[發明專利]一種超聲波流速測量系統、方法以及裝置

在審

• 申請號: 202011035726.0
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112014591A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 任健;郭振;鄒曉輝;楊磊;朱艷通;劉鵬;何佳仁;賈子英;韓志明
• 申請（專利權）人: 華電電力科學研究院有限公司;華電寧夏靈武發電有限公司;中國華電集團有限公司寧夏分公司
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 薛嬌

本發明公開了一種超聲波流速測量系統，包括可套接在流體管道上的環形滑道；可在環形滑道上滑動的超聲波換能器對，超聲波換能器對包括兩個發射和接收超聲波信號的超聲波換能器；超聲波換能器對用于通過兩個超聲波換能器在環形滑道上的滑動在流體管道內形成多個和流體管道的中心軸距離不同的聲道，檢測各個聲道上的流體流速對應的時間差，以獲得流體管道的橫截面的流體流速。本申請中環形滑道可以套接在流體管道上，超聲波換能器可在環形滑道上滑動實現多個聲道的測量，在保證測量精度的技術上，減少超聲波換能器的使用數量，進而在很大程度上降低測量成本。本申請中還提供了一種超聲波流速測量方法和裝置，具有上述有益效果。

技術領域

本發明涉及流體流速測量技術領域，特別是涉及一種超聲波流速測量系統、方法以及裝置。

背景技術

在工業領域中流體管道的直管段一般不滿足前四后二的要求，同時流體上游直管段存在很多干擾器件(比如閥門、彎管、變徑接頭等裝置)，隨著工況或者負荷的變化，大口徑流體管道內介質流體的流場紊亂、速度場分布發生畸變、存在脈沖渦旋等現象，使得大口徑管道里介質流體流速精確測量一直是技術難點。

超聲波換能器是利用壓電材料制作而成的器件，能夠將電能轉換成超聲波能量，并且發射到被測流體中并被接收器接收，超聲波的發射端和接收端之間也即形成了一個聲道。當該聲道和流體流速方向不相互垂直，即可基于超聲波在該聲道上從被發射到被接受的時間差，確定該聲道中點位置的流體速度。

但因為流體管道內流場復雜，速度場發生畸變，因此，一般需要采用多個聲道測得多個流體速度后，綜合分析獲得最終的流體速度，顯然，要測得多個聲道對應的流體速度，就需要采用多組超聲波換能器，而超聲波換能器的價格相對較高，這在無形中增大了流體管道內流體速度的測量成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲波流速測量系統、方法以及裝置，在很大程度上降低了流體流速測量成本。

為解決上述技術問題，本發明提供一種超聲波流速測量系統，包括可套接在流體管道上的環形滑道；可在所述環形滑道上滑動的超聲波換能器對，所述超聲波換能器對包括兩個發射和接收超聲波信號的超聲波換能器；

所述超聲波換能器對用于通過兩個所述超聲波換能器在所述環形滑道上的滑動在所述流體管道內形成多個和所述流體管道的中心軸距離不同的聲道，并檢測各個所述聲道上的流體流速對應的時間差，以獲得所述流體管道的橫截面的流體流速。

可選地，所述環形滑道為橢圓形滑道，且所述橢圓形滑道的內環短軸和所述流體管道的外壁半徑相等。

可選地，所述環形滑道為內環半徑等于所述流體管道的外壁半徑的圓形滑道；所述環形滑道的數量不少于兩個，所述超聲波換能器對的數量至少為一對；

其中，不同所述環形滑道上的兩個所述超聲波換能器之間形成一對超聲波換能器對。

可選地，所述環形滑道的數量為兩個，所述超聲波換能器對的數量為兩對；且兩個所述環形滑道上均設置有兩個所述超聲波換能器。

可選地，還包括用于檢測所述流體管道內流體溫度、流體壓力以及流體流量的溫壓流一體設備。

本申請還提供了一種超聲波流速測量方法，包括：

采集超聲波換能器對在流體管道內形成的多個不同聲道檢測獲得的時間差，其中，所述流體管道上套接有環形滑道，所述超聲波換能器對中兩個發射和接收超聲波信號的超聲波換能器在所述環形滑道上依次移動至不同位置，形成和所述流體管道的中心軸的距離不同的各個所述聲道；

根據所述時間差和流體流速之間的對應關系，確定每個所述聲道對應的平均流速；

根據各個所述平均流速運算獲得所述流體管道的橫截面的流體流速。