一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，包括管体，管体在轴向上分为前整流段、测量段、后整流段，测量段两对称侧分别各自安装有超声波发射探头、超声波接收探头；还包括控制器，控制器分别与超声波发射探头控制连接，控制器还分别超声波接收探头信号传递连接，由控制器计算得到校正后煤层气通过管体时的流量。本发明专利技术能够提高流量计工作可靠性，减少故障问题，进一步提高测量结果的准确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计


[0001]本专利技术涉及煤矿用流量计领域，具体是一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计。

技术介绍

[0002]抽采管道流量测量是瓦斯抽采监测系统的重要组成部分，同时可为预抽效果检验提供基础数据。在利用涡街流量计测量煤矿井下瓦斯抽采管道气体流量时，由于含有大量的粉尘、水、煤浆等杂质，容易堵塞、粘连传感器关键部位而造成故障，且易受环境震动的影响。
[0003]超声波几乎可以在所有物质中传播，它的传播不受空间、物质的限制。相对于光，超声波的传播速度较慢，因而传播相同距离的条件下，超声波的传播时间远小于光，这降低了捕捉超声波传播时间差的难度，同时也为实现高精度监测带来了便利。因此，有必要考虑基于超声波进行煤矿中抽采管道煤层气流量测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，以解决现有技术煤矿管道用煤层气流量传感器存在易故障、测量结果由于受干扰而误差较大的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0006]一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，包括用于通过煤层气的管体，管体在轴向上依次分为前整流段、测量段、后整流段，其中测量段两对称侧分别各自安装有超声波发射探头、超声波接收探头，每侧的超声波发射探头、超声波接收探头沿管体轴向分布，两侧的超声波发射探头位置对应，两侧的超声波接收探头位置对应，每侧的超声波发射探头分别与对侧的超声波接收探头工作配合构成发射接收组合；
[0007]还包括控制器，所述控制器的信号输出端分别与两侧的超声波发射探头控制电连接，控制器的信号输入端分别与两侧的超声波接收探头信号传递电连接，所述控制器控制两侧超声波发射探头分别向对应发射接收组合中的超声波接收探头发出超声波，由控制器获取每个发射接收组合中超声波接收探头接收超声波时产生的信号；
[0008]所述控制器根据两个发射接收组合中超声波发射探头和对应配合的超声波接收探头之间连线的夹角，以及每个发射接收组合中超声波发射探头、超声波接收探头之间间距，以及每个发射接收组合中超声波发射探头发射超声波与超声波接收探头接收超声波之间的时间差，结合计算得到的校正系数，进一步计算得到校正后煤层气通过管体时的流量。
[0009]进一步的，所述管体前整流段的轴向长度大于或等于3倍的管体内径。
[0010]进一步的，所述管体后整流段的轴向长度大于或等于1.5倍的管体内径。
[0011]进一步的，所述管体测量段的轴向长度小于管体后整流段的轴向长度。
[0012]进一步的，设一侧的发射接收组合中超声波发射探头为A1、超声波接收探头为B1，
另一侧的发射接收组合中超声波发射探头为A2、超声波接收探头为B2，所述控制器中根据公式(1)计算得到通过校正前管体的煤层气的流量，公式(1)如下：
[0013][0014]公式(1)中：υ为煤层气流量；
[0015]为直线A1
‑
B2和直线B1
‑
A2之间夹角；
[0016]L1为A1与B2之间的距离，L2为B1与A2之间的距离，理想情况下L1＝L2，并设理想情况下L1＝L2＝L0；
[0017]t
A1
‑
B2
为从A1发射超声波开始计时，B2接收到超声波信号时所需的时间；
[0018]t
B1
‑
A2
为从A2发射超声波开始计时，B1接收到超声波信号时所需的时间。
[0019]进一步的，所述校正系数包括第一校正系数k
0，A1
‑
B2
、第二校正系数k
0,B1
‑
A2
、第三校正系数k
1,A1
‑
B2
、第四校正系数k
1,B1
‑
A2
，其中：
[0020]第一校正系数k
0,A1
‑
B2
、第二校正系数k
0,B1
‑
A2
是考虑先天干扰因素，将流量计置于密封、无风空间中进行测量得到的；设密封、无风空间中进行测量时的温度为T0、大气压为p0，则第一校正系数k
0,A1
‑
B2
根据公式(2)计算得到：
[0021][0022]公式(2)中，t
0,A1
‑
B2
为将流量计置于密封、无风空间中进行测量时从A1发射超声波开始计时、B2接收到超声波信号时所需的时间；c0为声波在温度为T0、大气压为p0的空气中的传播速度；
