專利名稱：多通道超聲波速差法氣體流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
多通道超聲波速差法氣體流量計(jì)，涉及超聲波流量計(jì)的制造技術(shù)，可用于一般氣體流量的測(cè)量亦可用于脈動(dòng)的大口徑、大流量氣體的流量測(cè)定。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在使用的超聲波流量計(jì)，一般采用時(shí)差法，相差法和頻差法來計(jì)量測(cè)定。由于這些方法本身的不足，使得這些流量計(jì)在實(shí)際使用中存在不足，例如，時(shí)差法和相差法中流量與聲速的平方成正比，因此這類超聲波流量計(jì)易受環(huán)境溫度、壓力和氣體成分變化的影響，而頻差法流量計(jì)在計(jì)量測(cè)定時(shí)需要較長(zhǎng)時(shí)間平均才能滿足一定的測(cè)量精度，并且在頻率的周期中還必須扣除由電纜、觸發(fā)電平、探頭等造成的延時(shí)，才能使得計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確，使用較麻煩。而且現(xiàn)有的氣體流量計(jì)由于超聲信號(hào)頻率相對(duì)較高，因此對(duì)氣體介質(zhì)的要求也較高，如二氧化碳濃度過高或氣體含有其它雜質(zhì)氣體流量計(jì)就不能正確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量?jī)x器的不足，本實(shí)用新型提供一種不受環(huán)境溫度、壓力、氣體成分改變的影響，且計(jì)量速度快，精度高，不僅能對(duì)一般氣體進(jìn)行測(cè)量，還能對(duì)脈動(dòng)大口徑大流量氣體及介質(zhì)情況較惡劣的氣體進(jìn)行測(cè)定計(jì)量的多通道超聲波速差法氣體流量計(jì)。
本實(shí)用新型通過測(cè)量氣體順流聲速和逆流聲速的聲速差來換算出被測(cè)氣體的流量。它由探頭和儀器兩部分組成，探頭部分由多對(duì)超聲探頭和標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管構(gòu)成。多對(duì)工作頻率相同的超聲探頭通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管的側(cè)管固定在直徑為D的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管上，探頭的超聲傳播方向與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管中軸線的夾角為θ。工作時(shí)輪流發(fā)射超聲信號(hào)和接受回波。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管的側(cè)管后端設(shè)有球閥使得流量計(jì)可在帶氣在測(cè)狀態(tài)下更換探頭。儀器部分由計(jì)算機(jī)和8031微處理單片機(jī)組成。在單片機(jī)中有多個(gè)獨(dú)立的發(fā)射電路，放大電路和過零電平檢測(cè)電路，它們分別和各自的探頭連接。單片機(jī)輪流觸發(fā)發(fā)射和測(cè)定氣體順流、逆流傳播的聲時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管內(nèi)的溫度、壓力，并把測(cè)得的數(shù)據(jù)通過RS232串行口傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)用內(nèi)存的管道直徑D、超聲傳播方向與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管的夾角θ、每個(gè)探頭的聲程及延時(shí)、計(jì)量流量的標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力和單片機(jī)傳來的原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算出管道內(nèi)氣流的流速、流量，并據(jù)此計(jì)算出瞬時(shí)流量和各班、日、月、年的雙向累積流量，在屏幕上以圖表和數(shù)據(jù)表格形式顯示、儲(chǔ)存、并可隨時(shí)打印以及通過Modem利用電話線實(shí)現(xiàn)將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用了多對(duì)超聲探頭，通過對(duì)氣體的順流聲速與逆流聲速的測(cè)量來計(jì)量被測(cè)氣體的流速和流量、整個(gè)計(jì)量測(cè)定不受環(huán)境溫度、壓力、氣體成分變化的影響，而且在線測(cè)量速度快，精度高并可利用電話線進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。


附圖是本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中圖1、是本實(shí)用新型工作原理圖，圖2、是本實(shí)用新型中探頭部分結(jié)構(gòu)示意圖，圖3、是本實(shí)用新型發(fā)射部分的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合上述附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
本實(shí)用新型包括顯示屏1，計(jì)算機(jī)2，測(cè)定溫度、壓力、聲時(shí)的單片機(jī)3，發(fā)射電路4A、4B、4C、4D，放大電路5A、5B、5C、5D，過零電平檢測(cè)電路6A、6B、6C、6D，或門7，高速計(jì)時(shí)門8，石英晶振時(shí)標(biāo)9，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10，球閥11，密封套管12，探頭13A、13B、13C、13D，溫度傳感器及變送器14，壓力傳感器及變送器15。溫度傳感器及變送器14、壓力傳感器及變送器15通過電纜與溫度、壓力、聲時(shí)測(cè)試單片機(jī)3連接，單片機(jī)3輪流觸發(fā)發(fā)射電路4A、4B、4C、4D以寬度恒定的方波發(fā)射，激發(fā)超聲探頭13A、13B、13C、13D以其共振頻率發(fā)射聲波。