[發明專利]一種超聲波測流裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201810601981.3
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN108593025A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王兆杰;于大永;王允凱;陳家培;王智
• 申請（專利權）人: 瑞納智能設備股份有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳;金凱

本發明公開了一種超聲波測流裝置及控制方法，包括超聲波信號控制模塊、異步積分時差和相差測量模塊、流速測定模塊、基準脈沖發生模塊以及安裝在流體管道管壁安裝座中的順流超聲波換能器、逆流超聲波換能器；順流超聲波換能器和逆流超聲波換能器的輸入/輸出端均與超聲波信號控制模塊的輸出/輸入端連接，超聲波信號控制模塊的輸出端與異步積分時差和相差測量模塊的輸入端連接，異步積分時差和相差測量模塊的輸出端與流速測定模塊的輸入端連接；基準脈沖發生電路的輸出端分別與超聲波信號控制模塊、異步積分時差和相差測量模塊的輸入端連接。本發明解決順逆流相位差超過一周期的大流速測量及時差法接收首波幅值小等問題。

技術領域

本發明涉及超聲波測流技術領域，特別涉及一種超聲波測流裝置及控制方法。

背景技術

超聲波測流技術相比于傳統測量技術具有測量精度高、量程比寬、不易磨損等優勢，已逐漸成為流量測量領域的主流技術。超聲波測流技術包括多種方法，如時差法、頻差法、相差法、多普勒法、波束偏移法以及噪聲法等，一般應用于密閉管道的測流方法包括時差法、相差法以及專用芯片超聲波流量測量法。

時差法就是利用聲波在流體中順流、逆流傳播相同距離時存在時間差，而被測流體的流動速度與傳播時間的差異有關系，通過測出時間的差異就可以得出流體的速度。當管道流體為靜止時，上、下游超聲波探討傳送的超聲波時間時相等的，流體流動時，在流體的作用下，逆流的超聲波傳送時間要慢于順流的時間，從而產生時間差，而且流速越快，時間差越大。在實際測量應用中，超聲波通過電子收發電路以脈沖的形式發送，通過處理電路記錄發送到接收的渡越時間，通過放大電路單元送對渡越時間進行放大處理然后送至單片機，單片機通過程序軟件計算出管道流體的流速和流量。該方法存在的缺陷在于：一是，需要對從發送到接收的渡越時間進行放大處理，但由于集成電路技術水平的限制，放大電路的放大倍數無法滿足渡越時間放大倍數的要求，導致流量測量分辨率不高。二是，采用時差法需要抓取第一個接收的波形，但是第一個接收波形的幅值非常小，影響流量測量計量的穩定性。

相差法是通過接收的逆流超聲波脈沖和標準時標脈沖之間的相位差以及接收的順流超聲波脈沖和標準時標脈沖之間的相位差得到的順逆流之間的相位差，被測流體的流速與相位差呈正相關。通過電子整形、展寬電路對相位差進行處理，將相位差轉換成與流速成正比的調制脈寬，然后送至單片機銅鼓程序軟件計算出管道流體的流速和流量。該方法存在的缺陷在于：一是，由于在實際測量中，相位差不能超過一個周期，使得被測流體的流速不能太大，增加了管道測流腔體結構的設計難度。二是，采用相差法需要溫度補償，增加了硬件設計成本，且無法做到實時進行溫度補償，降低了流量測量計量的準確性。

專用芯片超聲波流量測量法是通過芯片內部的門傳輸延時來實現微小的時間測量，利用順逆流絕對時間差來計算出流體流速。該方法存在的缺陷在于：一是，需要抓取第一超聲波接收脈沖作為參考，由于接收的第一個超聲波波形幅值非常小，導致流量測量的穩定性較差，二是，超聲波收發信號處理都由專用芯片內部完成，收發換能器阻抗匹配、信號整形等無法適應不同工況，造成管道流體靜止時順逆流時間差過大及不穩定的問題，進而導致流量測量的穩定性較差。三是，由于順逆流時間差放大倍數是固定的，無法滿足不同口徑流量測量精度，特別是小口徑時差小的應用場合。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超聲波測流裝置及控制方法，以提高超聲波流量測量的可靠性。

為實現以上目的，本發明采用一種超聲波測流裝置，該裝置包括超聲波信號控制模塊、異步積分時差和相差測量模塊、流速測定模塊、基準脈沖發生模塊以及安裝在流體管道管壁安裝座中的順流超聲波換能器、逆流超聲波換能器；

順流超聲波換能器和逆流超聲波換能器的輸入/輸出端均與超聲波信號控制模塊的輸出/輸入端連接，超聲波信號控制模塊的輸出端還與異步積分時差和相差測量模塊的輸入端連接，異步積分時差和相差測量模塊的輸出端與流速測定模塊的輸入端連接；