超聲波流量計(jì)消除溫度影響聲速的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及超聲波流量計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣體超聲波流量計(jì)消除溫度影響 聲速的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時(shí)差法作為超聲波流量計(jì)量的主要方法之一，其原理是通過(guò)測(cè)量超聲波信號(hào)在流 體中順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間之差來(lái)計(jì)算流速，相對(duì)于電磁流量計(jì)，超聲波流量計(jì)量 可測(cè)量不導(dǎo)電的介質(zhì)，因此，其應(yīng)用場(chǎng)合更加廣泛。
[0003] 然而，在超聲波流量計(jì)測(cè)量原理可以發(fā)現(xiàn)，超聲波在流體中的傳播速度是作為已 知的常量直接參與計(jì)算流速信息，而超聲波在流體中的傳播速度關(guān)于溫度和壓力的函數(shù)， 具有明顯的非線性特征，會(huì)隨著溫度的變化而改變的。因此，溫度變化對(duì)流體中聲速造成的 影響不可忽視，需要一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)超聲波流量計(jì)，能夠消除或大幅度降低溫度影響聲速的 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波流量計(jì)消除溫 度影響聲速的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中超聲波流量計(jì)在測(cè)量時(shí)，溫度因素對(duì)聲速的影響， 造成的測(cè)量誤差大的問(wèn)題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種所述超聲波流量計(jì)消除溫度影 響聲速的方法，所述超聲波流量計(jì)包括發(fā)射換能器、接收換能器與收發(fā)電路，所述超聲波流 量計(jì)消除溫度影響聲速的方法至少包括：
[0006] 實(shí)時(shí)檢測(cè)所述超聲波流量計(jì)中的觸發(fā)信號(hào)，其中，所述收發(fā)電路包括變壓器驅(qū)動(dòng) 電路與閾值觸發(fā)電路，所述觸發(fā)信號(hào)為所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送至所述發(fā)射換能器的驅(qū)動(dòng) 信號(hào)；
[0007] 當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路檢測(cè)到所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器發(fā)送超聲波信 號(hào)，并以接收到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間作為計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)；
[0008] 當(dāng)所述接收換能器接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，則以接收到所述超聲波信號(hào)作為計(jì) 時(shí)的截止點(diǎn)；
[0009] 根據(jù)所述計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與所述計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)之差，顯示所述超聲波信號(hào)在管道傳 輸?shù)臅r(shí)間。
[0010] 優(yōu)選地，所述當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路檢測(cè)到所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器 發(fā)送超聲波信號(hào)，并以接收到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間作為計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)，具體包括：
[0011] 所述收發(fā)電路電路包括閾值觸發(fā)電路；當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路檢測(cè)到所述變壓器驅(qū) 動(dòng)電路發(fā)送的所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)，將所述觸發(fā)信號(hào)作為所述發(fā)射換能器的激勵(lì)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng) 所述發(fā)射換能器發(fā)送超聲波信號(hào)；并以接收到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)作為發(fā)送超聲波信號(hào) 的計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)。
[0012] 優(yōu)選地，所述當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路檢測(cè)到所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送的所述觸發(fā)信 號(hào)，具體包括：
[0013] 所述閾值觸發(fā)電路包括電壓比較器，將基準(zhǔn)電壓連接至所述電壓比較器的一個(gè)輸 入端，將所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接至所述電壓比較器的另一個(gè)輸入 端，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電壓比較器輸出高電平信號(hào)，則判定檢測(cè) 出超聲波流量計(jì)中觸發(fā)信號(hào)。
[0014] 優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電壓設(shè)置為300mv。
[0015] 優(yōu)選地，所述當(dāng)所述接收換能器接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，則以接收到所述超聲 波信號(hào)作為計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)，具體包括：
[0016] 所述收發(fā)電路中還包括控制器，當(dāng)所述接收換能器接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，將 接收所述超聲波信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)發(fā)送給所述控制器，所述控制器以該時(shí)間點(diǎn)為計(jì)時(shí)的截止 點(diǎn)。
[0017] 優(yōu)選地，所述控制器為DSP、PLC、FPGA中的一種或多種。
[0018] 優(yōu)選地，所述根據(jù)所述計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與所述計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)之差，顯示所述超聲波 信號(hào)在管道傳輸?shù)臅r(shí)間，具體包括：
[0019] 所述閾值觸發(fā)電路將計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)發(fā)送至所述控制器，所述接收換能器將計(jì)時(shí)的 截止點(diǎn)發(fā)送至所述控制器，所述控制器根據(jù)接收的計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與所述計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)之 差，計(jì)算所述超聲波信號(hào)在管道傳輸?shù)臅r(shí)間，并顯示計(jì)算的時(shí)間結(jié)果。
[0020] 優(yōu)選地，所述實(shí)時(shí)檢測(cè)所述超聲波流量計(jì)中的觸發(fā)信號(hào)之前，還包括：
[0021] 在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，未檢測(cè)所述超聲波流量計(jì)中的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知 操作者。
[0022] 優(yōu)選地，所述預(yù)設(shè)的時(shí)間為一毫秒。
[0023] 優(yōu)選地，所述未檢測(cè)所述超聲波流量計(jì)中的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知操作 者，具體包括：
[0024] 在一毫秒內(nèi)，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓小于300mv的基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電壓比較器 輸出低電平信號(hào)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以通知操作者。
[0025] 如上所述，本發(fā)明的超聲波流量計(jì)消除溫度影響聲速的方法，具有以下有益效 果：
