[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

技術領域

本發明涉及一種礦用超聲波管路流量測量裝置、以及采用所述礦用超聲波管路流量裝置的測量方法，不僅適用于煤礦井下含瓦斯及煤塵較多的危險易燃易爆的環境，也適用于煤炭、冶金、化工、污水處理等行業地面惡劣的環境。

背景技術

超聲波管路流量裝置為測量儀表，在現代社會中起著重要作用。一方面，超聲波管路流量裝置為流體物資貿易核算儲運管理和污水廢氣排放控制的總量計量；另一方面，超聲波管路流量裝置為流程工業提高產品質量和生產效率、降低成本以及水利工程和環境保護等作必要的流量檢測和控制。可見，關涉到國家經濟命脈的石油、天然氣的儲運和關涉到民生和經濟可持續性發展的水資源的管理等領域都涉及到流量計量問題。

目前超聲波流量計設計方案大致可以分為采用大量分立器件與采用專用測量集成電路兩類。采用分立器件方案中，元件數量眾多、調試復雜、可靠性低。目前市場上專用測量集成電路很少，基本上依靠國外進口，價格昂貴。因此設計一款專用芯片不僅可以實現流量計的集成化，還可以降低流量計的成本，具有重要的意義。

發明內容

針對現有技術中存在的上述技術問題，本發明提出了一種礦用超聲波管路流量測量裝置，具有集成度高、功耗低、可靠性高、操作簡單方便的優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

礦用超聲波管路流量測量裝置，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。

進一步，上述供電模塊采用24V本質安全電源。

進一步，上述流量測量裝置安裝在一個密閉的殼體中。

進一步，上述的殼體為金屬或非金屬制成的密閉容器。

進一步，上述脈沖驅動模塊采用TC4426驅動芯片和TC4427驅動芯片。

進一步，上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。

進一步，上述信號調理模塊由放大電路和濾波電路組成。

進一步，上述控制模塊上還連接有聲光報警模塊。

本發明的另一個目的在于提出一種礦用超聲波管路流量測量方法，其采用如下技術方案：

采用上述礦用超聲波管路流量測量裝置的測量方法，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。

本發明具有如下優點：

本發明包括控制模塊、時間數字轉換模塊、脈沖驅動模塊、一對超聲波換能器、模擬開關模塊、信號調理模塊、通信接口模塊和供電模塊，并采用時差法測量原理計算管路中的流體流量，具有非接觸式測量、集成度高、功耗低、可靠性高、操作簡單方便的優點，可安裝在煤礦井下、工礦企業有防爆要求的場所。

附圖說明