一种超声波流量计制造技术

本发明专利技术公开了一种超声波流量计，测量模块控制并使两个具有发射和接收超声波功能的超声传感器发出超声波穿过流体，获取流体流速传感信息；两个超声传感器彼此接收到对方发送的包含流体流速传感信息的超声波并转换为电信号，送入测量模块进行计算，得到流体流量信息。流入管以与水平坐标轴负向小于９０度连接接入到直管上，流出管以与水平坐标轴正向小于９０度连接接入到直管上；测量管道接入需要测量流量的流体管路中，两个超声传感器分别位于直管的两端。在本发明专利技术中，增加了测量管道接入流体管路中，超声传感器位于测量管道的直管两端，增大超声波传播的有效路径的长度，达到提升了有效信号的强度，从而增加测量精度的目的，特别适合于小流量、低流速流体的测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声测试领域，具体来讲，涉及一种对流体流量采用超声传感器进行测量的超声波流量计。
技术介绍
超声波在流动的流体中传播时就载上了流体流速的信息，因此通过接收到的超声 波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量，完成流体流量的测试。根据检测的方式，可 分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。 超声波流量计是近十几年来随着集成电路技术迅速发展才开始应用的一种非接 触式仪器，适于测量不易接触和观察的流体以及大管径流量。它与水位计联动可以对敞开 的水流进行测量。使用超声波流量计不用在流体中安装测量元件故不会改变流体的流动状 态，不产生附加阻力，仪表的安装及检修均可不影响生产管线运行，因而是一种理想的节能 型流量测试仪器。 另外，超声波流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题。此外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一套超声波流量计可适应于多种管径测量和多种流量范围测量，超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点，因此它越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。 超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂。这是因为，一般工业计量中液体的流速常常是每秒几米，而声波在液体中的传播速度约为1500m/s左右，被测流体流速(流量)变化带给声速的变化量最大也是10—3数量级.若要求测量流速的准确度为1%，则对声速的测量准确度需为10—5 10—6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，这也正是超声波流量计只有在集成电路技术迅速发展的前题下才能得到实际应用的原因。 当采用超声传感器对测量流体流速时，流体在流路中的速度和方向将导致超声信号在流体的传播中出现信号差异，这种差异一方面取决于流体特性和超声传播的客观物理规律，另一方面也取决于超声传播的具体测量结构所导致的有效传播路径。 有效传播路径取决于超声传感器和流体管道的配合，超声波在流体传播，流体流速影响超声波传播时间的有效的路径越长，因为流速而带来的传播差异就越明显，超声波传播用于大流量、大管径系统测量的精度高的主要原因也在于这一点，但是，目前尤其是小管径、小流量测量的问题，成为超声流速、流量测量的一个难点。目前通常使用的超声传感器安装方式包括W型、V型、Z型、U型。V型和W型系指 超声波信号与管壁成一定夹角，信号耦合进入流体后分别经过一次和两次反射，被另外的 超声传感器接收，超声传感器对彼此担任发送和接受的角色，类似与通信系统的双工概念。 而当两个超声传感器在流体流动的管壁直接相对，成为Z型，当两个超声传感器垂直与流体管壁并相对时，作为特例也称直对型。 上面的几种超声传感器安装方式都是改动流体管路，其有效路径为管径所约束， 当管径小并且流速低的情况下，测量会发生困难。 而U型是指在管道内通过两个相对的45度角台面，将垂直入射的超声波转换到水 平方向并反射到接收端。这个方案可以延长超声波传播的有效路径，但是在管道内部加入 的结构，包括两个反射平台，通常还会有挡板等附属结构，对于流体流路的影响比较大，例 如杂质存在的场合，系统可能失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种对流体流路影响小，流量测量 精度高的超声波流量计。 