用于双层管的超声波流量测量方法技术

本发明专利技术公开一种用于双层管的超声波流量测量方法，其包括：将用于双层管中内管流量的超声波测量装置安装在双层管上，其中，超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；利用时间差和多对外管传感器探头，分别计算出每对外管传感器对应的流体流速；采用算法，得出外管的流速分布函数；首先得出每对全管传感器的信号在外管的传播时间，算出信号在内管的传播时间，得出每对全管传感器对应的内管的流体流速。该用于双层管的超声波流量测量方法可通过算法得到更加精确的整个管道的流量，可以实现双层管流量的非贯穿式测量，且该测量精度高，测量方式方便。测量方式方便。测量方式方便。

【技术实现步骤摘要】
用于双层管的超声波流量测量方法


[0001]本专利技术涉及核电厂双层管流速测量
，尤其涉及一种用于双层管的超声波流量测量方法。

技术介绍

[0002]基于时差法的超声波流量计原理，该超声波测量的原理在于，当超声波束在液体介质中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。
[0003]θ为声束与液体流动方向的夹角；L为路径长度；D为管道内径；C为流体介质中超声波的传输速度(为未知量)；V
P
为超声波路径方向的流体速度(为未知量)；V为流体介质在轴向的流速(V＝V
P
/Cosθ)；T
up
为声束在正方向上的传播时间(为测量量)；T
dn
为声束在逆方向上的传播时(为测量量)。
[0004]T
up
＝L/(C
‑
V
P
)
[0005]T
dn
＝L/(C+V
P
)
[0006]V
P
＝(T
up
‑
T
dn
)/(T
up
*T
dn
)*(L/2)
[0007]C＝(T
up
+T
dn
)/(T
up
*T
dn
)*(L/2)
[0008]知道V之后，以及已知的管道半径和密度等参数,可以进一步求得流量。
[0009]基本配置的超声波流量计的传感器有2只，在工作时，2只传感器互相发射、接收超声波信号。该2只传感器分为上游传感器探头以及下游传感器探头，通过数字处理技术以及时差探测法，测量出流体流速对超声波信号传输时间产生的影响，如图1所示。
[0010]双层管道是指有两层相互隔离的流体的管道，结构形式包括并不限于圆形双层套管、平板型双层管道。对双层套管中内管的流量测量存在很大困难，传统的压差式流量计存在的困难在于，不便于将探头贯穿外管后插入内管。传统的超声波流量计存在的困难在于，探头无法直接紧贴内管外壁面，因此传统的方法和装置不可用。
[0011]无论是单管还是双层管，由于多种原因：
①
靠近管壁面受到管壁摩擦效应影响、
②
流体湍流影响等，管内各处位置上的流速实际会有差异，如果能在轴向上布置更多的管，然后通过一定的算法，可以得到更加精确的流速结果。

