[發明專利]基于聲速追蹤的超聲波流量測量方法及用該方法的流量計

在審

• 申請號: 202211187551.4
• 申請日: 2022-09-26
• 公開（公告）號: CN115638846A
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 趙楠楠;劉澤遠;劉國輝;李書桐;付婧媛
• 申請（專利權）人: 浙江啟爾機電技術有限公司
• 主分類號: G01F1/667
• 分類號: G01F1/667;G01F15/02
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 林君勇

本發明公開了一種基于聲速追蹤的超聲波流量測量方法及用該方法的流量計，測量超聲波的順流和逆流傳播時間，計算超聲波在待測流體中的聲速，將其與標定介質中的聲速比較，再結合超聲波在管段中的順流和逆流傳播時間的和值及差值計算管段中流體的流速，進而計算流體的流量；不需要檢測流體的溫度即可消除溫度對流量測量的影響，提高了流量計的測量精度和穩定性；只需要在一個標測溫度下操作即可完成標定步驟，并且標定介質與實際待測介質的材料可以不相同。

技術領域

本發明涉及一種超聲波流量計，尤其是涉及一種使用于超聲波流量計中的基于聲速追蹤的超聲波流量測量方法及用該方法的流量計。

背景技術

超聲波流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀器。超聲波流量計有時差法、波束偏移法、多普勒法等多種流量測量原理。時差法在超聲式流量計量領域中應用廣泛，其原理是通過測量超聲波信號在流體中順流傳播時間t_d和逆流傳播時間之差t_u來計算流體的流速，進而計算出流體的流量。具體地，如圖1所示，流量計1具有管段2，管段2的上游和下游分別設置超聲波換能器3a和3b，超聲波換能器3a和超聲波換能器3b互相發射和接收超聲波，控制器4測量超聲波沿順流體流動方向(見圖1中箭頭A所示流體流入方向和箭頭B所示流體流出方向)在兩個超聲波換能器之間傳播的順流傳播時間t_d和沿逆流體流動方向在兩個超聲波換能器之間傳播的順流傳播時間t_u，超聲波在順流傳播時傳播速度被流體流速所加速，在逆流傳播時傳播速度被流體流速所減速，根據測得的順逆流傳播時間之差，可以計算出流體的流速。超聲波流量計的管段2可以如圖1所示折線形，將超聲波換能器3a和3b分別設置于折線段管段的上下游兩端，這樣可以用管段完全遮蔽超聲波換能器，避免管段中的流體與超聲波換能器接觸，避免二者相互腐蝕和污染；并且可以使超聲波基本以直線路徑在介質中傳播，能夠減少穿過介質界面時引起的能量損耗。

溫度是影響時差法超聲波流量計測量精度的一個重要因素。一方面，超聲波在介質中傳播的速度(聲速)會隨溫度變化；另一方面，超聲波管段會隨溫度的變化而熱脹冷縮，從而改變了超聲波傳播的路程。在常規的時差法超聲波流量計中，這兩方面原因降低了流量測量的精度，一般的解決手段是設置溫度傳感器(例如公開號為CN103808381A的中國發明專利)，測量流體的溫度，再根據實際工況的溫度修正測量結果。但設置溫度傳感器勢必增加了流量計的體積、功耗和成本，特別是有高測量精度或小安裝空間要求的流量計更難以設置溫度傳感器。而且，依靠檢測溫度來修正測量誤差的前提是在標定過程中根據溫度進行標定，需要在多個溫度下開展流量計的標定工作，標定工作量大，特別是對于適用溫度范圍廣或者測量精度要求高的流量計來說更是如此。

發明內容

本發明為解決現有時差法超聲波流量計中存在著超聲波管段易受溫度變化而導致降低流量測量精度，增加溫度傳感器又存在著容易增加流量計體積、功耗和成本，標定工作量大等現狀而提供的一種可以解決上述技術問題而消除溫度對測量精度影響的基于聲速追蹤的超聲波流量測量方法及用該方法的流量計。

本發明為解決上述技術問題所采用的具體技術方案為：一種基于聲速追蹤的超聲波流量測量方法，其特征在于：包括如下步驟

A1.測量超聲波在成對的超聲波換能器之間的順流傳播時間t_d和逆流傳播時間t_u；

A2.計算順逆流傳播時間的和，記為順逆流時間和at；計算順逆流傳播時間的差，記為順逆流時間差dt；

A3.根據順逆流時間和at計算超聲波在待測介質中的聲速c；

A4.計算聲速比，聲速比k的定義為超聲波在待測介質中的聲速c與在標定介質中的聲速c_r之比；

A5.根據標定工況確定的流速計算式v＝f(k,dt)計算流速，其中是包含聲速比k和順逆流時間差dt的計算式；

A6.根據流速計算出待測介質的流量。