專利名稱：超聲波煙氣流速計量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種采用超聲波來測量煙氣流量的超聲波煙氣流速計量儀，應用在環
保監測行業中。
背景技術：
目前大多應用在熱力廠和發電廠的CEMS系統中，對于煙氣流速的檢測方法主要 有皮托管、熱式氣體流量計等方法。 皮托管氣體流量計的原理為通過測量壓力來測量流速，操作時將測速管放置在 煙道內中心位置，使管口與煙氣流速方向垂直，測得該位置上的動壓與靜壓之差，從而根據 公式V二 (2Ap/p)l/2計算出該點的流速。 存在問題為實現流速的測量，儀表需配備壓差變送器，尤其是在小流速(10m/s) 的測量，由于皮托管產生的壓力很小，故對于低流速的測量，皮托管氣體流量計有其自身的 弊端精度差，不能測低速煙氣，經常堵塞。 熱式氣體流量計的原理為利用熱傳導原理檢測流量，即通過流動中的流體與熱 源之間熱量交換關系來測量流量。測量公式為P/ A T = A十B (Q)m，其中A， B是與氣體物理 性質有關的常數。從上述公式可以看出加熱功率與熱源的溫度差的比值可以得出質量流 量Q。在實際應用中，我們把加熱功率P或溫度差AT的任一參數固定來測量流體的質量。
存在問題熱式氣體流量計的響應速度相對較長，不同氣體的成分及密度不同，對 測量現場氣體成分無法準確測定，影響測量精度。 針對上述流量計的缺點，本發明涉及將兩個超聲波收發器分別設置在被測煙氣的 上風側和下風側、通過從一個超聲波收發器發送超聲波由另一個超聲波收發器接收而測量 煙氣流量的超聲波流速計量儀。超聲波流速計量儀具有響應快，測量范圍廣等優點。
圖1是超聲波煙氣流速計量儀安裝于煙道效果圖
圖2是超聲波煙氣流速計量儀的外觀結構圖
圖3是超聲波信號的激發電路
圖4是超聲波信號的檢測電路
圖5是模擬開關電路 圖中1、煙道，2、法蘭盤，3、超聲波煙氣流速計量儀4、旋轉支架，5、超聲波收發 器，6、超聲波收發器，7、支架，8、法蘭，9、控制盒，10、螺絲。
具體實施例方式
下面，參照
本發明的實施。 如圖1中的法蘭盤2將該法蘭盤固定在煙道1上，通過法蘭盤2將圖2所示的超 聲波流量計的法蘭8固定。安裝時卸下螺絲10，此時可移動支架7，從而旋轉支架4，使得超
3聲波收發器5、6之間距離減小，可通過圖1所示法蘭的中心孔，將超聲波收發器5、6插入煙 道內部后，移動支架7，安裝上螺絲10，從而固定超聲波收發器5、6之間的距離L不變。再 用螺絲將超聲波流量計的法蘭8與法蘭盤2連接，從而固定超聲波收發器5、6之間的長度 方向與煙氣流速方向成固定角度9 (一般選為0。)。 下面，就現有技術的超聲波流量計的構造及其測量原理進行說明。 超聲波流量計由兩個超聲波收發器及控制電路構成。控制電路通過產生40kHz
的電信號激發超聲波收發器產生超聲波，當超聲波收發器接收到超聲波信號后又產生電信
號，控制電路通過軟件記錄一個超聲波收發器發送超聲波時間及檢測到另一個超聲波收發
器接收到超聲波信號來計算超聲波的順逆風時間t2。本發明控制電路的超聲波激發電
路及超聲波信號檢測電路如圖3、4、5所示。 如圖3為超聲波信號的激發電路，該電路通過為超聲波收發器提供30V激勵電壓， 從而提高超聲波收發器發送超聲波信號的能量。 如圖4為超聲波信號的檢測電路，該電路采用多級放大對超聲波輸入信號進行檢 如圖5在超聲波信號激發電路及超聲波信號檢測電路中采用模擬開關，其極低的 輸入失調電壓溫漂系數非常適合于高阻抗小幅值信號源，從而保證超聲波信號檢測。
兩個超聲波收發器分別起發送器和接收器的功能，就是說，當一方超聲波收發器 作為發送器使用時，另一方作為接收器使用。并兩個超聲波收發器之間所形成的超聲波傳 播路徑與流體的流動方向成e角。 當超聲波順流體流動方向前進，其速度就變快，相反，當超聲波沿逆著流體流動方