为实现上述目的，本专利技术的超声波流量计，包括 两个具有发射和接收超声波功能的超声传感器，用于发射超声波穿过流体，获取 流体流速传感信息； —测量模块，分别与两个超声传感器相连接，用于控制并使两个超声传感器发出 超声波； 两个超声传感器彼此接收到对方发送的包含流体流速传感信息的超声波并转换 为电信号，送入测量模块进行计算，得到流体流量信息； 其特征在于，还包括一测量管道，测量管道包括一段直管、一段流入管和一段流出 管，以流体在直管中流动的方向作为水平坐标轴正向，以流入管和流出管与直管的接入点 之间的中点为原点，流入管以与水平坐标轴负向小于90度连接接入到直管上，流出管以与 水平坐标轴正向小于90度连接接入到直管上； 测量管道接入需要测量流量的流体管路中，两个超声传感器分别位于直管的两丄山顺。 本专利技术的专利技术目的是这样实现的 在本专利技术中，增加了测量管道接入流体管路中，超声传感器位于测量管道的直管两端，这样，通过改变流体流路的方式来增大超声波传播的有效路径的长度，达到提升了有效信号的强度，从而增加测量精度的目的，特别适合于小流量、低流速流体的测量。 本专利技术以增加流路复杂程度为代价，并部分增加了与全直管流路相应的管路的流体阻尼，但是在测量管道内部没有加入任何测量装置，相对于U型安装超声传感器进行流量测量而言，对流体流路的影响大大减小。 本专利技术的实施过程中，可以根据实际需求的信号噪声比确定流体流经直管，用于 超声波测量的有效路径的长度。在测量方式上，可以采用时差、频差、相差等方法进行。附图说明 图1是本专利技术超声波流量计的一种具体实施方式原理图。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发 明的主要内容时，这些描述在这儿将被忽略。 实施例 图1是本专利技术超声波流量计的一种具体实施方式原理图。 在本实施例中，如图1所示，本专利技术的超声波流量计包括 两个具有发射和接收超声波功能的超声传感器101、102，用于发射超声波穿过流 体，获取流体流速传感信息； —测量模块2，分别与两个超声传感器101、102相连接，用于控制，并使两个超声 传感器101、102发出超声波； 测量管道3，测量管道3包括一段直管301、一段流入管302和一段流出管303，以流体在直管302中流动的方向作为水平坐标轴正向，以流入管302和流出管303与直管的接入点A、 B之间的中点C为原点，流入管302以与水平坐标轴负向45度连接接入到直管301上，流出管303以与水平坐标轴正向45度连接接入到直管301上。 测量管道3接入需要测量流量的流体管路中，两个超声传感器101、 102分别位于直管301的两端；两个超声传感器101U02彼此接收到对方发送的包含流体流速传感信息的超声波并转换为电信号，送入测量模块2进行计算，得到流体流量信息。在本实施例中，测量管道3的外径为20mm，内径为18mm，流入管302和流出管303与直管的接入点A、B之间距离为15cm，超声波传播有效距离得到了增加。 在直管301内流体流速为0. 05立方米每小时的情况下，以时间差方法进行测量，此时由于流速叠加造成的两个超声传感器101U02取得超声信号传播的时间差约为6纳秒。如果测量的精度要达到3%，则要求测量模块的时间分辨率约为180皮秒，可以比较容易地由时间差方法取得合理的测量精度，实现检测。 在同样的管径和流速下，如果两个超声传感器101、 102采用45度v型连接，即两 个超声传感器101U02安装在与水平流路管段呈45读角安装的v字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波流量计，包括：两个具有发射和接收超声波功能的超声传感器，用于发射超声波穿过流体，获取流体流速传感信息；一测量模块，分别与两个超声传感器相连接，用于控制并使两个超声传感器发出超声波；两个超声传感器彼此接收到对方发送的包含流体流速传感信息的超声波并转换为电信号，送入测量模块进行计算，得到流体流量信息；其特征在于，还包括一测量管道，测量管道包括一段直管、一段流入管和一段流出管，以流体在直管中流动的方向作为水平坐标轴正向，以流入管和流出管与直管的接入点之间的中点为原点，流入管以与水平坐标轴负向小于９０度连接接入到直管上，流出管以与水平坐标轴正向小于９０度连接接入到直管上；测量管道接入需要测量流量的流体管路中，两个超声传感器分别位于直管的两端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：廖斌，李俊国，蔡波，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]