[發明專利]一種多聲道超聲波流量測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201310092128.0
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN103196504A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 傅新;陳煒剛;胡亮;黎裕熙;王利軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及流量測量方法及裝置，尤其是涉及一種多聲道超聲波流量測量方法及裝置。

背景技術

超聲波流量計是利用流體流動對超聲波脈沖或者超聲波束的信號調制作用，并通過檢測信號的變化來獲得體積流量的一種計量儀表。超聲波流量計的測量原理可分為時差法，多普勒法，波束偏移法，相關法以及噪聲法等。本專利所針對的是利用時差法進行測量的超聲波流量測量方法。該流量測量方法可對常見液體、氣體等進行測量。

在流體傳輸過程中，不可避免的會使用突擴管、單彎管、雙彎管、截流管、閥門等裝置，流場會由此出現渦流等流場不穩定的情況。流場擾流對時差式超聲波流量測量方法的測量精度有很大的影響。為了保證測量精度，通常會采用多聲道的方法。良好的聲道布置不但能提升計量的精度，還可以有效的提高流量計的抗干擾能力以及對特殊流場的適應性。多聲道的設計就是為了降低流量計對流場波動的敏感程度。多聲道超聲波流量計通過特有的聲道設計可以補償由于流場波動對于精度造成的影響，由此降低對安裝環境以及流場狀況的苛刻要求。所以，聲道布置方案的設計對于提升流量計的計量精度以及適應性具有極其關鍵的影響。

現有的多聲波超聲波流量計，通常采用兩類典型的聲道布置方案。傳統方案（一）為：采用一個徑向聲道或兩個互相交錯呈90度的徑向聲道，以及兩個或四個各自反射兩次的弦向聲道，這兩個或四個弦向聲道線的投影在軸向面上是一個正三角形或兩個交錯的正三角形；傳統方案（二）為：在多個與軸向截面垂直的平面上各自有一個聲道或兩個交錯的聲道。由于流場可能存在渦流或會發生激變，上述兩種方案各聲道間的測量間隔都是固定的，而在流場激變的情況下，各聲道測量時所處的流場狀況相差較大，繼而導致其測量結果與實際流場偏差較大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多聲道超聲波流量測量方法及裝置，基于特殊設置的聲道布置，可以使得各聲道間測量時間間隔的隨著壓力傳感器的實時檢測而實現實時控制。

為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一、一種多聲道超聲波流量測量方法，該方法的步驟如下：

（1）在聲道測量區域的前端布置一個壓力傳感器，壓力傳感器與各聲道的軸向中心位置的距離相等；

（2）在管段上安裝個數為聲道數2倍的換能器，其中每兩個換能器的連線構成一個聲道，且聲道與管段的軸線呈15°~75°；

（3）各換能器所對應的聲道分為弦向聲道和徑向聲道，即有一條徑向聲道以及至少三條弦向聲道，各弦向聲道按其聲道數目在軸向截面上的投影為正多邊形；

（4）根據壓力傳感器測量結果，對各個聲道之間的測量時間間隔進行實時調整，每條弦聲道進行流量測量的同時，信號處理模塊讀取壓力傳感器數據，計算所有弦聲道測量時刻所對應的壓力傳感器測量結果方差；若壓力傳感器測量結果方差小于設定值A0，則認為各弦聲道測量結果有效；若壓力傳感器測量結果方差大于設定值A0，則認為各弦聲道測量結果無效，減小各聲道之間的測量時間間隔進行再次測量，直至壓力傳感器測量結果方差小于設定值A0，則此時的各弦向流速測量結果有效；

（5）將所有弦聲道所測得的流速進行平均，作為平均流速測量結果，計算平均流速測量結果與徑向聲道所測得的流速數值之間的比值，通過該比值來判斷流場所處的狀態。

所述正多邊形為正三角形弦聲道時，對于正三角形弦聲道+徑聲道的四聲道布置而言：比值小于k1=3/4時，判定流場為層流狀態，采用層流流量修正模型，從平均流速測量結果計算體積流量；比值大于k2=4/5時，判定流場為紊流狀態，采用紊流流量修正模型，從平均流速測量結果計算體積流量；比值處于k1到k2之間時，流場處于層紊流之間的過渡狀態，采用過渡狀態流量修正模型，從平均流速測量計算體積流量；層流流量修正模型與紊流流量修正模型通過流量標定實驗事先獲得。

所述正多邊形為正方形弦聲道時，對于正方形弦聲道+徑聲道的五聲道布置而言：比值小于k1=0.5時，判定流場為層流狀態，采用層流流量修正模型，從平均流速測量結果計算體積流量；比值大于k2=0.84時，判定流場為紊流狀態，采用紊流流量修正模型，從平均流速測量結果計算體積流量；比值處于k1到k2之間時，流場處于層紊流之間的過渡狀態，采用過渡狀態流量修正模型，從平均流速測量計算體積流量；層流流量修正模型與紊流流量修正模型通過流量標定實驗事先獲得。

二、一種多聲道超聲波流量測量裝置：