[发明专利]管道内流体流量的测量方法及其声波流量计

说明书

本发明属管道流量测量方法及其流量仪表技术领域，特别是涉及一种管道内流体声波速度测量方法及其声波流量计。

目前利用声波检测方式来测量流体流量的仪表主要有超声波流量计，还有旋进旋涡及卡门旋涡等速度式流量计。超声波流量计是采用一对超声传感器，其中一个为发射传感器，另一个为接收传感器。测量超声信号从超声发射传感器发射超声波信号，通过流体到达另一个超声传感器的传播时间，并据此确定流速及流量，从发射来讲要有振荡、激励、换能输出电路，从接收来讲要有换能器、放大器、解调等处理电路，因此测量方法及超声波流量计的结构安装都比较复杂，价格较高；旋进旋涡流量计是一种采用仪表测量管内安装强制产生旋涡的旋涡发生体，使流体流入时，在旋涡发生体的作用下被强制围绕中心旋转，产生涡流，旋涡在文丘利管中到达收缩段节流后，使旋涡加速，在旋涡发生体到整流叶片之间某点形成进动脉冲，该频率经流量积算仪换算成体积流量，虽然采用旋进旋涡流量计检测方法结构是可行的，但其最大的缺点是采用强制流体，产生旋涡振动，因此压力损失大，特别是检测大流量时，压力损失更大。例如口径D₂=50的旋进旋涡流量计在每小时25方时压损将达到30kpa。卡门旋涡流量计虽较旋进旋涡流量计在压力损失方面有了很大进步，它是采用在流体内插入产生卡门旋涡的柱体。但其流量下限往往灵敏度较低，并很难达到仪表的测量精度。

本发明的目的是针对现有技术中存在的缺点，提供了一种不需设置信号发射装置、不需在管道内设置产生旋涡的旋涡发生体、也不需在流体内插入产生卡门旋涡的柱体，并且结构简单、易于加工，生产和安装维护方便的一种振动检测型的管道内介质流量的测量方法，并设计出使该方法得以实施的新型流量计。

本发明技术方案的实现是按以下要求完成的，管道内流体流量的测量方法是依靠设置在管道上的取样管段(A)的凹形槽内压电传感器(B)直接拾取管道内流体的声波频率(主要是流体在流动过程中粒子相互碰撞而产生的声波)，并将其转变为电信号，经运算电路进行处理，得到流速V和频率f的对应值，声波频率f与流体流速V呈非线性正比关系，即f=Ⅵ，式中Ⅰ是不同流速下的系数，与流速、介质种类及密度有关声，由此可见，流速V可通过声波频率f经电路处理后得到，声波频率由压电传感器直接采集。

本发明的特征还在于，实现上述检测方法的声波流量计主要由取样管段(A)、压电传感器(B)、电荷放大器(C)、倒相放大器(D)、幅度监别和整形电路(E)及脉冲频率积算仪等构成，其特征在于压电传感器(B)直接安装在声波取样管段(A)的管壁上或将带有保护外壳的压电传感器(B)安装在取样管的管道内，且该压电传感器(B)输出端与电荷放大器(C)输入端连接，该电荷放大器(C)输出端与倒相放大器(D)输入端连接，该倒相放大器(D)输出端与幅度监别和整形电路(E)输入端连接，该幅度监别和整形电路(E)的输出端与脉冲频率积算仪联接。

我们知道流体流动时产生多种声波信号，我们通常称之为噪声，其中比较强烈的有流体与管壁摩擦产生的摩擦声波、流体粒子相互碰撞而产生的声波及其它噪声声波，而本发明直接拾取的主要是流体粒子相互碰撞而产生的声波，为了降低其它声波的强度，本发明采取提高测量管内壁的光滑度来降低流体对管壁的摩擦声波，克服管道振动来降低附加声波的干扰，经过工艺处理后所拾取的声波信号中粒子相互碰撞而产生的声波信号相对幅度较高，最后我们再通过幅度监别电路将幅度较低的其它杂波信号予以切除，从而保证测量信号的精确。

本发明的原理是通过传感器直接拾取管道内流体流动的固有代表流速信息的声波振动频率，然后经过选频放大整形后，由脉冲积算仪，对其进行运算和处理，便可获得流速和流量测量值，不需设置象超声波流量计的发射装置，也不需在管道内设置如旋进旋涡流量计的旋涡发生体及卡门旋涡流量计的产生卡门旋涡的柱体，完全是直接拾取管道内流体流动的固有声波，因而也不存在压力损失，简化了一次仪表的结构，易于加工、生产，且安装维护方便，加之同样没有可动部件等，使用寿命长。另外由于本发明的流量计检测方法独特，所以能够适合液体、气体、蒸汽、颗粒的粉尘及浆状介质的测量，这是目前各种流量计很难做到的，这无疑使本发明的应用空间增大。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

图1为本发明的声波流量计的原理框图

图2为本发明声波流量计第一种实施例结构示意图

图3为本发明声波流量计第二种实施例结构示意图

图4为本发明声波流量计的电荷放大器的电路原理图

图5为本发明声波流量计的倒相放大器的电路原理图