專利名稱：三通道超聲時差流速測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲流速測量技術(shù)，特別是涉及多對超聲換能器安裝在已經(jīng)布置在位 的管道外側(cè)的情況下，用于提高流速測量精度的三通道超聲時差流速測量方法。
背景技術(shù)：
利用超聲波測量流體的流速，與其他方法比，它具有無可動部件、無壓損、成本對 口徑變動不敏感，因此在工業(yè)生產(chǎn)中具有一次投資多次、多管道測量的明顯優(yōu)勢。目前，基于超聲波時差法原理的超聲波流速測量方法，以其原理簡單、測量精度高 的特點，廣受歡迎，成為超聲波流速測量的主流。申請?zhí)枮椤?1100097. X”名稱為“超聲波多通道流量測量方法”的專利申請，公開
的是同一管道截面安裝多個測量通道，在不能十分精確地測量流體流動截面和由于管道是 橢圓形使管道內(nèi)徑偏差的情況下，該方法能增強流量測量的精度。申請?zhí)枮椤?3114624. 4”名稱為“一種小管徑超聲波流量測量裝置及方法”的專利 申請，公開的是換能器“V”型安裝方式，流速計算過程中使用了超聲在流體介質(zhì)中的速度， 并把它當著恒量使用，在實際工業(yè)生產(chǎn)過程中，超聲在流體介質(zhì)中的速度是隨溫度、介質(zhì)密 度等變化而變化的，不是恒量，而是變量，因此在流速測量過程中產(chǎn)生了誤差。申請?zhí)枮椤?00710125204. 8”名稱為“一種超聲波流量檢測系統(tǒng)及檢測方法”的專 利申請，公開的是換能器“Z”型安裝方式，流速計算過程中沒有考慮超聲在聲楔材料和管壁 中的傳播時間，把換能器收發(fā)時間差等同于超聲在流體介質(zhì)中傳播的時間，因此在流速測 量過程中產(chǎn)生了誤差。專利號為"2008200385 . 9”名稱為“同步收發(fā)時差式超聲波流量計”的專利申請， 公開的仍然是換能器“Z”型安裝方式，在信號抗干擾方面做了改進，并采用信號同時收發(fā)， 以提高測量速度，但并未從測量原理上提高測量精度。如

圖1所示，傳統(tǒng)時差法“V”型安裝
“V”型安裝時，超聲在聲楔材料中傳播速度為q、順流時傳播時間為k，逆流時傳播 時間為；管壁中傳播速度為，、順流時傳播時間為“2，逆流時傳播時間為^r2 ；流體中 傳播速度為Q、順流時傳播時間為-，逆流時傳播時間為；超聲順流時收發(fā)時間差為G ，逆流時收發(fā)時間差為。?？傻庙樍鲿r間為&= ^si + 2 +tS3 +iS3 +￡m +￡S1 逆、流時間為^” = iM + + +im +i-m + !
由于聲楔材料與管壁處于相對靜止狀態(tài)，故對超聲沒有速度的影響。所以當超聲入射 角一定時，順、逆流時超聲在聲楔材料與管壁中速度與時間相等。故 = !，
權(quán)利要求
1. 一種三通道超聲時差流速測量方法，其特征在于包括第一發(fā)射超聲換能器(TRC) 和第一接收超聲換能器(TRD)，第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第二接收超聲換能器(TRB)， 第三發(fā)射超聲換能器(TRE)和第三接收超聲換能器(TRF)三對超聲換能器，三對超聲換能 器構(gòu)成三個通道；所述第一發(fā)射超聲換能器(TRC)、第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第三發(fā)射 超聲換能器(TRE)的中心位于與管道的軸心線相平行的同一直線上且放置在管道一側(cè)，所 述第一接收超聲換能器(TRD)、第二接收超聲換能器(TRB)和第三接收超聲換能器(TRF) 的中心位于與管道的軸心線相平行的同一直線上且放置在管道另一側(cè)；所述第二發(fā)射超 聲換能器(TRA)位于第三發(fā)射超聲換能器(TRE)的上游，且第一發(fā)射超聲換能器(TRC)位 于第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第三發(fā)射超聲換能器(TRE)中間；所述第二接收超聲換 能器(TRB)位于第三接收超聲換能器(TRF)的上游，且第一接收超聲換能器(TRD)位于第 二接收超聲換能器(TRB)和第三接收超聲換能器(TRF)中間；所述第二發(fā)射超聲換能器 (TRA)位于第二接收超聲換能器(TRB)的上游，所述第三接收超聲換能器(TRF)位于第三 發(fā)射超聲換能器(TRE)的上游，且第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第二接收超聲換能器(TRB) 間的超聲信號在管道內(nèi)傳輸?shù)木嚯x與第三接收超聲換能器(TRF)和第三發(fā)射超聲換能器 (TRE)間的超聲信號在管道內(nèi)傳輸?shù)木嚯x相等；所述第一發(fā)射超聲換能器(TRC)和第一接 收超聲換能器(TRD)的中心連線與管道中流體的流向相垂直，第一發(fā)射超聲換能器(TRC)、 第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第三發(fā)射超聲換能器(TRE)同時發(fā)出信號，從第一發(fā)射超聲 換能器(TRC)發(fā)射超聲信號到第一接收超聲換能器(TRD)接收到超聲信號的時間間隔為從第二發(fā)射超聲換能器(TRA)發(fā)射超聲信號到第二接收超聲換能器(TRB)接收到超聲信號的時間間隔為^ ,從第三發(fā)射超聲換能器(TRE)發(fā)射超聲信號到第三接收超聲換能器(TRF)接收到超聲信號的時間間隔為>，從而得到順流方向接收信號與垂直流向接收信號時間差4 = 一~,逆流方向接收信號與垂直流向接收信號時間差& =。一&,利用公式計 算出流體的流速ν'，所述公式為其中，4為順流方向接收信號與垂直流向接收信號時間差、&為逆流方向接收信號與 垂直流向接收信號時間差，d為管道內(nèi)徑且為第一發(fā)射超聲換能器(TRC)和第一接收超聲 換能器(TRD)間的超聲信號在管道內(nèi)傳輸?shù)木嚯x，L為第二發(fā)射超聲換能器(TRA)和第二 接收超聲換能器(TRB)間的超聲信號在管道內(nèi)傳輸?shù)木嚯x或第三接收超聲換能器(TRF)和 第三發(fā)射超聲換能器(TRE)間的超聲信號在管道內(nèi)傳輸?shù)木嚯x。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三通道超聲時差流速測量方法，包括換能器安裝方式、信號時間差獲取和流速計算方法，換能器采用“W”型安裝；在信號時間差獲取上，用兩個接收信號時間差取代收發(fā)信號時間差，提高信號時間差測量精度；在計算方法上，用接收信號順流與垂直流向的時間差和逆流與垂直流向的時間差取代收發(fā)信號間的時間差，減小流速計算誤差。本發(fā)明有效地減小由于聲楔材料和管壁帶來的誤差，提高測量時間差的精度。
文檔編號G01P5/24GK102095889SQ201010563820
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者單鳴雷, 卞其勇, 朱昌平, 湯一彬, 韓慶邦 申請人:河海大學常州校區(qū)