免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，包括測量管體、至少三組換能器和積算儀，所述換能器包括反射換能器和接收換能器，測量管體側壁設有換能器安裝座；所述的三組換能器分別安裝在安裝座內，其特征在于成組的換能器產生的信號與管路軸心成10°~80°夾角,其中一組換能器的延伸線水平穿過表體的直徑形成中心聲道，其它組換能器分別安裝在表體中心水平面的上方和下方形成上方聲道和下方聲道，所述中心聲道、上方聲道、下方聲道所在的測量區間相互平行，所述積算儀內設有測量時間的芯片。
【專利說明】
免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表
技術領域
[0001] 本發明設及流量計量儀器技術領域，具體地說是一種免測溫超聲波流量計量儀 表。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，超聲波時差法測速是目前廣泛的應用在超聲波儀表的流量流速計量 中，其原理是安裝在超聲波測量管體的成對超聲波換能器交替發射和接收超聲波信號，超 聲波按一定的軌跡傳播，通過電子器件記錄處理順逆流超聲波傳播的時間差得到超聲波軌 跡上流體的線平均速度，但是該速度并非測量管體橫截面的面平均速度;且兩者之間的比 值系數與溫度、時間差相關。因此顯示準確的流量，通常需要一組經驗數據庫，數據庫中由 溫度和時間差坐標對應出一個參數，由測得的先平均速度乘W該參數可得實際管路流速與 流量。
[0003 ]通常時間差可由換能器測得，溫度由溫度傳感器測得。
[0004] 已有的一種通過換能器測量聲速，反推出溫度，進而獲得流量的算法，并在超聲波 計量中得W應用，但是超聲波在水中的速度與水溫的關系是一個近似開口向下拋物線，最 高點在74°C附近，運就意味著給出一個聲速將對應一個大于74°C的溫度和一個小于74°C的 溫度，不同溫度對應出兩個不同參數。對于常規的85°CW下計量的超聲波儀表，運種算法可 W滿足使用要求。
[0005] 隨著技術發展和節能高效的需求，越來越多的熱量輸送管路采用高溫小流量載 熱，常出現高于l〇〇°C的管路需要使用超聲波儀表計流量，則已有的算法，不能在無溫度傳 感器的條件下準確計量。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是為了克服上述現有技術的不足，提出一種檢測精度高、成本低廉， 僅依靠換能器組即可完成流量計量的免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表。
[0007] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，包括測量管體、至少Ξ組換能器和積算儀， 所述換能器包括反射換能器和接收換能器，測量管體側壁設有換能器安裝座;所述的Ξ組 換能器分別安裝在安裝座內，其特征在于成組的換能器產生的信號與管路軸屯、成10°~80° 夾角，其中一組換能器的延伸線水平穿過表體的直徑形成中屯、聲道，W利于對中屯、聲道的 流速流量進行測量，其它組換能器分別安裝在表體中屯、水平面的上方和下方形成上方聲道 和下方聲道，所述中屯、聲道、上方聲道、下方聲道所在的測量層面相互平行，W達到精確測 量的作用，所述積算儀內設有測量時間的忍片，W利于分別記錄每組換能器往復聲波信號 的傳輸時間，并上傳至積算儀進行運算。
[000引本發明所述上方聲道和下方聲道的間距為0.2~0.7倍管體直徑，W利于對上方聲 道和下方聲道的流速流量進行測量， 本發明所述中屯、聲道與管路軸屯、形成的夾角等于或小于上方聲道或下方聲道與管路 軸屯、形成的夾角，W達到精確測量的作用。
[0009] 本發明所述測量管體的內腔可呈圓柱形，也可呈沿軸向縮徑的錐形、還可呈沿軸 向變徑的異形，或者還可呈扁圓形。
[0010] 本發明所述積算儀的計量算法包括兩個步驟:第一步驟通過積算儀中的忍片瞬時 測量每組換能器在所在聲道中往復的聲速和時間差，第二步驟根據聲速和時間差進行流量 計量； 其中第一步驟算法為:通過計算器處理首先將中屯、聲道測得時間差與1/5倍額定流量 時間差比較； 第二步驟算法為:當測得中屯、聲道時間差大于或等于倍額定流量時間差時，由該中 屯、聲道時間差與兩側聲道時間差加權后，乘W該加權時間差對應的參數，即得到流速流量 值； 當測中屯、聲道時間差小于1/5倍額定流量時間差時，根據中屯、聲道時間差確定速度區 間，通過中屯、聲道的往復時間計算出對應的聲速，可將此時溫度確定為兩個，再通過中屯、聲 道時間差與上方聲道和下方聲道時間差的比值確定唯一的溫度，該中屯、聲道時間差與上方 聲道和下方聲道時間差加權數值與溫度兩個值從數據庫中對用出參數，即得到流速流量 值。
