[發明專利]一種基于時差法的超聲波氣體流量計時間差測量方法

有效

• 申請號: 201710976607.7
• 申請日: 2017-10-19
• 公開（公告）號: CN107860430B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 王士興;胡香儒;楊朋;田冬
• 申請（專利權）人: 西安安森智能儀器股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 西安新動力知識產權代理事務所(普通合伙) 61245
• 代理人: 劉強

本發明公開了一種基于時差法的超聲波氣體流量計時間差測量方法，包括：1)采集順流方向超聲波回波信號X₁(k)和逆流方向超聲波回波信號X₂(k)；2)搜索順、逆流方向超聲波回波信號的有效極大值點，并選擇順、逆流方向超聲波回波信號有效極大值點中的第3個極大值點所對應的時間做為順、逆流方向超聲波由發送到接收的傳播時間；3)計算順、逆流方向超聲波時差；4)計算管道中流體的流速v_t；5)計算管道中流體的體積流量q_v。該方法能夠準確的獲得順、逆流超聲波傳播時間差，穩定性高，抗噪聲干擾強，通過使用本發明中的方法對氣體流量進行測量，能夠得到準確、穩定的氣體流量測量值。

技術領域

本發明屬于超聲波測量技術領域，涉及超聲波氣體流量測量技術，尤其是一種基于時差法的超聲波氣體流量計時間差測量方法。

背景技術

在石油天然氣能源行業中，其流量的高精度測量，對節約能源，降低生產成本是十分重要的，超聲波氣體流量計因其具有非接觸式測量、測量精度高、測量范圍寬、以及安裝、使用、維護方便等優點被廣泛應用于油氣田生產現場中，通常，油氣田生產中，被測流體非常復雜，其中含有稠油、砂、水、泥漿、氣泡等多種物質，如何對于這種混有多種雜質的復雜流體的流量進行高精度測量尤為重要，現有國內的超聲波流量計成本較低，但是總體的測量性能不高，國外的超聲波流量計在精度、性能等方面比較好，但是價格昂貴，限制了其在工業中大量的應用。

基于時差法測量原理的超聲波氣體流量計是根據超聲波信號順流傳播時間與逆流傳播時間之差來計算流體的流速，進而得到流體的體積流量，現有的超聲波傳播時間差測量方法存在測量精度低的問題，因此，尋求一種準確測量順、逆流方向超聲波由發射到接收的傳播時間差方法，對于本領域提高超聲波氣體流量計的測量精度和穩定性有著重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于時差法的超聲波氣體流量計時間差測量方法，其能夠提高超聲波氣體流量計測量精度和穩定性。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種基于時差法的超聲波氣體流量計時間差測量方法，包括以下步驟：

步驟1：采集順流方向超聲波回波信號X₁(k)和逆流方向超聲波回波信號X₂(k)；

步驟2：搜索順、逆流方向超聲波回波信號X₁(k)、X₂(k)的有效極大值點，并選擇順、逆流方向超聲波回波信號有效極大值點中的第3個極大值點p₁、p₂所對應的時間t₁、t₂作為順、逆流方向超聲波由發送到接收的傳播時間；

步驟3：計算順、逆流方向超聲波時差Δt，

步驟4：計算管道中流體的流速v_t，其中，D為管道直徑，θ為超聲波換能器與管道法線之間的夾角；

步驟5：計算管道中流體的體積流量q_v，其中，K為線流速轉化為面流速的補償系數。

進一步，以上步驟1中，利用超聲波傳感器檢測順、逆流方向的超聲波回波信號。

進一步，以上利用高速ADC以一定的采樣頻率f_s對超聲波回波信號進行采集。其中，優選的，f_s＞(10～20)f，f為超聲波回波信號的頻率。

進一步的，以X(k)代表X₁(k)或X₂(k)，以p代表p₁或者p₂，t代表t₁或t₂，步驟2具體包括：