[发明专利]一种多声道超声波流量测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及流量测量方法及装置，尤其是涉及一种多声道超声波流量测量方法及装置。

背景技术

超声波流量计是利用流体流动对超声波脉冲或者超声波束的信号调制作用，并通过检测信号的变化来获得体积流量的一种计量仪表。超声波流量计的测量原理可分为时差法，多普勒法，波束偏移法，相关法以及噪声法等。本专利所针对的是利用时差法进行测量的超声波流量测量方法。该流量测量方法可对常见液体、气体等进行测量。

在流体传输过程中，不可避免的会使用突扩管、单弯管、双弯管、截流管、阀门等装置，流场会由此出现涡流等流场不稳定的情况。流场扰流对时差式超声波流量测量方法的测量精度有很大的影响。为了保证测量精度，通常会采用多声道的方法。良好的声道布置不但能提升计量的精度，还可以有效的提高流量计的抗干扰能力以及对特殊流场的适应性。多声道的设计就是为了降低流量计对流场波动的敏感程度。多声道超声波流量计通过特有的声道设计可以补偿由于流场波动对于精度造成的影响，由此降低对安装环境以及流场状况的苛刻要求。所以，声道布置方案的设计对于提升流量计的计量精度以及适应性具有极其关键的影响。

现有的多声波超声波流量计，通常采用两类典型的声道布置方案。传统方案（一）为：采用一个径向声道或两个互相交错呈90度的径向声道，以及两个或四个各自反射两次的弦向声道，这两个或四个弦向声道线的投影在轴向面上是一个正三角形或两个交错的正三角形；传统方案（二）为：在多个与轴向截面垂直的平面上各自有一个声道或两个交错的声道。由于流场可能存在涡流或会发生激变，上述两种方案各声道间的测量间隔都是固定的，而在流场激变的情况下，各声道测量时所处的流场状况相差较大，继而导致其测量结果与实际流场偏差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多声道超声波流量测量方法及装置，基于特殊设置的声道布置，可以使得各声道间测量时间间隔的随着压力传感器的实时检测而实现实时控制。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一、一种多声道超声波流量测量方法，该方法的步骤如下：

（1）在声道测量区域的前端布置一个压力传感器，压力传感器与各声道的轴向中心位置的距离相等；

（2）在管段上安装个数为声道数2倍的换能器，其中每两个换能器的连线构成一个声道，且声道与管段的轴线呈15°~75°；

（3）各换能器所对应的声道分为弦向声道和径向声道，即有一条径向声道以及至少三条弦向声道，各弦向声道按其声道数目在轴向截面上的投影为正多边形；

（4）根据压力传感器测量结果，对各个声道之间的测量时间间隔进行实时调整，每条弦声道进行流量测量的同时，信号处理模块读取压力传感器数据，计算所有弦声道测量时刻所对应的压力传感器测量结果方差；若压力传感器测量结果方差小于设定值A0，则认为各弦声道测量结果有效；若压力传感器测量结果方差大于设定值A0，则认为各弦声道测量结果无效，减小各声道之间的测量时间间隔进行再次测量，直至压力传感器测量结果方差小于设定值A0，则此时的各弦向流速测量结果有效；

（5）将所有弦声道所测得的流速进行平均，作为平均流速测量结果，计算平均流速测量结果与径向声道所测得的流速数值之间的比值，通过该比值来判断流场所处的状态。

所述正多边形为正三角形弦声道时，对于正三角形弦声道+径声道的四声道布置而言：比值小于k1=3/4时，判定流场为层流状态，采用层流流量修正模型，从平均流速测量结果计算体积流量；比值大于k2=4/5时，判定流场为紊流状态，采用紊流流量修正模型，从平均流速测量结果计算体积流量；比值处于k1到k2之间时，流场处于层紊流之间的过渡状态，采用过渡状态流量修正模型，从平均流速测量计算体积流量；层流流量修正模型与紊流流量修正模型通过流量标定实验事先获得。

所述正多边形为正方形弦声道时，对于正方形弦声道+径声道的五声道布置而言：比值小于k1=0.5时，判定流场为层流状态，采用层流流量修正模型，从平均流速测量结果计算体积流量；比值大于k2=0.84时，判定流场为紊流状态，采用紊流流量修正模型，从平均流速测量结果计算体积流量；比值处于k1到k2之间时，流场处于层紊流之间的过渡状态，采用过渡状态流量修正模型，从平均流速测量计算体积流量；层流流量修正模型与紊流流量修正模型通过流量标定实验事先获得。

二、一种多声道超声波流量测量装置：