[0011] 本發明所述積算儀第一步驟算法的計算公式為：1.通過中屯、聲道測出流體進入測 量管體中屯、的往復時間并經忍片上傳至積算儀進行處理，得出聲速Cn和時間差Atnl兩個 值； 2. 通過上方聲道和下方聲道測出流體進入測量管體中該區間的往復時間，并經忍片上 傳至積算儀進行處理，得出平均時間差A tn2 ; 3. 將中屯、聲道、上方聲道和下方聲道的時間差進行加權平均，得到平均時間差Δ tn，加 權比值i為中間聲道與上下聲道在管路剖面的投影長度(i>l); 4. 將中屯、聲道測得時間差與倍的額定流量時間差進行比較，得出基準時間差A。
[0012] 本發明所述積算儀第二步驟算法的計算公式為：中間聲道的往復時間差Δ tni與標 準時間差A比較，當Δ tni > 4時，則進入加權平均時間差Δ tn與流量Q-一對應的數據庫，對 應出此時流量Q。
[001引當Δ心1<4時，則將中間聲道時間差Δ tni與上方聲道和下方聲道的平均時間差Δ tn2進行比較，確定唯一的溫度，即： 若，則可判斷水溫低于75°C，選用低溫參數數據庫； 若，則可判斷水溫高于于75°c，選用高溫參數據庫； 再根據聲速Cn和加權平均時間差Δ tn兩個測得量，進入二維參數的低溫低溫參數數據 庫或高溫參數數據庫，對應出此時的流量Q。
[0014] 本發明由于采用上述結構和算法，具有結構和算法簡單、運算快捷、測量精確、電 子硬件成本低、成本低廉等優點。
[0015] 1.
【附圖說明】 圖1是本發明一種實施例的結構示意圖， 圖2是圖1的左視圖。
[0016]圖3是本發明第二種實施例的結構示意圖。
[0017]圖4是本發明第Ξ種實施例的結構示意圖。
[0018]圖5是本發明第四種實施例的結構示意圖。
[0019]附圖標記：ii量管體A、換能器81、82、83、84、積算儀(：、換能器安裝跑3。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖對本發明進一步說明： 如附圖1所示，一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，包括測量管體、Ξ組換能器 B1、B2、B3和積算儀C，所述換能器包括反射換能器和接收換能器，測量管體側壁設有6個換 能器安裝座，本發明所述測量管體的內腔可呈圓柱形，也可呈沿軸向縮徑的錐形、還可呈沿 軸向變徑的異形，或者還可呈扁圓形，所述的Ξ組換能器B1、B2、B3分別安裝在6個安裝座 內，其成組的換能器產生的信號與管路軸屯、成10°~80°夾角，其中一組換能器B1的延伸線水 平穿過表體的直徑形成中屯、聲道，W利于對中屯、聲道的流速流量進行測量，換能器B2、B3分 別安裝在表體中屯、水平面的上方和下方形成上方聲道和下方聲道，所述中屯、聲道、上方聲 道、下方聲道所在的測量層面相互平行，W達到精確測量的作用，所述上方聲道和下方聲道 的間距為0.2~0.7倍管體直徑，W利于對上方聲道和下方聲道的流速流量進行測量，本發明 所述中屯、聲道與管路軸屯、形成的夾角等于上方聲道或下方聲道與管路軸屯、形成的夾角，W 達到精確測量的作用，所述積算儀內設有測量時間的忍片，W利于分別記錄每組換能器往 復聲波信號的傳輸時間，并上傳至積算儀進行運算，本發明所述積算儀的計量算法包括兩 個步驟:第一步驟通過積算儀中的忍片瞬時測量每組換能器在所在聲道中往復的聲速和時 間差，第二步驟根據聲速和時間差進行流量計量； 其中第一步驟具體算法為:通過計算器處理首先將中屯、聲道測得時間差與1/5倍額定 流量時間差比較； 第二步驟具體算法為：當測得中屯、聲道時間差大于或等于1/5倍額定流量時間差時，由 該中屯、聲道時間差與兩側聲道時間差加權后，乘W該加權時間差對應的參數，即得到流速 流量值； 當測中屯、聲道時間差小于1/5倍額定流量時間差時，根據中屯、聲道時間差確定速度區 間，通過中屯、聲道的往復時間計算出對應的聲速，可將此時溫度確定為兩個，再通過中屯、聲 道時間差與上方聲道和下方聲道時間差的比值確定唯一的溫度，該中屯、聲道時間差與上方 聲道和下方聲道時間差加權數值與溫度兩個值從數據庫中對用出參數，即得到流速流量 值。
