[發(fā)明專(zhuān)利]三通道超聲時(shí)差流速測(cè)量方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010563820.3
• 申請(qǐng)日: 2010-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102095889A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓慶邦;卞其勇;朱昌平;單鳴雷;湯一彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類(lèi)號(hào): G01P5/18
• 分類(lèi)號(hào): G01P5/18;G01P5/24
• 代理公司: 常州市天龍專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 32105
• 代理人: 周建觀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲流速測(cè)量技術(shù)，特別是涉及多對(duì)超聲換能器安裝在已經(jīng)布置在位的管道外側(cè)的情況下，用于提高流速測(cè)量精度的三通道超聲時(shí)差流速測(cè)量方法。?

背景技術(shù)

利用超聲波測(cè)量流體的流速，與其他方法比，它具有無(wú)可動(dòng)部件、無(wú)壓損、成本對(duì)口徑變動(dòng)不敏感，因此在工業(yè)生產(chǎn)中具有一次投資多次、多管道測(cè)量的明顯優(yōu)勢(shì)。?

目前，基于超聲波時(shí)差法原理的超聲波流速測(cè)量方法，以其原理簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高的特點(diǎn)，廣受歡迎，成為超聲波流速測(cè)量的主流。?

申請(qǐng)?zhí)枮椤?1100097.X”名稱(chēng)為“超聲波多通道流量測(cè)量方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)的是同一管道截面安裝多個(gè)測(cè)量通道，在不能十分精確地測(cè)量流體流動(dòng)截面和由于管道是橢圓形使管道內(nèi)徑偏差的情況下，該方法能增強(qiáng)流量測(cè)量的精度。?

申請(qǐng)?zhí)枮椤?3114624.4”名稱(chēng)為“一種小管徑超聲波流量測(cè)量裝置及方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)的是換能器“V”型安裝方式，流速計(jì)算過(guò)程中使用了超聲在流體介質(zhì)中的速度，并把它當(dāng)著恒量使用，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，超聲在流體介質(zhì)中的速度是隨溫度、介質(zhì)密度等變化而變化的，不是恒量，而是變量，因此在流速測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生了誤差。?

申請(qǐng)?zhí)枮椤?00710125204.8”名稱(chēng)為“一種超聲波流量檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法”的專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)的是換能器“Z”型安裝方式，流速計(jì)算過(guò)程中沒(méi)有考慮超聲在聲楔材料和管壁中的傳播時(shí)間，把換能器收發(fā)時(shí)間差等同于超聲在流體介質(zhì)中傳播的時(shí)間，因此在流速測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生了誤差。?

專(zhuān)利號(hào)為“200820038526.9”名稱(chēng)為“同步收發(fā)時(shí)差式超聲波流量計(jì)”的專(zhuān)利申請(qǐng)，公開(kāi)的仍然是換能器“Z”型安裝方式，在信號(hào)抗干擾方面做了改進(jìn)，并采用信號(hào)同時(shí)收發(fā)，以提高測(cè)量速度，但并未從測(cè)量原理上提高測(cè)量精度。?

如圖1所示，傳統(tǒng)時(shí)差法：“V”型安裝?

“V”型安裝時(shí)，超聲在聲楔材料中傳播速度為?、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；管壁中傳播速度為、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；流體中傳播速度為、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；超聲順流時(shí)收發(fā)時(shí)間差為，逆流時(shí)收發(fā)時(shí)間差為。

可得：順流時(shí)間為

逆流時(shí)間為

由于聲楔材料與管壁處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，故對(duì)超聲沒(méi)有速度的影響。所以當(dāng)超聲入射角一定時(shí)，順、逆流時(shí)超聲在聲楔材料與管壁中速度與時(shí)間相等。故：,

令

此法不足是需要知道的值，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中隨著溫度等外界因素的變化，不是一個(gè)恒定值，是一個(gè)變量。

如圖2所示，改進(jìn)時(shí)差法：“Z”型安裝?

為了改善“V”型中需要知道值的不足，改進(jìn)時(shí)差法常用“Z”型安裝方法。

“Z”型安裝時(shí)，超聲在聲楔材料中傳播速度為、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；管壁中傳播速度為、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；流體中傳播速度為、順流時(shí)傳播時(shí)間為，逆流時(shí)傳播時(shí)間為；超聲順流時(shí)收發(fā)時(shí)間差為，逆流時(shí)收發(fā)時(shí)間差為。?

由于聲楔材料與管壁處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，故對(duì)超聲沒(méi)有速度的影響。所以當(dāng)超聲入射角一定時(shí)，順、逆流時(shí)超聲在聲楔材料與管壁中速度與時(shí)間相等。?

故：,

順流時(shí)超聲波在流體中的傳播速度為：

逆流時(shí)超聲波在流體中的傳播速度為：

兩式相減，并考慮到，可以得到：

實(shí)際上用、代替了、，產(chǎn)生了誤差。若，則代替和代替均產(chǎn)生了誤差，

。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要提供一種有效地減小由于聲楔材料和管壁帶來(lái)的誤差，提高測(cè)量時(shí)間差的精度的三通道超聲時(shí)差流速測(cè)量方法。?