[發明專利]一種時差式超聲波流量計的溫度影響消除方法

有效

• 申請號: 201410076634.5
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103808381A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 劉桂雄;陳佳異;陳國宇
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

技術領域

本發明涉及超聲波流量計量領域，尤其涉及時差式超聲波流量計的溫度影響消除方法。

背景技術

傳播時差法作為應用超聲波進行流量計量的主要方法之一，其原理是通過測量超聲波信號在流體中順程傳播時間和逆程傳播時間之差來計算流速，在超聲式流量計量領域中得到了廣泛的應用。

根據其測量原理可以發現，超聲波在流體中的傳播速度是作為已知的常量直接參與計算流速信息，而超聲波在流體中的傳播速度是隨著溫度的變化而改變的，當流體的溫度變化范圍比較大時候，聲速的變化帶來的影響也將不可忽視，如果不對聲速進行修正，最后計算得出的流速的測量結果會有比較大的偏差，使得流量的測量結果包含不必要的誤差。

由于流體在管道內的流動時，低流速與高流速情況下流場流速分布規律非常的復雜。由流體力學分析可知，對于同一個聲道布置方式低流速下的層流流速分布與高流速下的紊流流速分布的不同，使得用聲道流速來計算管道流量時需要使用不同的計算公式。而流體流動狀態的判斷與管道直徑、流體的運動黏度和流速大小密切相關，對于實際的流量計而言，管道直徑是不變量，流速的大小可以又從測量聲道上測出，所以運動黏度的大小對判斷某個流速的流動狀態作用關鍵。而從流體的物理性質上可知流體的運動黏度特性是隨溫度變化而變化的，如果不根據溫度大小對運動黏度進行修正，將可能會錯誤判斷流場流動狀況，導致采用錯誤的計算公式來計算測量管道流量，使得流量的測量結果包含不必要的誤差。

發明內容

為解決上述中存在的問題與缺陷，本發明的目的是提供一種簡單易行、效果顯著的消除時差式超聲波流量計溫度影響的方法。采用的技術方案如下：

一種時差式超聲波流量計的溫度影響消除方法，該方法包括：

測量若干溫度點下超聲波在流體中的傳播速度和流體運動黏度；

通過分段擬合得到流體中超聲波傳播速度的溫度修正公式v=f(T)和流體運動黏度的溫度修正公式

根據測量時的流體溫度和聲速溫度修正公式和流體運動黏度的溫度修正公式，分別計算出探頭所在聲道的實際聲速和流體的實際運動黏度；

根據實際聲速和測量得到的時差計算出探頭所在聲道的流體流速；

根據探頭所在聲道的流體流速、測量管徑大小和消除溫度影響后的流體運動黏度，判斷被測流體是處于層流流動狀態還是處于紊流流動狀態；

根據被測流體的流動狀態和聲道布置位置，利用相應的層流流速-流量修正公式或紊流流速-流量修正公式計算出流量大小。

與現有技術相比，本發明的一個或多個實施例可以具有如下優點：

通過分別消除溫度對流體中聲速影響和流體運動黏度特性隨溫度改變從而導致被測流體的流動狀態，基本消除了流體溫度變化造成的流量測量誤差，提高了流量測量精度，改善了流量計的環境適應能力。本發明不僅適用于時差式超聲波流量計的溫度影響消除，還適用于時差式超聲波流量計的壓力影響消除。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例共同用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是本發明實施過程中的具體工作流程圖；

圖2是本發明實施過程中的分段聲速溫度修正示意圖；

圖3是本發明實施過程中的分段流體運動黏度的溫度修正意圖。

具體實施方式

下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述。

圖1是時差式超聲波流量計的溫度影響消除方法，該方法包括：

測量若干溫度點下超聲波在流體中的傳播速度和流體運動黏度；

通過分段擬合得到流體中超聲波傳播速度的溫度修正公式v=f(T)和流體運動黏度的溫度修正公式（如圖2所示）；

根據測量時的流體溫度和聲速溫度修正公式和流體運動黏度的溫度修正公式，分別計算出探頭所在聲道的實際聲速和流體的實際運動黏度；

根據實際聲速和測量得到的時差計算出探頭所在聲道的流體流速；

根據探頭所在聲道的流體流速、測量管徑大小和消除溫度影響后的流體運動黏度，判斷被測流體是處于層流流動狀態還是處于紊流流動狀態；

根據被測流體的流動狀態和聲道布置位置，利用相應的層流流速-流量修正公式或紊流流速-流量修正公式計算出流量大小。

上述層流流速-流量修正公式為: