流体流量测量系统技术方案

一种流量测量系统，包括一个用于输送流体的管道，在管道中有两个分开设置的传感器，在传感器之间限定一个流体流量测量部分，其中测量部分用于控制非基频声波波型对由至少一个传感器所接收信号的作用。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的来说涉及的是流体的超声波流量测量，具体涉及的是在测量中，控制和/或抑制非基频声波波型的影响。已知气体的流速以及在气体中的声速是能够通过在气流的上游测和下游测对超声波脉冲的传播时间进行两次测量来确定。这是传播时间式超声波气体流量计的工作的原理。为了使这种计时具有较小的不确性，需要选择一些能够作为计时标记的具有精确特征的脉冲。信号的过零点在时间上能够非常准确地确定并成为一个很好的记时标记。但是，过零点有很多，必须从中可靠地选择一个这样的过零点作为计时标记。图1E表示的是一种典型的超声测量装置1，其中，两个传感器2，3通过一个管道4面对面地相对设置，管道4为圆柱形，截面为圆形，气体沿箭头6所示方向在管道4中流动。图1A-1D表示的是从入射到圆形管道4中的超声波脉冲所获得的典型信号。图1A表示的是一开始的接收信号，而图1B、1C和1D表示的是经过一些时间的接收信号，其中，各时间标记分别表示信号1次，2次，3次和4次经过信号开始时的初始到达点。选择一个特定的负过零点，作为记时的标记。PCT/AU92/00314(WO93/00569)号国际专利申请披露了一种电子流体流量计，其中，包含一完善的以两级处理来选择这种特定过零点的电路系统。利用信号幅度，负向过零点检测器能够在到达所需的过零点之前选择时间。对于这个预备过程在时间上允许有适当的自由度，但是，很明显这种选择必须是在所选择的过零点之前而在前一个过零点之后进行。此外，这可以用来代替精确的时间标记。已经发现这种装置工作令人满意，这是因为这种装置是根据信号幅度工作并随时间变化。所以，引起信号幅度改变的任何因素都有干扰初始时间的选择，从而干扰正确的过零点的选择的可能。在电子系统中幅值变化的一个原因是增益变化。增益发生变化可能是因为老化，温度变化，或其他环境影响。一般是采用某种自动增益控制(AGC)的方法来对这些变化进行补偿，自动增益控制的方法几乎消除了这些幅值的变化。但是，会有另外的使幅值改变的原因，即，即使由于使用AGC的结果在最大峰值高度恒定的时候也会对信号中个别峰值高度产生影响。此外，当幅值改变导致错误选过零点的时候，所产生的时间误差至少是信号的一个整周期。由于这是系统性的，所以，这意味着一个严重的误差，而且进行平均也不会产生不精确性更小的无偏差平均值。这些幅值变化的一个明显原因是非基频声波波型的存在和传播。本专利技术的目的就是通过采用一个装置来基本解决上述问题，或使上述问题得到改善，利用该装置，能够进一步减少非基频声波波型对所接收的信号，典型的是对其幅值的影响。在整个说明书中所称的“非基频声波波型”是指包括称为高次声波波型的声波波型，反之也一样。按照本专利技术的一个方面提供一种流体流量测量系统，它包括一个输送流体的管道，在管道中有分开设置的两个传感器，在两个传感器之间限定一个流体流量测量部分，其中，这个测量部分适于控制非基频声波波型对由至少一个传感器所接收的信号的作用。总的来说，构成这个测量部分以便控制非基频声波波型在传感器之间的传播，是为了在被传感器接收时减少它们的影响，其中，通过降低非基频声波波型前进的速度来抑制它的传播。其优点是，不降低基频声波波型的速度，并且通过减少非基频声波波型单纯对一个传感器所接收的信号的幅值的作用来降低非基频声波波型的影响。在一种结构形式中，测量部分具有至少一个位于管道中的阻碍物，以使流体能围绕阻碍物流动，阻碍物的形状和在管道中的位置都是为抑制非基频声波波型的影响而设计的。一般来说，阻碍物位于管道的中央。另外一种是阻碍物可以不位于管道的中央。