一分支部和所述第二分支部分别设置在所述管道的上游和下游，所述第一分支部上设置有第一超声波换能器，所述第二分支部上设置有与所述第一超声波换能器的位置对应的第二超声波换能器。

【技术特征摘要】
1.一种插入式超声波流量计，应用于管道，其特征在于，包括主插杆，所述主插杆插入所述管道内的一端具有间隔对称设置的第一分支部和第二分支部，所述第一分支部和所述第二分支部分别设置在所述管道的上游和下游，所述第一分支部上设置有第一超声波换能器，所述第二分支部上设置有与所述第一超声波换能器的位置对应的第二超声波换能器。2.根据权利要求1所述的插入式超声波流量计，其特征在于，所述第一分支部在所述管道内的不同高度上还设置有多个超声波换能器，所述第二分支部上还设置有与所述第一分支部上的多个超声波换能器数量相同且位置对应的多个超声波换能器，所述第一分支部和所述第二分支部上位置对应的每两个超声波换能器构成一个超声波声道，每个所述超声波声道所在的直线与所述管道的中心轴线平行。3.根据权利要求1所述的插入式超声波流量计，其特征在于，所述第一分支部上设置有与所述第一超声波换能器位于不同高度的第一声反射镜，所述第二分支部上设置有与所述第一声反射镜位于同一高度的第二声反射镜，所述第一声反射镜和所述第二声反射镜的连线与所述管道的中心轴线位于同一平面内，由所述第一超声波换能器发出的超声波信号经所述第一声反射镜的反射面反射并入射到所述第二声反射镜的反射面上，再由所述第二声反射镜的反射面反射到达所述第二超声波换能器，由所述第二超声波换能器发出的超声波信号经所述第二声反射镜的反射面反射并入射到所述第一声反射镜的反射面上，再由所述第一声反射镜的反射面反射到达所述第一超声波换能器。4.根据权利要求3所述的插入式超声波流量计，其特征在于，所述第一分支部和所述第二分支部的不同高度处还设置有多组超声波换能器与声反射镜结构，每组所述超声波换能器与声反射镜结构中，由一个超声波换能器发出的超声波信号经过两个声反射镜到达与其对应的另一个超声波换能器。5.根据权利要求1所述的插入式超声波流量计，其特征在于，所述主插杆通过链接法兰固定安装在所述管道上。6.根据权利要...

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