[发明专利]一种高精度时差式超声波流量计及其流量测量方法

权利要求书

1.一种高精度时差式超声波流量计，其特征在于，包括流量计管段(50)，所述流量计管段(50)上设有形成第一声道(60)的第一探头(410)、第二探头(420)、第一短管(310)和第二短管(320)，以及形成第二声道(70)的第三探头(430)、第四探头(440)、第三短管(330)和第四短管(340)；所述第一探头(410)和第二探头(420)分别通过螺纹安装在流量计管段(50)上焊接的第一短管(310)和第二短管(320)上；所述第三探头(430)和第四探头(440)分别通过螺纹安装在流量计管段(50)上焊接的第三短管(330)和第四短管(340)上；所述第一声道(60)和第二声道(70)平行交叉布置在流量计管段(50)上，且分别与流量计管段(50)的管轴线(80)成相等夹角0。

2.根据权利要求1所述的高精度时差式超声波流量计，其特征在于，第一至第四探头(410-440)与各自独立的发射电路和接收电路相连，且所有探头实现同步发射及接收超声波信号。

3.根据权利要求2所述的高精度时差式超声波流量计，其特征在于，所述探头的发射电路和接收电路分别连接至各自的计时电路，所述计时电路由计时芯片、微处理器、光耦电路、比较器和晶振组成，所述计时芯片经光耦电路以及信号调理电路连接至比较器，所述计时芯片还与用以提供基准时钟的晶振以及控制计时流程的微处理器连接。

4.根据权利要求3所述的高精度时差式超声波流量计，其特征在于，所述计时电路输入端还连接有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的高精度时差式超声波流量计，其特征在于，所述超声波流量计还包括有以太网及USB接口，多台流量计通过网络通信可监测与控制管网的流量。

6.一种基于权利要求1-5中任一项所述的超声波流量计的流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)计时芯片内置脉冲发生器发射出多个连续脉冲，同时启动计数器；

2)脉冲信号经光耦隔离及前置放大后同步驱动第一、二声道上的四个探头，第一探头(410)与第二探头(420)、第三探头(430)与第四探头(440)相互发射超声波信号；

3)在经过设定的时间窗口之后，接收电路打开，同步开始接受同一声道另外探头发射的超声波信号；

4)接受的超声波信号在经过带通滤波及后置放大处理后送至比较器，进行过零检测，判断信号到达时刻后停止计时，得到每个声路的顺流及逆流传播时间；

5)对所测得的时间值进行诊断，如果有错误，则放弃本次测得时间值，并重新测量；

6)微处理器利用测得的有效时间值根据公式(1)计算每声道当地流速u_i，并对各声道流速按照积分权重w_i求和，得到截面平均流速U，乘以截面面积A，再经流量修正系数K修正，进而得到体积流量Q_v；

ui=li2cosθ(1tdown-1tup)]]>

U=K*Σi=1nui*wi]]>

Q_v＝A*U                                (1)

Qm=ρ*Qv=ρ*K*Σi=1nui*wi]]>

7)所述流量计将温度传感器连接至计时电路采集温度信息，压力传感器连接至压力测量电路采集压力信息；采集得到的压力、温度值送至微处理器，微处理器根据预先存储的高精度热力学方程式计算密度值ρ，最后得出质量流量Q_m。