[发明专利]一种时差法超声波流量检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于气体流量测量技术领域，具体涉及一种时差法超声波流量检测方法及装置。

背景技术

超声波流量测量技术是一种利用超声波信号在流体中传播时流体的流速信息来测量流体流量的测量技术，它具有非接触式测量、测量精度高、测量范围宽、安装维护方便等特点。根据对信号检测的原理，目前时差法超声波流量检测装置大致可分为时差法、频差法、波束偏移法、多普勒法等类型，其中应用最广泛的基于时差法的流量检测装置。

事实上，因为超声波信号在流体介质中与静态介质相比，顺流时超声波信号的传播速度增加，传播时间减小，逆流时超声波信号的传播速度减小，传播时间增加，从而使得顺逆流方向超声波信号的传播时间存在时间差。而时差法超声波流量计就是根据流体介质的流速与时间差存在线形关系原理进行测量的，因此只要准确测定顺流时间和逆流时间，根据流体介质的流速与顺流时间和逆流时间的线形关系，可以求出流体介质的流速，进而求出待测气体的流量。如在申请公布号为CN101886939A的中国发明专利申请中公开了一种时差法超声波流量计，该超声波流量计包括测量管，在测量管的管段上沿测量管轴向、且呈对射结构布置有两个收发一体、且相互交替地对应作为发射元件和接收原件的两个超声波换能器，记时间差为Δt，Δt＝t₂-t₁，其中t₂为逆流时间，t₁为顺流时间，其中，则得到如下方程式：

Δt=SCf-v′-SCf+v′---(1)]]>

Δt＝t₂-t₁                                    （2）

v′=vf(θ)                                    （3）

其中，τ表示超声波信号在超声波换能器及电路中的时间延迟，t₂-t₁可以消除τ的影响，S为根据超声波流量检测装置中超声波换能器组的布局所测量得到的传播声程，C_f为超声波在流体介质中的传播速度，θ为声道角，v为流体介质的流速，v′则是流体介质的流速在超声波传播方向上的分速度，f(θ)为三角函数。对于上述方程式（1）和（2）来讲，流体介质的流速v与Δt、S、C_f、及f(θ)有关，其中S和f(θ)都是在超声波流量计结构一定的情况下就可以直接测量得到，只需要测量计算Δt和C_f即可，而Δt可以通过t₂-t₁测量计算得到，只有C_f需要补偿计算才能得到。

上述所引用的专利对比文件中所采用的超声波流量检测装置的测量管上的超声波换能器呈对射结构布置，而在实际测量时，测量管上的超声波换能器还可以呈V型反射结构或其他结构布置，而当采用其他布置形式而计算顺流时间及逆流时间时，在公式及中发生变化的就是声程S和流体介质的流速在超声波传播方向上的分速度v′，而声程S及f(θ)根据具体的布置形式均可以直接测量得到。所以无论采用哪种布置形式，最终还需要确定超声波在流体介质中的传播速度C_f。