[0023]第二校正系数k
0,B1
‑
A2
根据公式(3)计算得到：
[0024][0025]公式(3)中，t
0,B1
‑
A2
为将流量计置于密封、无风空间中进行测量时从B1发射超声波开始计时、A2接收到超声波信号时所需的时间；
[0026]第三校正系数k
1,A1
‑
B2
、第四校正系数k
1,B1
‑
A2
是考虑流量计使用过程中的由于热胀冷缩以及气流中粉尘的干扰等导致的后期因素，进行测量和计算得到的；第三校正系数k
1,A1
‑
B2
根据公式(4)计算得到：
[0027][0028]公式(4)中，t
1,A1
‑
B2
为本流量计传感器实际使用过程中测得的，从A1发射超声波开始计时、B2接收到超声波信号时所需的时间；c为中间参数，根据煤层气气流中夹杂的粉尘的浓度x确定；
[0029]第四校正系数k
1,B1
‑
A2
根据公式(8)计算得到：
[0030][0031]公式(8)中，t
1,B1
‑
A2
为本流量计传感器实际使用过程中测得的，从A2发射超声波开始计时、B1接收到超声波信号时所需的时间；
[0032]将公式(2)、(3)、(4)、(8)分别代入公式(1)，得到校正后煤层气流量计算公式如公式(9)所示：
[0033][0034]所述控制器根据公式(9)计算得到校正后煤层气通过管体时的流量。
[0035]本专利技术的流量计结构简洁，采用超声波作为测量介质，能够进行煤层气流量测量，并利用超声波传播不受空间、物质的限制原理，能够提高流量计工作可靠性，减少故障问题。并且本专利技术控制器在考虑各自干扰因素情况下计算得到煤层气流量，能够使测量结果避免干扰，进一步提高测量结果的准确性。
附图说明
[0036]图1是本专利技术结构示意图。
[0037]图2是本专利技术测量段超声波发射和接收探头布置透视图。
[0038]图3是本专利技术测量段纵剖面图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：包括用于通过煤层气的管体，管体在轴向上依次分为前整流段、测量段、后整流段，其中测量段两对称侧分别各自安装有超声波发射探头、超声波接收探头，每侧的超声波发射探头、超声波接收探头沿管体轴向分布，两侧的超声波发射探头位置对应，两侧的超声波接收探头位置对应，每侧的超声波发射探头分别与对侧的超声波接收探头工作配合构成发射接收组合；还包括控制器，所述控制器的信号输出端分别与两侧的超声波发射探头控制电连接，控制器的信号输入端分别与两侧的超声波接收探头信号传递电连接，所述控制器控制两侧超声波发射探头分别向对应发射接收组合中的超声波接收探头发出超声波，由控制器获取每个发射接收组合中超声波接收探头接收超声波时产生的信号；所述控制器根据两个发射接收组合中超声波发射探头和对应配合的超声波接收探头之间连线的夹角，以及每个发射接收组合中超声波发射探头、超声波接收探头之间间距，以及每个发射接收组合中超声波发射探头发射超声波与超声波接收探头接收超声波之间的时间差，结合计算得到的校正系数，进一步计算得到校正后煤层气通过管体时的流量。2.根据权利要求1所述的一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：所述管体前整流段的轴向长度大于或等于3倍的管体内径。3.根据权利要求1所述的一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：所述管体后整流段的轴向长度大于或等于1.5倍的管体内径。4.根据权利要求2或3所述的一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：所述管体测量段的轴向长度小于管体后整流段的轴向长度。5.根据权利要求1所述的一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：设一侧的发射接收组合中超声波发射探头为A1、超声波接收探头为B1，另一侧的发射接收组合中超声波发射探头为A2、超声波接收探头为B2，所述控制器中根据公式(1)计算得到通过校正前管体的煤层气的流量，公式(1)如下：公式(1)中：υ为煤层气流量；为直线A1
‑
B2和直线B1
‑
A2之间夹角；L1为A1与B2之间的距离，L2为B1与A2之间的距离，理想情况下L1＝L2，并设理想情况下L1＝L2＝L0；t
A1
‑
B2
为从A1发射超声波开始计时，B2接收到超声波信号时所需的时间；t
B1
‑
A2
为从A2发射超声波开始计时，B1接收到超声波信号时所需的时间。6.根据权利要求5所述的一种高精度自校正超声波煤层气抽采管网流量计，其特征在于：所述校正系数包括第一校正系数k
0，A1
‑
B2<...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡峰，刘泽功，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：