[發明專利]礦用超聲波管路流量測量裝置及測量方法

有效

• 申請號: 201410399863.0
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104198001B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 徐樂年;王文華;于滟文
• 申請（專利權）人: 青島海誠自動化設備有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司37205
• 代理人: 王連君

1.礦用超聲波管路流量測量裝置，其特征在于，包括控制模塊、時間數字轉換模塊、脈沖驅動模塊、發射超聲波換能器、接收超聲波換能器、模擬開關模塊、信號調理模塊、通信接口模塊和供電模塊；控制模塊通過SPI總線與時間數字轉換模塊連接，時間數字轉換模塊與脈沖驅動模塊連接，脈沖驅動模塊輸出端與發射超聲波換能器連接；模擬開關模塊分別與發射超聲波換能器、接收超聲波換能器連接，控制模塊通過控制模擬開關模塊選擇接收所述接收超聲波換能器的信號；接收超聲波換能器與信號調理模塊連接，信號調理模塊輸出端與時間數字轉換模塊連接；通信接口模塊連接到控制模塊上；所述供電模塊采用24V本質安全電源；所述流量測量裝置安裝在一個密閉的殼體中；殼體為采用金屬或非金屬制成的符合煤礦井下安全規范的密閉容器；所述的殼體為金屬或非金屬制成的密閉容器；所述脈沖驅動模塊采用TC4426驅動芯片和驅動TC4427驅動芯片；所述模擬開關模塊采用四通道模擬開關芯片，模擬開關芯片型號為DG403DYZ；所述信號調理模塊由放大電路和濾波電路組成；所述控制模塊上還連接有聲光報警模塊；時間數字轉換模塊采用時間數字轉換模塊TDC-GP22；時間數字轉換模塊TDC-GP22的FIRE-UP腳通過信號線分別連接到TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的2腳上，時間數字轉換模塊TDC-GP22的FIRE-DOWN腳通過信號線分別連接到TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的4腳上；TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的1腳和8腳均為懸置狀態，TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的3腳均接地，TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的6腳連接15V電壓；TC4426驅動芯片的7腳通過信號線連接有一條由二極管D1和二極管D2組成的并聯支路一，二極管D1和二極管D2的布置方向相反，在并聯支路一的輸出端通過電阻R1接地，在并聯支路一的輸出端還設有信號輸出端口DN-；TC4426驅動芯片的5腳通過信號線連接有一條由二極管D3和二極管D4組成的并聯支路二，二極管D3和二極管D4的布置方向相反，在并聯支路二的輸出端通過電阻R2接地，在并聯支路二的輸出端還設有信號輸出端口UP-；TC4427驅動芯片的7腳通過信號線連接有一條由二極管D5和二極管D6組成的并聯支路三，二極管D5和二極管D6的布置方向相反，在并聯支路三的輸出端通過電阻R3接地，在并聯支路三的輸出端還設有信號輸出端口DN+；TC4427驅動芯片的5腳通過信號線連接有一條由二極管D7和二極管D8組成的并聯支路四，二極管D7和二極管D8的布置方向相反，在并聯支路四的輸出端通過電阻R4接地，在并聯支路四的輸出端還設有信號輸出端口UP+；在TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片的6腳與15V電壓的連接線路上還設有一條由電容C9和電容C10組成的并聯支路五，電容C9和電容C10的另一端接地；二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7以及D8均采用1N4148系列高速開關二極管。

2.根據權利要求1所述的礦用超聲波管路流量測量裝置的測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

a、通過模擬開關模塊選擇位于流體上游的超聲波傳感器作為發射超聲波換能器，位于流體下游的超聲波傳感器作為接收超聲波傳感器，兩個超聲波傳感器位于流體的不同側；

控制模塊控制時間數字轉換模塊啟動計時并向脈沖驅動模塊發出脈沖信號，脈沖信號經過脈沖驅動模塊到達發射超聲波換能器；發射超聲波換能器接收到上述脈沖信號后，發射超聲波，接收超聲波換能器處于接收狀態，接收到的超聲波信號經過信號調理模塊功率放大和濾波之后進入時間數字轉換模塊，選擇波形作為計時結束的信號；控制模塊讀取計時開始到計時結束之間超聲波的飛行時間，測得順流時的傳播時間；

b、通過模擬開關模塊選擇位于流體下游的超聲波傳感器作為發射超聲波換能器，位于流體上游的超聲波傳感器作為接收超聲波傳感器，兩個超聲波傳感器位于流體的不同側；

控制模塊控制時間數字轉換模塊啟動計時并向脈沖驅動模塊發出脈沖信號，脈沖信號經過脈沖驅動模塊到達發射超聲波換能器；發射超聲波換能器接收到上述脈沖信號后，發射超聲波，接收超聲波換能器處于接收狀態，接收到的超聲波信號經過信號調理模塊功率放大和濾波之后進入時間數字轉換模塊，選擇波形作為計時結束的信號；控制模塊讀取計時開始到計時結束之間超聲波的飛行時間，測得逆流時的傳播時間；

c、通過計算超聲波在順流和逆流時的傳播時間差測得管路中流體的流速，繼而得到管路中流體的流量。