[0026] 通過(guò)在所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路與所述發(fā)射換能器之間設(shè)置閾值觸發(fā)電路，實(shí)時(shí)檢測(cè) 所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否為觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為觸發(fā)信號(hào)時(shí)，不僅驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器 發(fā)送超聲波信號(hào)，同時(shí)，以檢測(cè)到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)為計(jì)時(shí)的開(kāi)始點(diǎn)，當(dāng)所述接收換能 器以接收到超聲波信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)為計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)，所述控制器通過(guò)所述計(jì)時(shí)的開(kāi)始點(diǎn)與所 述計(jì)時(shí)點(diǎn)的截止點(diǎn)之間的差值，計(jì)算所述超聲波信號(hào)在所述管道內(nèi)傳輸時(shí)間。通過(guò)以接收 到觸發(fā)信號(hào)作為時(shí)間開(kāi)始點(diǎn)，避免了現(xiàn)有超聲波流量計(jì)在控制器發(fā)送DA轉(zhuǎn)換指令時(shí)就開(kāi) 始計(jì)時(shí)，大幅地減小了溫度對(duì)超聲波流量計(jì)中硬件的影響，提升了超聲波流量計(jì)測(cè)量的準(zhǔn) 確度。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲波流量計(jì)消除溫度影響聲速的方法流 程圖；
[0028] 圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲波流量計(jì)原理框架圖；
[0029] 圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲波流量計(jì)消除溫度影響聲速的結(jié)構(gòu)框 圖。
[0030] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明：
[0031] 1、控制器，2、閾值觸發(fā)電路，3、變壓器驅(qū)動(dòng)電路，4、發(fā)射換能器，5、接收換能器，6、 DA轉(zhuǎn)換器，7、電壓放大電路。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 以下通過(guò)特定的具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明 書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體 實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背 離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0033] 請(qǐng)參閱圖1至圖3。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明 本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù) 目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其 組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0034] 如圖1所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種超聲波流量計(jì)消除溫度影響聲速的方法 流程圖，其中，所述超聲波流量計(jì)包括發(fā)射換能器4、接收換能器5與收發(fā)電路，所述超聲波 流量計(jì)消除溫度影響聲速的方法至少包括：
[0035] 在步驟SlOl中，實(shí)時(shí)檢測(cè)所述超聲波流量計(jì)中的觸發(fā)信號(hào)，其中，所述收發(fā)電路 包括變壓器驅(qū)動(dòng)電路3與閾值觸發(fā)電路2，所述觸發(fā)信號(hào)為所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)送至所 述發(fā)射換能器4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0036] 在本實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)為所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)出的信號(hào)。
[0037] 在步驟S102中，當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路2檢測(cè)到所述觸發(fā)信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換 能器4發(fā)送超聲波信號(hào)，并以接收到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間作為計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)；
[0038] 其中，當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路2檢測(cè)到所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)送的所述觸發(fā)信號(hào) 時(shí)，將所述觸發(fā)信號(hào)作為所述發(fā)射換能器4的激勵(lì)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)所述發(fā)射換能器4發(fā)送超聲 波信號(hào)；并以接收到所述觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)作為發(fā)送超聲波信號(hào)的計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)。
[0039] 具體地，所述當(dāng)所述閾值觸發(fā)電路2檢測(cè)到所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)送的所述觸 發(fā)信號(hào)，具體包括：
[0040] 所述閾值觸發(fā)電路2包括電壓比較器，將基準(zhǔn)電壓連接至所述電壓比較器的一個(gè) 輸入端，將所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路3發(fā)送的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，連接至所述電壓比較器的另一個(gè) 輸入端，當(dāng)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，所述電壓比較器輸出高電平信號(hào)，則判定 檢測(cè)出超聲波流量計(jì)中觸發(fā)信號(hào)。
[0041] 優(yōu)選地，所述基準(zhǔn)電壓設(shè)置為300mv，當(dāng)然，也可以根據(jù)測(cè)量管道直徑與測(cè)量物質(zhì) 不同，調(diào)整所述基準(zhǔn)電壓的范圍。
[0042] 在步驟S103中，當(dāng)所述接收換能器5接收到所述超聲波信號(hào)時(shí)，則以接收到所述 超聲波信號(hào)作為計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)；
[0043] 其中，所述收發(fā)電路包括控制器1，當(dāng)所述接收換能器5接收到所述超聲波信號(hào) 時(shí)，將接收所述超聲波信號(hào)的時(shí)間點(diǎn)發(fā)送給所述控制器1，所述控制器1以該時(shí)間點(diǎn)為所述 超聲波信號(hào)在管道中傳輸?shù)挠?jì)時(shí)的截止點(diǎn)。
[0044] 優(yōu)選地，所述控制器1為DSP、PLC、FPGA中的一種或多種。
[0045] 在本實(shí)施例中，所述控制器1優(yōu)選為FPGA，其中，F(xiàn)PGA選用ALTERA公司的EP4E10， DA 選用 ADI 的 AD9760。
[0046] 在步驟S104中，根據(jù)所述計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與所述計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)之差，顯示所述超聲 波信號(hào)在管道傳輸?shù)臅r(shí)間。
[0047] 其中，所述閾值觸發(fā)電路2將計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)發(fā)送至所述控制器1，所述接收換能器 將計(jì)時(shí)的截止點(diǎn)發(fā)送至所述控制器1，所述控制器1根據(jù)接收的計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與所述計(jì)時(shí) 的截止點(diǎn)之差，計(jì)算所述超聲波信號(hào)在管道傳輸?shù)臅r(shí)間，并顯示計(jì)算的時(shí)間結(jié)果。
[0048] 在本實(shí)施例中，所述控制器1根據(jù)接收的所述計(jì)時(shí)的初始點(diǎn)與