本发明专利技术公开了一种双道混合型超声波流量计及测量方法，所述测量方法包括步骤：采用双道多普勒法测得流经管道中心流体的中心流速Vc；采用双道延时法测得经过管道中心的声道的流体线平均流速Vxc；基于测量所得的中心流速Vc、线平均流速Vxc，计算出待测流体的流速分布，从而得到平均流速Vavg；根据平均流速Vavg计算得到待测流体流量并输出待测流体的流量。本发明专利技术测量方法同时使用延时法和多普勒法：可以动态解算流速分布系数提高测量精度；双模式无间断自动诊断技术扩大了测量方法的测量范围，可以无间断应用于洁净单相流体和多杂质流体；每种模式都以双道测量实现，提高了测量的可靠性和响应速度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超声波流量计及测量方法，尤其是一种双道双模式混合型超声波流量计及测量方法。
技术介绍
随着传感技术和集成电路的迅速发展，超声波流量计不断得以改进。众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，而且在石油化工能源输送领域对流量计的精度要求特别高，特别是用于贸易交接的流量计检测仪器。超声波流量计因在输送流体的管道管壁上安装超声波发送/接收传感器，并通过与传感器相连的集成电路计算出流过管道的流体流量，其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；而且管道外安装、非接触式测流的特点便于安装和检修，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应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。现有的超声波流量计依原理主要分为两大类延时法和多普勒法。其中延时法超声波流量计(Transit Time Ultrasonic Flowmeter)的工作原理是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。这种方法需要超声波穿透流体，因此要求流体不能有含有太多的气泡或杂质使信号强度大幅衰减，适用于测量比较纯净的流体。多普勒超声波流量计(Doppler Ultrasonic Flowmeter)的测量原理是以物理学中的多普勒效应为基础的，根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时， 观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。因此，多普勒超声波流量计测量的一个必要的条件是被测流体介质应是含有一定数量能反射声波的固体粒子或气泡等的两相介质。因此，多普勒法适用于杂质或者气泡比较多的流体。由上面的分析可以看到时差法与多普勒法要求的流体性质正好相反，应用的场合也很不相同。现有的实际应用中，用户需根据流体性质选择相应的流量计，但在很多应用中流体的性质会随时间和工况的变化发生改变。例如，水泵站在正常运行时水质清、气泡少， 适合使用时差法流量计，但在水泵刚刚开启的一段时间内往往会有较多沙土和气泡通过管道，这时又适合使用多普勒流量计。因此，单一的流量计并不能满足高精度的流量测量场I=I O现在市场上已经有少量时差法与多普勒法结合的混合型流量计机型，但都是实现模式切换，不能同时综合使用时差法和多普勒法，而很多流量工况下时差法和多普勒法都可以一定程度上完成测量，选择单一的测量结果无法全面地反应流速的分布信息。大多数混合型超声波流量计使用单一的时差法和多普勒法声道，易受流量分布和杂质状况的随机影响，无法获得更稳定和可靠的测量。美国专利专利号为US 7437948 B2，为 ((ULTRASONIC FLOWMETER ANDULTRASONIC FLOW RATE MEASUREMENT METHOD》专利文献中公开了一种超声波流量计及超声波流量的测量方法。强调超声波发射和接收在同一轴线上， 所述测量方法包括传输时间差法和脉冲多普勒法，所述传输时间差法、脉冲多普勒法可根据外部信号或指令同时测量或者单独测量流体流量，但上述两种测量方法没有互相结合起来对待测流体流量进行测量，所述脉冲多普勒法需单独测量流体流经管道的横截面的流速分布，存在实际现场测量的适应性问题，对待测流体中移动杂质分布要求高，而现实中流体的移动杂质多集中在流体中心，故其精度难以保证；所述超声波流量计包括第一流量测量单元、第二流量测量单元、多个第一和第二传感器单元、及用于使第一和第二测量单元共用所述传感器单元的传感器转换单元。