[發明專利]一種基于靜水拖曳的超聲時間溯源方法

有效

• 申請號: 202011112833.9
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112254791B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 劉源;胡鶴鳴
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01F25/10
• 分類號: G01F25/10
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

1.一種基于靜水拖曳的超聲時間溯源方法，其特征在于，所述的超聲時間溯源方法以速度為中間量，對超聲法流量測量、校準中，各聲道的時間差進行量值溯源，包括以下步驟：

第一步，記錄超聲時差法流量裝置中的下述數據：每對探頭的聲道長度L和聲道角度校準時管道中的流速范圍，校準時選用的激勵頻率和傳播時間、時間差算法；

第二步，將超聲流量校準裝置中一個聲道的超聲探頭對裝配在夾持裝置上，并將已夾持探頭對的裝置裝配在直線拖曳流速標準裝置上進行實驗，其中直線拖曳流速標準裝置由拖車帶動被測儀器在導軌上作直線運動；

1)取出流量校準裝置中的一對超聲探頭；

2)設置可調節聲道長度的板型夾持結構，板型夾持結構包括滑動軸、一對掛在滑動軸上的平行板面、以及與直線拖曳流速標準裝置連接的連接桿；板面方向與拖曳方向平行，一對探頭安裝在板面上，保持水平高度相同，探頭中心連線與拖曳方向夾角等于現場的聲道角度實驗前，沿滑動軸調節板面的間距，使探頭對的間距等于現場的聲道長度L；將裝有探頭對的夾持結構掛載在直線拖曳流速標準裝置上的拖車上，通過調節連接桿的位置，使超聲探頭對浸入水中；記靠近運動方向正向的探頭為上游探頭，另外一個為下游探頭；

3)將主機與超聲探頭連接，以現場校準時的頻率激勵超聲波，并采用現場校準中使用的算法計算傳播時間和時間差；

第三步，拖曳測量實驗過程；

1)零點修正：在靜水條件下測量一段時間，計算這段時間內靜水條件下測量的時間差的平均值，即為零點修正值；在后續實驗中提到的測量時間差等于直接測量的時間差減去零點修正值；

2)拖曳實驗：沿直線方向拖曳的速度范圍應覆蓋現場校準時管道中的流速范圍，每個速度點至少測量3次，并在每個速度點測量之前需等待至水槽中的水靜止；直線拖曳過程包括加速段、穩定段和減速段，記錄每個測量速度點，穩定段內測量的平均時間差Δt_測、平均車速v_c、上游到下游和下游到上游的平均傳播時間t_u,d和t_d,u；

第四步，根據車速和平板與水產生相對運動時，板面附近形成的邊界層厚度對流速的影響，得到標準流速和標準時間差，與測量時間差對比；

1)邊界層修正：將車速與平板結構造成的理論流速損失相減，得到標準流速；通過位移厚度δ^*描述平板結構造成的理論流速損失；標準流速v的計算公式表示為：

其中，δ^*選用Blasius理論解得到，也可以是經驗解；其中，Blasius理論解只能用于水中未形成湍流的情況；

2)計算時間差的示值誤差，作為溯源的結果，標準時間差Δt表示為：

根據公式(5)得到每個測量速度點下的標準時間差Δt，溯源結果即為多次測量Δt_測與Δt差的平均值；

依照第二步到第四的過程，將超聲流量校準裝置中配對的探頭，依次進行溯源。