向前進，其速度就變慢。因此，由兩個超聲波收發器收發超聲波傳輸的時間差，可以求出流
體的速度。另外，還可以根據通過流路的截面積求出瞬時流量。 根據上述原理，以下說明本超聲波流量計的具體實現及其測量方法。 將超聲波流速計量儀插入煙道內部，通過圖1所示法蘭盤將流量計安裝于煙道的
管壁上，其中超聲波收發器5與超聲波收發器6之間的距離恒定為L，此時超聲波收發器5、
6長度方向與煙氣流速方向的夾角為e ，在煙氣無流速狀態下超聲波在被測煙氣中的傳播
速度為聲速C，被測流體的流速為V，則從超聲波收發器5發射的超聲波在被測煙氣中傳播
并由超聲波接收器6所接收的播放時間^可以表示為下式。
C + V cos0 = i (式1) 同樣，從超聲波收發器6發射的超聲波在被測煙氣中傳播并由超聲波收發器5所 接收的傳播時間t2可以表示為下式。 C — V COS8 - — (式2) 從上述兩式消去被測煙氣的聲速C，則可得到下式。 丄一i = 2VCQS8 (式3) t工 tz 由上式可以求出被測煙氣的流速V為 V=;^(f—(式4)
4
由于在上式中不包含被測煙氣中的聲速C，所以，可以與被測煙氣的物質無關的求 出煙氣流速V，從而可以根據得到的煙氣流速V和煙氣外壁管徑的截面積得出流量。
權利要求
一種煙氣流速計量儀器，其特征在于使在煙氣的通路中形成超聲波傳播路徑而配置的超聲波收發器5、6；驅動上述超聲波收發器5、6收發超聲波信號并進行流速計算、輸出的控制電路；安裝上述控制電路的控制盒9；安裝超聲波收發器和安裝信號線的支架7；安裝超聲波流量計的法蘭8。
2. 如權利要求1中所述其特征在于煙氣流速計量儀器，其特征在于具有測量煙氣流 速而配置的超聲波收發器5、6，上述超聲波收發器具有向相對一方的超聲波收發器進行收 發超聲波，并將聲波信號轉換為電信號的功能。
3. 如權利要求1、2中所述其特征在于煙氣流速計量儀器，其特征在于具有測量煙氣流速而配置的超聲波收發器5、6，上述超聲波收發器通過導線經支架7連接至控制盒9內的 控制電路，該控制電路產生40kHz的電信號激發超聲波收發器5 、 6發出超聲波信號，并通過 檢測超聲波收發器5、6接收到超聲波信號產生的電信號來計算超聲波收發器發送超聲波 到對方收到該超聲波信號的時間t" t2。
4. 如權利要求l中所述其特征在于超聲波煙氣流速計量儀器，其特征在于具有安裝于煙氣管道上的法蘭盤2，及固定流量計于煙道上的法蘭8，保證超聲波收發器5、6的長度 方向與煙氣流速方向成固定角度9 。
5. 如權利要求3、4所述其特征在于超聲波煙氣流速計量儀器，具有控制電路板，通過 所述控制電路所記錄的超聲波收發器發送超聲波到對方收到該超聲波的時間tl、 t2及超 聲波收發器5、6的長度方向與煙氣流速方向的角度e和超聲波收發器5、6之間的長度L， 可計算出煙氣流速V，并以標準的4 20mA的模擬量及RS232信號進行輸出。
全文摘要
本發明涉及一種采用超聲波來測量煙氣流量的超聲波煙氣流速計量儀，主要應用于煙道中煙氣流量的測量，包括在煙氣流路中形成超聲波傳播路徑而配置的超聲波收發器5、6；驅動超聲波收發器5、6收發超聲波并計算、輸出煙氣流速的控制電路。通過將超聲波收發器5、6安裝與煙道內，通過控制電路檢測超聲波收發器5、6的超聲波的雙向傳播時間差，來測量流體的流量。
文檔編號G01P5/24GK101793908SQ20091015769
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月24日 優先權日2009年7月24日
發明者任曉強, 劉冬雪, 劉泰中, 王昕竑, 胡剛, 郭煒, 陳紅巖 申請人:中科天融(北京)科技有限公司