[0021] 實施例1:如附圖1、2所示，選取DN150的超聲波儀表，所述測量管體內腔呈圓柱形， 測量管體內最大流量為312m Yh，管體內徑150mm，一組換能器的聲道與測量管體軸屯、呈 30°-45%裝在中屯、聲道上，另外兩組換能器則與測量管體軸屯、呈20°-70°，分別裝置上方聲 道和下方聲道上，上方聲道或下方聲道距水平聲道高度相差30mm，即兩者間距60mm， 測量計算時，積算儀先瞬時測量出Ξ組換能器B1、B2、B3往復的時間， 良P:l.通過中屯、聲道上的一組換能器測出流體進入測量管體中屯、的往復時間并經忍片 上傳至積算儀進行處理，得出聲速Cn和時間差Δ tnl兩個值； 2 .通過上方聲道和下方聲道上的兩組換能器分別測出流體進入測量管體中上方聲道 和下方聲道的往復時間，并經忍片上傳至積算儀進行處理，得出平均時間差A tn2; 3. 對中屯、聲道、上方聲道和下方聲道的時間差進行加權平均，得到平均時間差Δ tn，加 權比值i為中間聲道與上下聲道在管路剖面的投影長度(i>l); 4. 取倍最大流量為65m 3/h在50°C的時間差A為基準，或者通過實測取得； 再進行流量計量，BP: 1. 中間聲道的往復時間差A tnl與標準時間差A比較，當Δ tnl含A時，則進入加權平均時 間差A tn與流量Q-一對應的數據庫，對應出此時流量Q。
[002^ 當Δ tnl<A時，則將中間聲道時間差Δ tnl與上方聲道和下方聲道的平均時間差Δ tn2進行比較，確定唯一的溫度，即： 若，則可判斷水溫低于75°C，選用低溫參數數據庫； 若，則可判斷水溫高于于75°c，選用高溫參數據庫； 再根據聲速Cn和加權平均時間差Δ tn兩個測得量，進入二維參數的低溫低溫參數數據 庫或高溫參數數據庫，即可對應出此時的流量Q。
[0023] 實施例2:如附圖3所示，選取DN150的超聲波儀表，所述測量管體內腔呈圓柱形，所 述測量管體上設有四組換能器，所述測量管體內的最大流量為312m Vh，管體內徑150mm，一 組換能器B2的聲道與測量管體軸屯、呈60%另一組換能器B4與換能器B2相互交叉安裝，與管 路軸屯、呈120%都裝在中屯、聲道上，另外兩組換能器則與測量管體軸屯、呈60°，分別裝置上 方聲道和下方聲道上，另外兩組換能器B1和B3分別裝在上方聲道和下方聲道上，上方聲道 或下方聲道距水平聲道高度相差45mm，即兩者間距90mm， 測量計算時，積算儀先瞬時測量出四組換能器81、82、83、84往復的時間， 良P : 1.通過中屯、聲道上的兩組相交叉的換能器分別測出流體進入測量管體中屯、的往復 時間并經忍片上傳至積算儀進行處理，得出聲速Cn和時間差Δ tnl兩個值； 2. 通過上方聲道和下方聲道上的兩組換能器分別測出流體進入測量管體中上方聲道 和下方聲道的往復時間，并經忍片上傳至積算儀進行處理，得出平均時間差A tn2; 3. 對中屯、聲道、上方聲道和下方聲道的時間差進行加權平均，得到平均時間差Δ tn，加 權比值?為中間聲道與上下聲道在管路剖面的投影長度(? >1); 4. 取倍最大流量為65m 3/h在50°C的時間差A為基準，或者通過實測取得； 再進行流量計量，BP: 1.中間聲道的往復時間差A tnl與標準時間差A比較，當Δ tnl含A時，則進入加權平均時 間差A tn與流量Q-一對應的數據庫，對應出此時流量Q。
[0024] 當Δ tnl<A時，則將中間聲道時間差Δ tnl與上方聲道和下方聲道的平均時間差Δ tn2進行比較，確定唯一的溫度，即： 若，則可判斷水溫低于75°C，選用低溫參數數據庫； 若，則可判斷水溫高于于75°c，選用高溫參數據庫； 再根據聲速Cn和加權平均時間差Δ tn兩個測得量，進入二維參數的低溫低溫參數數據 庫或高溫參數數據庫，即可對應出此時的流量Q。
[0025] 如附圖4所示，測量管體為縮徑沿軸向縮徑且扁圓的錐形，所述測量管體上的換能 器個數和積算儀的算法與實施例1相同，此不寶述，對于運種形狀的測量管體上安裝Ξ組換 能器可W同樣應用本發明的計算算法，不但可W增加測試區的流速，而且還可W更加精確 的實現計量。
[0026] 如附圖5所示，測量管體為呈沿軸向變徑的異形形狀，所述測量管體上的換能器個 數和積算儀的算法與實施例1相同，此不寶述，對于運種形狀的測量管體上安裝Ξ組換能器 可W同樣應用本發明的計算算法，不但可W增加測試區的流速，而且還可W更加精確的實 現計量。
