[发明专利]一种双道混合型超声波流量计及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波流量计及测量方法，尤其是一种双道双模式混合型超声波流量计及测量方法。

背景技术

随着传感技术和集成电路的迅速发展，超声波流量计不断得以改进。众所周知，目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，而且在石油化工能源输送领域对流量计的精度要求特别高，特别是用于贸易交接的流量计检测仪器。超声波流量计因在输送流体的管道管壁上安装超声波发送/接收传感器，并通过与传感器相连的集成电路计算出流过管道的流体流量，其流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响，又可制成非接触及便携式测量仪表，故可解决其它类型仪表所难以测量强腐蚀性、非导电性、放射性及易燃易爆介质的流量测量问题；而且管道外安装、非接触式测流的特点便于安装和检修，仪表造价基本上与被测管道口径大小无关。另外，鉴于非接触测量特点，再配以合理的电子线路，一台仪表可适应多种管径测量和多种流量范围测量。超声波流量计的适应能力也是其它仪表不可比拟的。超声波流量计具有上述一些优点因此越来越受到重视并且向产品系列化、通用化发展，现已制成不同声道的标准型、高温型、防爆型、湿式型仪表以适应不同介质，不同场合和不同管道条件的流量测量。

现有的超声波流量计依原理主要分为两大类：延时法和多普勒法。其中延时法超声波流量计(Transit Time Ultrasonic Flowmeter)的工作原理是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。这种方法需要超声波穿透流体，因此要求流体不能有含有太多的气泡或杂质使信号强度大幅衰减，适用于测量比较纯净的流体。多普勒超声波流量计(Doppler Ultrasonic Flowmeter)的测量原理是以物理学中的多普勒效应为基础的，根据声学多普勒效应，当声源和观察者之间有相对运动时，观察者所感受到的声频率将不同于声源所发出的频率。这个因相对运动而产生的频率变化与两物体的相对速度成正比。因此，多普勒超声波流量计测量的一个必要的条件是：被测流体介质应是含有一定数量能反射声波的固体粒子或气泡等的两相介质。因此，多普勒法适用于杂质或者气泡比较多的流体。

由上面的分析可以看到时差法与多普勒法要求的流体性质正好相反，应用的场合也很不相同。现有的实际应用中，用户需根据流体性质选择相应的流量计，但在很多应用中流体的性质会随时间和工况的变化发生改变。例如，水泵站在正常运行时水质清、气泡少，适合使用时差法流量计，但在水泵刚刚开启的一段时间内往往会有较多沙土和气泡通过管道，这时又适合使用多普勒流量计。因此，单一的流量计并不能满足高精度的流量测量场合。

现在市场上已经有少量时差法与多普勒法结合的混合型流量计机型，但都是实现模式切换，不能同时综合使用时差法和多普勒法，而很多流量工况下时差法和多普勒法都可以一定程度上完成测量，选择单一的测量结果无法全面地反应流速的分布信息。大多数混合型超声波流量计使用单一的时差法和多普勒法声道，易受流量分布和杂质状况的随机影响，无法获得更稳定和可靠的测量。美国专利专利号为US 7437948 B2，专利名称为《ULTRASONIC FLOWMETER ANDULTRASONIC FLOW RATE MEASUREMENT METHOD》专利文献中公开了一种超声波流量计及超声波流量的测量方法。强调超声波发射和接收在同一轴线上，所述测量方法包括传输时间差法和脉冲多普勒法，所述传输时间差法、脉冲多普勒法可根据外部信号或指令同时测量或者单独测量流体流量，但上述两种测量方法没有互相结合起来对待测流体流量进行测量，所述脉冲多普勒法需单独测量流体流经管道的横截面的流速分布，存在实际现场测量的适应性问题，对待测流体中移动杂质分布要求高，而现实中流体的移动杂质多集中在流体中心，故其精度难以保证；所述超声波流量计包括第一流量测量单元、第二流量测量单元、多个第一和第二传感器单元、及用于使第一和第二测量单元共用所述传感器单元的传感器转换单元。所述第一和第二测量单元共用一对电/超声波传感器，并且各测量单元独立计算待测流体的流量，存在对待测流体流质要求高，测量精度低的缺陷。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于延时法和多普勒法结合的双道的超声波流量测量方法；

本发明的另一目的是：提供一种双道混合型超声波流量计，所述流量计利用了延时法和多普勒法的测量原理，并且采用了双道的稳定性结构设计。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：