一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表制造技术

本发明专利技术隶属流量计量设备的技术领域，具体为一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表，旨在解决现有技术无法实现如口径超过DN500超声波燃气表的难题。本发明专利技术采取在燃气表管体内设置的数个截面上，以管中心呈辐射状安装八个换能器安装柱，每个换能器安装柱上可安装数个换能器，平行且在同平面邻近的两排换能器安装柱上安装的换能器可做配对测量，由独立的区间积算电路PCB对该区间的流速通过时差测量并计算，得到按照流量计管道长度排列的多组换能器的测量结果，将分段测量结果进行处理，即实现了测量的声程接续，最终得出流量计总的平均流速及总的流量值；由此实现了超声波大口径燃气的计量并达到测量量程比的最大化。大口径燃气的计量并达到测量量程比的最大化。大口径燃气的计量并达到测量量程比的最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表


[0001]本专利技术隶属流量计量设备的
，具体涉及一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表。

技术介绍

在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，对于工业及公用水、热、燃气供给计量领域，由全电子模式流量计逐步取代机械式或机电组合模式流量计，已成不可逆转的大趋势。
[0002]按照实际应用所需，流体计量行业或场合期待口径规格兼容性好、低压损、大量程比、高精度、高可靠性、无磨损器件、耐久性及经济性好的标准流量计量器具。近几年，在气体，特别是燃气流量计量方面，全电子模式且兼容性较好已经在应用的有热式质量流量计和超声波流量计。
[0003]随着AMS(ACAM)、TI等公司先后推出高精度的ASIC气体时差计时芯片起(2012～2017)，才使得超声波测量流速的时差方式，应用于气体流量测量与计量及其广泛应用推广成为可能，其中，一个重要的应用领域就是燃气计量。
[0004]在气体，特别是燃气计量领域，目前广泛采用的仍然为机械式气体流量计。如膜式流量计(主要为小口径应用，如户用)、涡轮流量计、罗茨流量计、腰轮流量计等，而涡街流量计、热式流量计、超声波流量计为电子式流量计。
[0005]对燃气计量领域，从应用技术上更加关注大口径燃气管道流量得测量或计量；大口径燃气管道与中小管径燃气管道相比，不仅管道的口径大、管道内燃气流速的分布更为不均，从而涉及管内流通的燃气流量变化范围更大、要求燃气流量测量的精度更高和量程比更大；由此可知，提高大口径燃气管道流量测量的精度和量程比要比中小管径燃气管道的技术难度大得多；采用何种测量方法、采用何种结构的流量计，才能使大口径燃气管道流量测量的精度高和量程比大，这是本案要解决的技术问题；以下，对大口径燃气管道流量测量的技术背景进行概述和分析。
[0006]膜式流量计、涡轮流量计、罗茨流量计、腰轮流量计，无论其原理是容积模式还是速度模式，均为机械形式流量计；根据原理，机械式流量计测量流体是被动的，需要流体提供动能；其普遍存在的缺陷是由于磨损而致寿命短及需要一定的动能驱动而使得测量的量程范围窄，另外，其测量精度也会随使用期限延长而降低。
[0007]以全电子方式测量的热式质量流量计，其突出的优点是对于单一组份气体，可以直接测量和计量气体质量，对不同口径兼容性好、压损低。但是，依原理，它是以一个点来取样测量的，所以也有致命缺陷:1)对于大口径，管道内气体速度变化范围大，如果只设置一个或几个有限的测量点，所取值的精度很有限；2)遇到含水气体，依据原理，其测量取值就会失准，以至于无法计量；所以，对于复杂工况情况，这种模式的应用推广难度较大。
[0008]以全电子方式测量的涡街流量计，按照原理，其优点为所测体积流量不受被测流体的温度、压力、密度等参数影响；但对于可压缩及速度多变的气体，其一个探头无法准确
测量管内工况变化，测量误差很大；另外，涡街流量计受制于其抗震动及抗污染能力差，特别是涡街流量计受小雷诺数的下限限制而不能测量低流速气体，所以涡街流量计的量程比也较低，影响其应用推广。
[0009]以全电子方式测量的超声波流量计为速度式流量计，其采用时差方式测量原理为：在流动流体中，按前、后一定间隔，布置两个超声波换能器，提取声波顺流和逆流需要的时差，联立计算出流体流速，再按照管道截面积及流通的时间，计算出流量。所以，用超声波时差法测量流体的流速是主动的形式，即如果流速为0，也不影响其正常测量(比如可通过时差间接测量介质温度、密度)。超声波测量流速的采样是声波在两个换能器之间形成的柱状空间而不是一个点，所以，如果在管道内的截面上，按照不同高度与方位，布置多对组合的换能器，那么就能有代表性地、全方位、有效地测量流体流速。另外，对于不同密度、不同温度下的介质，声速就不同，所以，对于一对换能器的安装间距确定的情况下，标定过的流量计，可以根据超声波声速及管道压力、温度来推导计算出流体的密度。