[0027] 本發明由于采用上述結構和算法，具有結構和算法簡單、運算快捷、測量精確、電 子硬件成本低、成本低廉等優點。
【主權項】
1. 一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，包括測量管體、至少三組換能器和積算 儀，所述換能器包括反射換能器和接收換能器，測量管體側壁設有換能器安裝座;所述的三 組換能器分別安裝在安裝座內，其特征在于成組的換能器產生的信號與管路軸心成10°~ 80°夾角，其中一組換能器的延伸線水平穿過表體的直徑形成中心聲道，其它組換能器分別 安裝在表體中心水平面的上方和下方形成上方聲道和下方聲道，所述中心聲道、上方聲道、 下方聲道所在的測量層面相互平行，所述積算儀內設有測量時間的芯片。2. 根據權利要求1所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在于所述 上方聲道和下方聲道的間距為0.2~0.7倍管體直徑。3. 根據權利要求1所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在于所述 中心聲道與管路軸心形成的夾角等于或小于上方聲道或下方聲道與管路軸心形成的夾角。4. 根據權利要求1或2或3所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在 于所述積算儀的計量算法包括兩個步驟:第一步驟通過積算儀中的芯片瞬時測量每組換能 器在所在聲道中往復的聲速和時間差，第二步驟根據聲速和時間差進行流量計量； 其中第一步驟算法為:通過計算器處理首先將中心聲道測得時間差與1/5倍額定流量 時間差比較； 第二步驟算法為：當測得中心聲道時間差大于或等于1/5倍額定流量時間差時，由該中 心聲道時間差與兩側聲道時間差加權后，乘以該加權時間差對應的參數，即得到流速流量 值； 當測中心聲道時間差小于1/5倍額定流量時間差時，根據中心聲道時間差確定速度區 間，通過中心聲道的往復時間計算出對應的聲速，可將此時溫度確定為兩個，再通過中心聲 道時間差與上方聲道和下方聲道時間差的比值確定唯一的溫度，該中心聲道時間差與上方 聲道和下方聲道時間差加權數值與溫度兩個值從數據庫中對用出參數，即得到流速流量 值。5. 根據權利要求3所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在于所述 積算儀第一步驟算法的計算公式為： 1) .通過中心聲道測出流體進入測量管體中心的往復時間并經芯片上傳至積算儀進行 處理，得出聲速Cn和時間差Δ tnl兩個值； 2) .通過上方聲道和下方聲道測出流體進入測量管體中該區間的往復時間，并經芯片 上傳至積算儀進行處理，得出平均時間差A tn2 ; 3) .將中心聲道、上方聲道和下方聲道的時間差進行加權平均，得到平均時間差Δ tn，加 權比值i為中間聲道與上下聲道在管路剖面的投影長度(i>l); 4) .將中心聲道測得時間差與1/5倍的額定流量時間差進行比較，得出基準時間差A。6. 根據權利要求3所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在于所述 積算儀第二步驟算法的計算公式為：中間聲道的往復時間差A tnl與標準時間差A比較，當Δ tnl 2 A時，則進入加權平均時間差Δ tn與流量Q-一對應的數據庫，對應出此時流量Q。7. 根據權利要求3所述的一種免溫度傳感器的超聲波流量計量儀表，其特征在于所述 積算儀第二步驟算法的計算公式為：中間聲道的往復時間差A tnl與標準時間差A比較， 當Δ tnl<A時，則將中間聲道時間差Δ tnl與上方聲道和下方聲道的平均時間差Δ tn2進 行比較，確定唯一的溫度，即： 若，則可判斷水溫低于75°C，選用低溫參數數據庫； 若，則可判斷水溫高于于75°C，選用高溫參數據庫； 再根據聲速cn和加權平均時間差△ tn兩個測得量，進入二維參數的低溫低溫參數數據 庫或高溫參數數據庫，對應出此時的流量Q。
【文檔編號】G01F1/66GK105823518SQ201610339491
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月19日
【發明人】付濤, 姜曉峰, 邢燕燕
【申請人】威海市天罡儀表股份有限公司