[发明专利]超声波流量测量方法

说明书

本发明涉及一种超声波流量测量技术，尤其涉及一种用于在多个流体流动断面上测量流速然后计算出流量或流率的超声波流量测量方法，如果超声波传感器安装在已经布置到位的管子上的话。

通常的超声波流量测量方法是基于如下的基础技术背景：设计一个超声波单通道流量计，以采用超声波测量出在流体流动断面的一部分上(例如在管子的内部直径上)的流速V_D，并且用流速V_D乘以流动系数K以及流体断面面积S，以计算出流量。超声波多通道流量测量方法包括以下步骤：采用超声波测量出流速V_D以及在被分成多段的弦上的流速，从而计算出一个流体流动断面的平均流速Vs，并且用Vs乘以断面面积以计算出流量。另一个已知的方法是在一个敞开的水道中测量出多个水深处的平均水平流速以计算出流量。

以下专利披露了传统的超声波流量测量方法和装置：

1996年7月2日授权的美国专利No.5,531,124；

1987年7月25日授权的美国专利No.4,646,575；

1989年8月29日授权的美国专利No.4,860,593；

1998年7月14日授权的美国专利No.5,780,747；

1996年7月25日授权的美国专利No.4,676,321；

1999年9月27日授权的俄罗斯专利No.2,138,782。

这些已知的超声波测量方法具有以下共同特征：

1)选择一个流量测量断面作为一个与流体流动方向成直角的断面S。在管道的情况中，选择相对于中心线为矩形的断面。

2)因此，计算出沿着与首先通过超声波测量出的断面垂直的方向的流速。在那时，假设流速的方向与流体流动方向一致。

3)超声波流速测量方法包括一种频率差方法和一种相位差方法，但是这些方法是基于已经被广泛地采用的传输时间差方法。

传统的传输时间差流速测量公式如下： V = L 2 2 d t 2 - t 1 t 1 t 2 = L 2 2 d Δt t 1 t 2 - - - - ( 1 ) ]]>

其中，L为成对的传感器1和2之间的间距，d为L的投影距离，其中d＝Lcos，t₁为沿着流速方向从成对的传感器1到成对的传感器2的传输时间，而t₂为沿着与流速相反的方向从成对的传感器2到成对的传感器1的传输时间(参照图1)。

超声波单通道流量计算方法的流量计算公式如下：

Q＝K·V_D·S                       (2)

其中，K为流量系数，V_D为在将通过公式(1)测量的直径线上的流速，而S为如上所定义的断面面积，例如管道的内部断面面积。

用于超声波多通道流量测量方法的一个流量计算公式如下：

Q＝V_s·S                          (3)

其中，V_s为在将通过公式(1)测量的多条弦上的总平均流速。