技术实现思路

[0012]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种用于双层管中内管流量的超声波测量装置及其方法。
[0013]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于双层管的超声波流量测量方法，所述双层管具有外管和内管，流体在所述外管与所述内管之间流动以及在所述内管内流动，其包括：
[0014]将用于双层管中内管流量的超声波测量装置安装在双层管上，其中，所述超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；
[0015]分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；
[0016]利用所述时间差和多对外管传感器探头，分别计算出每对外管传感器探头对应的流体流速；
[0017]采用算法，根据得出的每对外管传感器探头对应的流体流速,得出外管的流速分布函数；
[0018]首先得出每对全管传感器探头的信号在外管的传播时间，算出信号在内管的传播时间，得出每对全管传感器探头对应的内管的流体流速。
[0019]在一些实施例中，所述用于双层管中内管流量的超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；
[0020]每对所述外管传感器探头分别设于所述外管外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管的上游位置和下游位置，其相互使用第一超声波信号传播，其中一个所述外管传感器探头朝另外一个所述外管传感器探头发出的第一超声波信号的传播路径为第一信号路径，所述第一信号路径仅穿过所述外管而不穿过所述内管。
[0021]在一些实施例中，每对所述全管传感器探头分别设于所述外管外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管的上游位置和下游位置，其相互使用第二超声波信号传播，其中一个所述全管传感器探头朝另外一个所述全管传感器探头发出的第二超声波信号的传播路径为第二信号路径，所述第二信号路径同时穿过所述外管和所述内管。
[0022]在一些实施例中，每对所述外管传感器探头分为第一外管元件以及第二外管元件，所述第一外管元件朝向所述第二外管元件发出的第一超声波信号的传播路径形成第一外管信号通道，所述第二外管元件朝向所述第一外管元件发出的第一超声波信号的传播路径形成第二外管信号通道；
[0023]所述第一外管信号通道与所述第二外管信号通道方向相反且互相平行。
[0024]在一些实施例中，每对所述全管传感器探头分为第一全管元件以及第二全管元件，所述第一全管元件朝向所述第二全管元件发出的第二超声波信号的传播路径形成第一全管信号通道，所述第二全管元件朝向所述第一全管元件发出的第二超声波信号的传播路径形成第二全管信号通道；
[0025]所述第一全管信号通道与所述第二全管信号通道方向相反且互相平行。
[0026]在一些实施例中，对于每对所述外管传感器探头，根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得到流体在外管与内管之间沿着轴向流向的速度：
[0027]T
外up
＝L
外
/(C
外
‑
V
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]T
外dn
＝L
外
/(C
外
+V
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0029]V
外
＝(T
外up
‑
T
外dn
)/(T
外up
*T
外dn
)*(L
外
/2)
ꢀꢀ
(3)
[0030]C
外
＝(T
外up
+T
外dn
)/(T
外up
*T
外dn
)*(L
外
/2)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0031]V
外
‑
轴
＝V
外
/Cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]式中：
[0033]L
外
为双层管的外管直径；
[0034]C
外
为外管与内管之间流体中超声波信号的传输速度；
[0035]V
外
为流体在外管与内管之间沿声波方向的流速分量；
[0036]T
外up
为第一超声波信号在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于双层管的超声波流量测量方法，所述双层管(100)具有外管(11)和内管(12)，流体在所述外管(11)与所述内管(12)之间流动以及在所述内管(12)内流动，其特征在于，包括：将超声波测量装置安装在双层管上，其中，所述超声波测量装置包括若干对外管传感器探头(21)以及若干对全管传感器探头(22)；分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；利用所述时间差和多对所述外管传感器探头(21)，分别计算出每对所述外管传感器探头(21)对应的流体流速；采用算法，根据得出的每对所述外管传感器探头(21)对应的流体流速，得出所述外管(11)的流速分布函数；首先得出每对所述全管传感器探头(22)的信号在外管(11)的传播时间，算出信号在所述内管(12)的传播时间，得出每对所述全管传感器探头(22)对应的内管的流体流速。2.根据权利要求1所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述外管传感器探头(21)分别设于所述外管(11)外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管(11)的上游位置和下游位置，其相互使用第一超声波信号(211)传播，其中一个所述外管传感器探头(21)朝另外一个所述外管传感器探头(21)发出的第一超声波信号(211)的传播路径为第一信号路径(212)，所述第一信号路径(212)仅穿过所述外管(11)而不穿过所述内管(12)。3.根据权利要求2所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述全管传感器探头(22)分别设于所述外管(11)外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管(11)的上游位置和下游位置，其相互使用第二超声波信号(221)传播，其中一个所述全管传感器探头(22)朝另外一个所述全管传感器探头(22)发出的第二超声波信号(221)的传播路径为第二信号路径(222)，所述第二信号路径(222)同时穿过所述外管(11)和所述内管(12)。4.根据权利要求3所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述外管传感器探头(21)分为第一外管元件(213)以及第二外管元件(214)，所述第一外管元件(213)朝向所述第二外管元件(214)发出的第一超声波信号(211)的传播路径形成第一外管信号通道(215)，所述第二外管元件(214)朝向所述第一外管元件(213)发出的第一超声波信号(211)的传播路径形成第二外管信号通道(216)；所述第一外管信号通道(215)与所述第二外管信号通道(216)方向相反且互相平行。5.根据权利要求4所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述全管传感器探头(22)分为第一全管元件(223)以及第二全管元件(224)，所述第一全管元件(223)朝向所述第二全管元件(224)发出的第二超声波信号(221)的传播路径形成第一全管信号通道(225)，所述第二全管元件(224)朝向所述第一全管元件(223)发出的第二超声波信号(221)的传播路径形成第二全管信号通道(226)；所述第一全管信号通道(225)与所述第二全管信号通道(226)方向相反且互相平行。6.根据权利要求5所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，对于每对所述外管传感器探头(21)，根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得到流体在外管(11)与内管(12)之间沿着轴向流向的速度：
T
外up
＝L
外
/(C
外
‑
V
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)T
外dn
＝L
外
/(C
外
+V
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)V
外
＝(T
外up
‑
T
外dn
)/(T
外up
*T
外dn
)*(L
外
/2)
ꢀꢀ
(3)C
外
＝(T
外up
+T
外dn
)/(T
外up
*T
外dn
)*(L
外
/2)
ꢀꢀꢀ
(4)V
外
‑
轴
＝V
外
/Cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：L
外
为双层管(100)的外管(11)直径；C
外
为外管(11)与内管(12)之间流体中第一超声波信号(211)的传输速度；V
外
为流体在外管(11)与内管(12)之间沿声波方向的流速分量；T
外up
为第一超声波信号(211)在第一外管信号通道(215)上的传播时间；T
外dn
为第一超声波信号(211)在第二外管信号通道(216)上的传播时间；V
外
‑
轴
为流体在外管(11)与内管(12)之间沿着轴向流向的速度；θ为第一外管元件(213)的超声波作用面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨江，石秀安，杨珏，李曦，王绪霄，方宇坤，
申请(专利权)人：中国广核集团有限公司中国广核电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：