所述第一和第二测量单元共用一对电/超声波传感器，并且各测量单元独立计算待测流体的流量，存在对待测流体流质要求高，测量精度低的缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于延时法和多普勒法结合的双道的超声波流量测量方法；本专利技术的另一目的是提供一种双道混合型超声波流量计，所述流量计利用了延时法和多普勒法的测量原理，并且采用了双道的稳定性结构设计。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种双道混合型超声波流量测量方法，包括以下步骤Si.采用双道多普勒法测得流经管道中心流体的中心流速Vc ；S2.采用双道延时法测得经过管道中心的声道的流体线平均流速Vxc ；S3.基于测量所得的中心流速Vc、线平均流速Vxc，计算出待测流体的流速分布， 从而得到平均流速Vavg ；S4.根据平均流速Vavg计算得到待测流体流量并输出待测流体的流量。进一步作为优选的实施方式，所述步骤Sl中，多普勒法采用双道连续波，发出的声波经管道中心区域的杂质或气泡反射后被接收传感器接收，测得管道中心区域的中心流速Vc。进一步作为优选的实施方式，所述多普勒法和延时法各自采用两个测量声道，每一个声道可以独立完成流量测量，每一种方法的流量结果由两个声道的测量结果经过对比、加权平均计算得出。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3包括以下步骤由中心流速Vc和线平均流速Vxc估算待测流体的雷诺系数Re ；将待测流体的雷诺系数Re与设定范围值比较；根据上述的比较结果，确定待测流体的流体状态，所述流体状态包括当流体的雷诺系数Re大于设定范围上限值时，流体处于紊流状态；当流体的雷诺系数Re小于设定范围下限值时，流体处于层流状态；当流体的雷诺系数Re处于设定范围值区间内时，流体处于中间过渡状态；根据待测流体所处的流体状态，选择相应的测量模式，计算待测流体的平均流速 Vavg，所述测量模式包括当待测流体处于层流状态时，根据vavg = |v。和vavg = |vxc的加权平均计算平均流速Vavg ；当待测流体处于紊流状态时，由已获得的Vc和Vxc根据紊流流速分布公式V (r) = 1(1-丄只计算出其中的曲面特征参数N，然后计算出平均流速Vavg，其中Vc为中 R心流速，V(r)为距离管道中心点距离为r的流体流速，r为距离管道中心点的距离，R为管道的直径，N为曲面特征参数；当待测流体处于中间过渡状态时，先分别根据层流状态、紊流状态的计算方法计算出平均流速Vavg，然后对两种方法得到的平均流速Vavg进行加权平均，所得最终结果作为中间过渡状态时的平均流速Vavg。进一步作为优选的实施方式，所述雷诺系数的设定范围值可选为1000 5000。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3还包括对延时法和多普勒法的测量信号进行智能判断当延时法与多普勒法测量信号均可接受时，根据权利要求4所述的方法得到流量结果；当延时法测量信号不可接受时，延时法的测量结果加权系数为零，由多普勒法得到Re估算值，紊流状态和过渡状态下由经验公式N= 1.66*log(Re)得到曲面特征参数N 值；当多普勒法测量信号不可接受时，多普勒法的测量结本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种双道混合型超声波流量测量方法，其特征在于：包括以下步骤：Ｓ１．采用双道多普勒法测得流经管道中心流体的中心流速Ｖｃ；Ｓ２．采用双道延时法测得经过管道中心的声道的流体线平均流速Ｖｘｃ；Ｓ３．基于测量所得的中心流速Ｖｃ、线平均流速Ｖｘｃ，计算出待测流体的流速分布，从而得到平均流速Ｖａｖｇ；Ｓ４．根据平均流速Ｖａｖｇ计算得到待测流体流量并输出待测流体的流量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郑永鑫，刘风华，
申请(专利权)人：广州昉时工业自动控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：81
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