[0010]从以上对采用全电子方式计量气体体积的几种原理及其实施可以看出，对流动流体的流速采样可分为两类：1)以点为流速采样依据，计算体积流量：即取一个点或几个点作为直径为D的流量计的截面S的流体流速的代表，根据这几个点流速变化的关系，推出在管道直径D截面S的总流速Vt，经过流过流量计管段长度L的时间T
L
后，其通过的流体体积U
L
＝S
×
Vt
×
T
L
,这儿Vt是唯一的变量，Vt在时间T
L
之内都是变化的，所以体积流量U
L
的精度取决于Vt精度，而Vt的精度取决于在一个面上采样点的数量多少以及点的分布；通常，受传感器安装条件的限制，采样点数量很少，所以致使所测量出的体积U
L
精度有限。2)以柱状体积为流速采样依据，计算体积流量：超声波时差法对流速的采样、计算实际上已经求得两个换能器间柱状体积内的流速平均值采样的时间是Tx，这儿的与1)中Vt的区别是：通过Tx求得的是确定值，而在T
L
内的Vt是变化值。柱状的采样直径就是换能器的直径d，而柱状采样的长度就是一对换能器之间的距离。假如在流量计的管道内可以方便布局、安装多对换能器，而这些换能器可以均匀分布在管道截面上，假如其多个柱状体积的采样可以代表流量计管道内的体积，那么，这种流量的计算方式就更为合理。若流量计管段长度L，由于采样的时间Tx＜＜T
L
，所以，通过超声波时差法计算流速、从而计算推出体积的方法比上述1)的方法要科学和精确的多。又由于Tx是纳秒级，所以，在一秒钟内，对于变化的流体，可以进行多次采样与叠加，能得到准确的流量值。从上述按照不同原理对流体体积计算所进行的采样分析可知，采用超声波时差法对流速采样的方式，要更为精确和合理。进一步，对于给定长度的流量计而言，以超声波时差法对流速的采样，要进行精确合理的流体体积的计算需至少满足三个方面：(1)在流量计的管道内需要布局、安装多对换能器，而这些换能器可以按照管道内流速分布的特点，进行合理布局，配对安置在管道的数个截面上；(2)为了对不同位置布局的换能器所提供流速的稳定与准确，必须采取对流道流速的稳流措施，即将流体稳定为非脉动流动，这样的采用更为精确；(3)由于流量计的长度是一确定值，所以要尽可能地将配对的换能器安装在管道流体进出口的两端，这样获取的柱状体积采样的范围大，可以获得最大化的量程比。
[0011]对于上述提高大口径燃气计量的三个方面，根据目前的实践应用，归纳为如下三项原则：
(一)多声道原则：为使大口径超声波燃气表具有高的计量精度和可靠性，大口径超声波流量计的采样应多方位，即采取多声道模式(即多组换能器组合测量)。这是因为，对射式多声道换能器模式，除了能对流体在管道内不同高度层面和位置的流速进行分别测量、计算，提高计量精度和准确性外，多声道还是计量可靠性的重要保障，例如，即便有一对或几对换能器停止工作，其他换能器也能进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表，其特征是: 包括进水口法兰（11）和出水口法兰（12）、管体套管（25）、固定座（251）、金属衬管（22）、分区隔板（23）、换能器的双向安装柱（30）、单向安装柱一（31）、单向安装柱二（32）、固定头（36）、换能器（33）、垂直信号线护盖（44）、水平信号线护盖（442）、区间积算电路PCB（4421）、仪表盒（55）；在以进水口法兰、出水口法兰和管体套管连接成的燃气表的基表管体上，采取在燃气表管体内设置的数个截面上，以管中心呈辐射状安装8个换能器安装柱，每个换能器安装柱上可安装数个换能器；平行且在同平面上相邻的两排换能器安装柱上安装的换能器可配对、测量，由独立的区间积算电路PCB对该区间的流速通过时差进行测量并计算，得到按照流量计管道长度排列的多组换能器的测量结果，将分段测量结果进行处理，即实现了测量的声程接续，最终得出流量计总的平均流速及总的流量值；由此实现了超声波大口径燃气的计量并达到测量量程比的最大化。2.根据权利要求1所述一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表，其特征是: 所述的分区隔板(23)厚度为13mm，安装于金属衬管(22)内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈方格形式布局，分区隔板与金属衬管内壁通过焊接连接。3.根据权利要求1所述一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表，其特征是:所述的单向安装柱一（31）、单向安装柱二（32）和双向安装柱（30）的截面为纺锤形状；所述单向安装柱一（31）和单向安装柱二（32）分别位于管体套管（25）的两端内侧，而双向安装柱（30）位于管体套管（25）内侧的中部；所述换能器安装于换能器安装孔（313）内。4.根据权利要求1所述一种大口径多声道流道分区、声程接续的超声波燃气表，其特征是: 所述的单向安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：觉隆传感技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：