[發(fā)明專利]氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210303483.7
• 申請日: 2022-03-24
• 公開（公告）號: CN114563065A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡開明;李躍忠;王懷平
• 申請（專利權(quán)）人: 東華理工大學(xué)長江學(xué)院
• 主分類號: G01F25/10
• 分類號: G01F25/10
• 代理公司: 北京壹川鳴知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11765
• 代理人: 范慶國

盡管已經(jīng)僅相對于有限數(shù)量的實施方式描述了本公開，但是受益于本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以設(shè)計各種其他實施方式。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)僅由所附權(quán)利要求限制。發(fā)明涉及流量計校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法。本發(fā)明提供基于流量數(shù)值積分誤差分析的氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法。氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法，為了更好地適應(yīng)復(fù)雜的流場分布，進(jìn)一步提高氣體流量測量的精度，采用多聲道超聲波氣體流量計可大大接近實際場景。多聲道超聲波氣體流量計將多個聲道按照一定的規(guī)律合理地布置在管道不同的流層位置上，各個聲道可以分別反映不同位置的氣體流動情況。本發(fā)明通過流體雷諾數(shù)對流場狀態(tài)進(jìn)行分析，進(jìn)而推導(dǎo)出不同流場狀態(tài)下的截面平均流速和聲道線平均流速之間的關(guān)系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流量計校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)生產(chǎn)大型化，大管徑流量測量日益增加，要發(fā)展氣體超聲波流量測量儀表，就需要研制和建立能滿足需求的氣體流量檢定裝置，構(gòu)建校準(zhǔn)系統(tǒng)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員從幾何參數(shù)校準(zhǔn)、時間參數(shù)校準(zhǔn)、以及流量數(shù)值積分誤差校準(zhǔn)三個方面分析，建立了對大管徑氣體超聲流量計的非實流校準(zhǔn)系統(tǒng)：一、利用三維坐標(biāo)測量臂對超聲流量計管道進(jìn)行幾何參數(shù)的測量，利用坐標(biāo)測量儀器，可以給出測量管段及探頭幾何形態(tài)的完整描述，降低了幾何參數(shù)測量的不確定度。二、基于能量的超聲波信號過零檢測方法，通過確定過零點，避免了信號的變化對流量測量造成影響，實現(xiàn)傳播時間的精準(zhǔn)計算。

然而在實際測量中，由于氣體流速分布比較復(fù)雜，利用數(shù)值積分過程會引入一定的誤差，在不了解氣體流場分布狀態(tài)的情況下，即使引入系數(shù)修正，這種誤差是依然存在，很難避免。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服數(shù)值積分過程會引入一定的誤差的缺點，本發(fā)明的技術(shù)問題是：提供基于流量數(shù)值積分誤差分析的氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法。

本發(fā)明的技術(shù)實施方案為：氣體超聲波流量計校準(zhǔn)方法，包括如下步驟：

步驟一、基于時差法測量原理的多聲道超聲波氣體流量計，依據(jù)已有的公式計算得到每一個聲道上的測量流速V：

式中，T_AB為超聲波傳播順程時間；T_BA為超聲波傳播逆程時間；L為聲道長度；θ為超聲波傳播方向與管道軸向的夾角。

步驟二、再通過將各個聲道上的流速測量值進(jìn)行加權(quán)積分，可計算得到流體流經(jīng)管道橫截面的平均流速

式中，ω_i是第i聲道的加權(quán)積分系數(shù)。

步驟三、根據(jù)流體流量公式計算管道測量斷面的瞬時體積流量Q：

步驟四、又因為從另一角度，也可根據(jù)數(shù)值積分公式計算該分段布置形式的管道流量，定義管道半徑為R，聲路數(shù)量為n，i代表不同的聲道，為i聲道線處的氣體平均流速；則管道內(nèi)氣體的瞬時體積流量為：

令可以簡化積分計算過程，從而推導(dǎo)出管道斷面的瞬時體積流量Q：

步驟五、通過雷諾數(shù)來進(jìn)行判別氣體的流動狀態(tài)，分為層流或紊流：

層流狀態(tài)下的截面平均流速和聲道線平均流速之間存在如下關(guān)系為：

紊流狀態(tài)下的截面平均流速和聲道線平均流速之間存在如下關(guān)系為：

雷諾數(shù)已知(由尼古拉茲的實驗數(shù)據(jù)查詢流體和管道等相關(guān)幾何參數(shù)得出雷諾數(shù)的取值)，則可計算出對應(yīng)的n值。