[發明專利]氣體超聲波流量計

在審

• 申請號: 201710753759.0
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107340022A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 尹招琴;包福兵;凃程旭;李顯鳳
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術領域

本發明屬于天然氣領域，涉及一種氣體超聲波流量計，針對流體流道做了改進。

背景技術

天然氣流量測量的準確性與燃氣企業的經濟效益息息相關，隨著我國天燃氣在人民生活生產中的大量應用，氣體超聲波流量計也得到廣泛應用。

氣體超聲波流量計采用速度差法進行氣體流量的測量。在氣體超聲流量計的測量管段上安裝一對或多對超聲換能器（傳感器），以其中一對超聲換能器為例，超聲換能器交替發射和接收超聲波，采用超聲波檢測技術，通過測量超聲波沿氣流順向和逆向傳播的聲速差計算出氣體流速，并根據已知的測量管道直徑換算出管道內氣體流動的工況流量。超聲波流量計具有結構簡單，使用壽命長，流動損失小等優點，正被廣泛使用于國民生產各個鄰域。

傳統的超聲波流量計容易受到速度場分布的安裝效應、管道制造工藝、超聲在氣體中的能量衰減、聲速與流速之比小帶來的傳播路徑偏轉、氣體壓力波動帶來的信道增益變動、氣體調壓裝置帶來的聲學干擾等因素的干擾，特別是小流量小口徑流量計的情況下，類似干擾將更為凸顯，從而導致測量不穩定不精確。

發明內容

本發明的目的是針對目前氣體超聲波流量計中的超聲波容易在傳輸過程中發生能量衰減，氣體壓力波動帶來的信道增益等不足，提供了一種流道改進后的氣體超聲波流量計。

本發明中的氣體超聲波流量計的進出口段采用交叉狀，增加流道長度，使氣流從超聲波流量計進口到測量段能平穩過渡，進口形狀為圓管，測量段形狀采用扁平狀，通過導流片將流道分成上下兩層，采用交叉狀兩對超聲波換能器進行流量測量。

所述主管入口的直徑為E，測量段的厚度D=0.1~1.0E；

所述導流片厚度0.1mm~4mm；

所述測量段長度C為1.0~4.0E，寬度0.5~4.0E；

所述超聲波換能器的安裝位置直徑B為0.2~8mm；

所述流道彎角∠α為20°~90°。

本發明通過調整氣流流道以提升儀表性能，與現有技術相比具有的技術優勢是：

1.本發明采用的是入口和出口交叉的方式，這樣做的目的是加長流道，使氣體在流道中有緩沖空間，進而使氣體通過測量段時流動更穩定。

2.測量段分為兩層，中間有導流片分隔，這樣做的目的是減小流體上下波動，使氣流更加平穩，從而減小超聲波信號接收時噪聲的干擾。

3.采用兩對超聲波換能器，交叉狀布置，可以使超聲波信號通過的區域更加廣泛，更多位置氣體流動速度的平均值更接近管內實際氣體流動的平均速度，提高測量精度。

4.這種結構能夠適用于各個尺寸的超聲波流量計，可以實現氣流量測量精度更高，重復性更好，從而提升能源貿易結算量水平。

附圖說明

圖1所示是超聲波流量計的主視圖；

圖2所示是超聲波流量計的仰視圖；

圖3所示是超聲波流量計上層超聲波換能器仿真結果的速度截面圖；

圖4所示是超聲波流量計下層超聲波換能器仿真結果的速度截面圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

如圖1所示，本實施例中的超聲波氣體流量計由直管段2，彎管段1和測量段3以及導流片6和兩對超聲波換能器4、5構成。流體由直管道2進入到彎管道1再進入測量段3，導流片6將流體分成兩層，兩對超聲波換能器交叉安裝，對氣體進行流量測量，再由彎管1，直管2將流體導出。

圖1中主管道入口處的直徑E=30mm，測量段3的厚度D=15mm，導流片6的厚度F=2mm；圖2中測量段3的長度C=60mm，寬度A=30mm；超聲波換能器的安裝位置直徑B=2mm；對于當前尺寸，圖中的∠α大于20度才能滿足設計要求。

根據仿真結果圖3和4可知，上下兩層的超聲波換能器的對角線的矢量圖略有差異，下面的那個相對比而言會更穩定一些，但是通過與其他超聲波流量計對比，本發明整體來講無疑是相對穩定的。

直管道測量的超聲波氣體流量計存在直徑較大，流速很快、流量波動較大等問題，導致超聲波信號采集是噪聲很強，干擾了流動信號，使后期電路處理困難，甚至使小流量測量達不到精度要求。與其對比，本發明的設計增加測量管道長度，并在測量段增加導流片進行流道分層處理，這樣能夠穩定流速，減小流體波動帶來的噪聲干擾；同時還采用雙聲道交叉測量，增加了測量面積，對比那些采用單聲道或者采用同一方向的雙聲道測量的超聲波氣體流量計，本發明所測量的結果會更加可靠，從而能更準確的測出當前流量，最終使超聲波氣體流量計提高測量精度。