專利名稱：超聲波速差法流量計的制作方法
技術領域：
超聲波速差法流量計，涉及超聲波流量計的制造技術，可用于一般流體流量的測量亦可用于脈動的大口徑，大流量流體的流量測定。
現在使用的超聲波流量計，一般采用時差法，相差法和頻差法來計量測定。由于這些方法本身的不足，使得這些流量計在實際使用中存在不足，例如，時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易受環境溫度，壓力和流體成分變化的影響，而頻差法流量計在計量測定時需要較長時間平均才能滿足一定的測量精度，并且在頻率的周期中還必須扣除由電纜、觸發電平，探頭等造成的延時，才能使得計量結果準確，使用較麻煩。而且現有的流體流量計尚不能對脈動大口徑大流量氣體計量測定。
本實用新型提供了一種不受環境溫度，壓力、流體成分改變的影響，計量速度快，精度高，不僅能對一般流體進行測量還能對脈動大口徑大流量流體測定計量的超聲波速差法流量計。
本實用新型通過測量流體順流聲速和逆流聲速的聲速差來換算出被測流體的流量。它由探頭和儀器兩部分組成。探頭部分由一對超聲探頭和探頭管構成。一對工作頻率相同的超聲探頭相對固定在直徑為D的探頭管兩測與探頭管中軸線的夾角為θ。工作時輪流發射超聲信號和接受回波。儀器部分由計算機和8031微處理單片機組成。在單片機中有二個獨立的發射電路，放大電路和過零電平檢測電路，它們分別和兩個探頭連接。單片機輪流觸發發射和測定流體順流、逆流傳播的聲時，管內溫度、壓力，并把測得的數據通過RS232串行口傳給計算機。計算機用內存的管道直徑D，探頭與探頭管的夾角θ，探頭的聲程及延時，計量流量的標準溫度、壓力和單片機傳來的原始數據實時計算出管道內流體的流速、流量，并據此算出本班當前的流量和各班、日、月、年累計產量，在屏幕上，以圖表和數據表格形式顯示、儲存、并可隨時打印出來。
本實用新型的優點在于由于采用了一對超聲探頭通過對流體的順流聲速與逆流聲速的測量來計量被測氣體的流速和流量、整個計量測定不受環境溫度、壓力、氣體成分變化的影響，而且在線測量速度快，精度高。
附圖是本實用新型的實施例，其中
圖1、工作原理圖；圖2、探頭、套筒及固定板部分結構示意圖。
圖3、發射部分的電路原理圖。
以下結合附圖對本實用新型作進一步的描述。
本實用新型包括顯示屏1、計算機2、測定溫度、壓力、聲時的單片機3、溫度傳感器4，壓力傳感器5，發射電路6A，6B，探頭7A、7B，放大電路8A，8B，過零電平檢測電路9A，9B，或門10，高速計時門11，石英晶振時標12。套筒14，固定板19。溫度傳感器4、壓力傳感器5通過電纜與溫度、壓力，聲時測試單片機3連接，單片機3，是本流量計測量的核心，它輪流觸發發射電路6A，6B以寬度恒定的方波發射，激發超聲探頭7A，7B以其共振頻率發射聲波。過零電平檢測電路9A，9B從放大電路8A，8B傳來的發射和接收回波信號中揀出接受回波到達的過零電平瞬刻，并產生一個由發射到接收回波到達瞬刻的正方波，這一方波通過或門10控制高速計時門11讓石英晶振時標12通過，并由單片機的測時電路計時、多次平均后傳給計算機2，計算機2用預存在內的管徑D，探頭與探頭管軸線之間的夾角θ，兩探頭7A，7B間的距離以及電纜，探頭，電路中的延時，標準工況的壓力，溫度算出標準工況下氣體的流速及流量，并累積。根據要求可在屏幕上以圖表和數字表格形式直觀精確地顯時實時溫度，壓力，標準工況下的流速，當班的流量、以及日，月，年，產量數據，并可打印、儲存。
探頭7A，7B，分別安裝在套筒14內，為防止管道上的聲音傳到探頭上，和一個探頭發射的聲波通過套筒14和探頭管13直接傳給另一個探頭，影響測時，采用探頭波節處與套筒14連接，采用聲阻抗相差大的材料做成多個接環15，16，17，18多次交替銜接組成套筒14，使從管道傳到固定板19的聲音不能傳到探頭，在探頭7A，7B，套筒14與探頭管13間設有間隙，防止探頭7A，7B及套筒14通過沉積物傳聲，影響測定計量。晶體管GB1、GB2分別受二個反相發射信號的驅動。發射信號可以是1-3個小方脈沖，脈沖正負寬度是探頭共振頻率周期的一半。當GB1受正脈沖激勵導通，GB2受負脈沖激勵截止，導致晶體管GB3、GB5導通GB4截止，反之導致GB3、GB5截止，GB4導通，通過電容C1在探頭上產生一個高壓的電脈沖(串)，這個電脈沖(串)驅動探頭向流體發射聲波。這一聲波通過流體傳到對面的探頭產生一個聲波到達的電信號。這一信號經過對面的限幅電阻R2，R3，電容C2傳到對面的放大器上。限幅二極管GB6、GB7主要在發射時起作用，當信號超過0.7V即導通，導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。
權利要求超聲波聲速差法流量計，包括顯示屏(1)，計算機(2)，溫度壓力，聲時測量單片機(3)，溫度傳感器(4)，壓力傳感器(5)，發射電路(6A)，(6B)，探頭器(7A)，(7B)，放大器(8A)，(8B)，過零電平檢測電路(9A)，(9B)，或門(10)，高速計時門(11)，石英晶振時標(12)，探頭管(13)，套筒(14)，接環(15)，(16)，(17)，(18)，固定板(19)，其特征在于a探頭(7A)，(7B)分別固定安裝在套筒(14)內；套筒(14)由聲阻抗相差大的材料制成的接環(15)，(16)，(17)，(18)交替銜接構成，探頭(7A)，(7B)和套筒(14)通過固定板(19)與探頭管(13)固定連接。b發射電路由三極管GB1、GB2、GB3、GB4、GB5，電阻R1、R2、R3、電容C1、C2，二極管GB6、GB7構成。
專利摘要超聲波速差法流量計是一種新型的流量計，適用于一般流體流量的測量以及脈動大口徑大流量流體的計量測定。本流量計采用一對超聲探頭，在單片機的控制下對被測流體的順流和逆流聲速進行測試，根據其聲速差換算出被測流體的流速和流量。不受溫度、壓力、流體成分變化的影響。本實用新型結構簡單，測試方便，計量精度高。
文檔編號G01F1/66GK2259619SQ9524486
公開日1997年8月13日 申請日期1995年10月13日 優先權日1995年10月13日
發明者朱士明, 梁軍汀, 盧杰, 錢夢騄 申請人:同濟大學