其优点是，按流体动力学原理设计阻碍物的形状以使在其附近流体压力的减小被降至理论上的最低点。一般来说，这是通过在管道的测量部分中设置一个或一些具有合适的按流体动力学设计的形状的阻碍物以把管道内的流体压降减小到最小或显著地减小来实现的，其中，阻碍物具有基本光滑的表面。在一种特定的结构形式中，测量部分自身在形状上至少有一部分具有增大的、非圆形的横截面。通常是通过这样的管道来实现的，这种管道具有至少两个内部相连的管壁部分，其中一个管壁部分是弯曲的，而另一个基本上是不弯曲的。弯曲管壁部分的形状可以是椭圆，圆，抛物线，双曲线，摆线，内摆线，或外摆线的一部分。管壁部分间的内部连接可以是整体形成的，或是由分开的基体形成的。如上所述，阻碍物位于增大的测量部分中。在一种典型的流量测量系统中有一个输送流体的管道，在管道中有两个分开设置的传感器，在两个传感器之间限定一个测量部分，测量部分包括一个圆柱形管道，并且至少有一个按流体动力学设计形状的阻碍物位于测量部分的中央。另一种是，测量部分可以包括至少一个在形状上横截面为非圆形的测量部分的部分，这个部分与设置在测量部分中的至少一个按流体动力学设计形状的阻碍物相结合，这种结合用于抑制由至少一个传感器所接收的非基频声波波型的影响。一般来说，阻碍物是椭圆形并在传感器之间沿管道的主轴设置在管道的中央，从而使在横截面上围绕阻碍物为一个环形，其中，在管道管壁和阻碍物之间的流动通道的宽度沿阻碍物发生变化。在管道中可以设置有一个，两个，三个直到十个或更多的阻碍物。形成测量部分的管道的内表面还可以是粗糙不平的，以抑制由至少一个传感器接收的非基频声波波型的影响。如上所述的系统可以用于进行液体或气体的流量测量。一般来说，气体可以是民用气体，甲烷，丙烷，氧气，氢气或工业用气体。其优点是，这个系统可以构成民用或工业用气体流量计的一部分，这种气体流量计特别适合于测量所谓的“天然气”的流量。关于在液体流量测量方面的应用包括液体碳氢化合物和水的测量，以及在船舶测速方面的应用。现在参照其余附图说明本专利技术的一些实施例，这些附图为图2表示了在圆形管道中存在的基频和各种高次声波波型；图3说明的是会聚流动和(0.2)波型；图4表示的是图3的接收波形；图5是与图4相似但是在采用了本专利技术的一个实施例之后的示意图；图6表示了在图5中所采用的一单个阻碍物的实施例；图7表示了另一个包括两个阻碍物的实施例；图8表示的是由图7的实施例所产生的波形；图9A-9D是与图1A到1D相似的，但如图6或图7那样在管道中设置有一个阻碍物的示意图；图10表示了气体管道温度变化的影响；图11A和11B表示在图10的管道中发射的信号；图12说明了采用本专利技术的另一个实施例对图11所作的改进；图13A和13B关于温度变化对有无阻碍物的波形进行了比较；图14表示的是采用“声循环”(ring-around)技术发射传输超声波；图15A和15B表示的是代表另外的一些实施例的两种管道形状，其能够减少由于采用“声循环”技术所产生的高次波型的影响；图16A-16D是与图1A到1D相似，但是由图6与15A相结合所产生的信号的示意图。当把声音脉冲沿着管路或管道入射的时候，会引起传输信号的许多声波波型。这些波型可以简单地被认为是从管道的管壁的反射，或者是紧绷在鼓上的鼓面的振动并在空间传播。这两种类比模拟都有它们的用处但也有各自的局限性。反射类比能够确定，反射多次的波型沿管道传播的速度会下降。最快的波型是未被反射的平面波或基频波型。平面波波型沿管道以声波在自由空间中的速度进行传播，用C表示。其它波型由于被管道管壁所反射，所以沿管道传播的速度是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：N·比格奈尔，
申请(专利权)人：联邦科学及工业研究组织，AGL咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：