過零電平檢測(cè)電路6A、6B、6C、6D從放大電路5A、5B、5C、5D傳來的發(fā)射和接收回波信號(hào)中揀出接收回波到達(dá)的過零電平瞬刻，并產(chǎn)生一個(gè)由發(fā)射到接收回波到達(dá)瞬刻的正方波，這一方波通過或門7控制高速計(jì)時(shí)門8讓石英晶振時(shí)標(biāo)9通過，并由單片機(jī)的測(cè)時(shí)電路計(jì)時(shí)、多次平均后傳給計(jì)算機(jī)2，計(jì)算機(jī)2用預(yù)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)的管徑D、超聲傳播方向與探頭管軸線之間的夾角θ、每對(duì)探頭13A與13B、13C與13D間的超聲超聲傳播距離以及電纜、探頭、電路中的延時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)工況的壓力、溫度算出標(biāo)準(zhǔn)工況下氣體的流速及流量，并累積。根據(jù)要求可在屏幕上以圖表和數(shù)字表格形式直觀精確地顯時(shí)瞬時(shí)溫度、壓力，標(biāo)準(zhǔn)工況下的瞬時(shí)流速(流量)，當(dāng)班的流量，以及日、月、年雙向流量數(shù)據(jù)，并可打印、儲(chǔ)存及通過Modem利用電話線實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸。
探頭13A、13B，13C、13D，通過固定在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10側(cè)管上的球閥11分別安裝固定在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10內(nèi)，在探頭的前端設(shè)置聲耦合層16，用于探頭和被測(cè)氣體之間的聲匹配，以增強(qiáng)超聲信號(hào)，探頭外殼采用聲阻抗相差大的材料做成的多個(gè)接環(huán)17，18，19，20交替銜接而成，以防止管道上的聲音傳到探頭上，以及一個(gè)探頭發(fā)射的聲波通過標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10直接傳給另一個(gè)探頭，影響測(cè)時(shí)，使從管道傳出的聲音不能傳到探頭。探頭外殼的后端與連接管21連接。密封套管12套裝在連接探頭的連接管21外，一端固定在球閥11后端，另一端與連接管21的后端連接以固定探頭。在探頭13A、13B、13C、13D與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10間設(shè)有間隙，防止探頭13A、13B、13C、13D與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管10通過沉積物傳聲。影響測(cè)定計(jì)量。晶體管GB1、GB2分別受二個(gè)反相發(fā)射信號(hào)的驅(qū)動(dòng)。發(fā)射信號(hào)可以是1～3個(gè)小方脈沖，脈沖正負(fù)寬度是探頭共振頻率周期的一半。當(dāng)GB1受正脈沖激勵(lì)導(dǎo)通，GB2受負(fù)脈沖激勵(lì)截止，導(dǎo)致晶體管GB3、GB5導(dǎo)通GB4截止，反之導(dǎo)致GB3、GB5截止，GB4導(dǎo)通，通過電容C1在探頭上產(chǎn)生一個(gè)高壓的電脈沖(串)，這個(gè)電脈沖(串)驅(qū)動(dòng)探頭向氣體發(fā)射聲波。這一聲波通過氣體傳到對(duì)面的探頭產(chǎn)生一個(gè)聲波到達(dá)的電信號(hào)。這一信號(hào)經(jīng)過對(duì)面的限幅電阻R1、R2，電容C2傳到對(duì)面的放大器上。限幅二極管GB6、GB7主要在發(fā)射時(shí)起作用，當(dāng)信號(hào)超過0.7伏導(dǎo)通，導(dǎo)致超過部分的電壓主要降在限幅電阻R2上，使傳到放大器輸入端上的電壓≤0.7V，防止高壓擊穿。
權(quán)利要求多通道超聲波聲速差法氣體流量計(jì)，包括顯示屏(1)，計(jì)算機(jī)(2)，溫度、壓力、聲時(shí)測(cè)量單片機(jī)(3)，發(fā)射電路(4A)、(4B)、(4C)、(4D)，放大器(5A)、(5B)、(5C)、(5D)，過零電平檢測(cè)電路(6A)、(6B)、(6C)、(6D)，或門(7)，高速計(jì)時(shí)門(8)，石英晶振時(shí)標(biāo)(9)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管(10)，球閥(11)，密封套管(12)，探頭器(13A)、(13B)、(13C)、(13D)，溫度傳感器及變送器(14)，壓力傳感器及變送器(15)，其特征在于a探頭(13A)、(13B)、(13C)、(13D)通過球閥(11)分別固定安裝在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量短管(10)側(cè)管內(nèi)，在探頭前端置有聲耦合層(16)，探頭外殼由聲阻抗相差大的材料制成的接環(huán)(17)，(18)，(19)，(20)交替銜接構(gòu)成，探頭外殼的后端與連接管(21)連接，密封套管(12)套裝在探頭(13A)、(13B)、(13C)、(13D)后部的連接管(21)外，一端固定在球閥(11)后端，另一端與連接管(21)的后端連接；B發(fā)射電路由三極管GB1、GB2、GB3，電阻R1、R2、R3、電容C1、C2，二極管GB6、GB7構(gòu)成。
專利摘要多通道超聲波速差法氣體流量計(jì)是一種新型的流量計(jì),涉及超聲波流量計(jì)的制造技術(shù),適用于一般氣體流量的測(cè)量以及脈動(dòng)大口徑大流量氣體的計(jì)量測(cè)定。本流量計(jì)采用多對(duì)超聲探頭,在單片機(jī)的控制下對(duì)被測(cè)氣體的順流和逆流聲速進(jìn)行測(cè)試,計(jì)算機(jī)根據(jù)被測(cè)氣體的聲速差換算出被測(cè)氣體的流速和流量,在探頭管的測(cè)管上設(shè)有球閥,實(shí)現(xiàn)在測(cè)狀態(tài)下更換探頭。本實(shí)用新型不受溫度、壓力、氣體成分變化的影響,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,測(cè)試方便,計(jì)量精度高。
文檔編號(hào)G01F1/66GK2491806SQ01253509
公開日2002年5月15日 申請(qǐng)日期2001年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者朱士明, 梁軍汀, 盧杰 申請(qǐng)人:朱士明, 梁軍汀, 盧杰