[发明专利]一种测量管道流体流速的装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种测量管道流体流速的装置及测量方法，测速装置包括声学谐振部分、电学谐振部分和声电转换设备，其中，声学谐振部分包括细长管道和驻波管；细长管道是声学谐振腔，换能器和数字微音器为声电转换设备，电学谐振部分对电信号进行放大和滤波处理，通过测量双向高阶谐振频率偏移来计算流体流速，驻波管结构利用波节波腹的声学特性解决双向谐振回路同时工作互相干扰的问题。本发明使用双向高阶声谐振原理，解决了传统声学测速系统在小口径、低流速管道中测量精度不足的问题，有利于提升小口径管道流速测量精度。

技术领域

本发明涉及一种测量管道流体流速的装置和方法，尤其涉及一种采用高阶声学谐振原理测量小口径管道流体测速装置和方法，属于流量测量技术领域。

背景技术

在工业应用中对于管径范围在12mm～50mm之间的小口径管道，受管径的限制，声学流量计的测量精度不能达到很高的要求。目前国内外著名的声学流量计生产公司主要都是针对燃气流量测量的应用场合，适用管径都较大，因此目前市面上基本不存在针对小管径、低流速管道流量测量的优秀产品。

声学测量管道流体流速的实质是测量流体流速对声信号的调制作用，当管道口径较小、流速较低时，流速对声波的调制作用十分微弱，要想精确测量十分困难。当在管道中构建了声学谐振回路时，流体流速反映在谐振频率的偏移上，通过选取高阶谐振频率，在不放大测量误差的基础上，放大由流速造成的频率偏移，降低测量难度，提高测量精度。利用驻波管声学特性保证双向谐振回路同时工作，通过正逆向谐振频率做差，可以有效地消除温度对声速的影响以及系统误差。目前已有很多学者研究针对大口径管道的超声流量计，但是并未显示有研究提出了高阶双向声谐振测速原理，不仅如此，利用驻波管声学特性实现正逆向同步工作的相关研究也未见有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决传统声学流量计在小口径、低流速管道中测量精度不足的问题，提供一种采用双向高阶声学谐振原理测量管道流体流速的装置及测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采用双向高阶声学谐振原理测量管道流体流速的装置，包括声学谐振部分、电学谐振部分、换能器和数字微音器，这四个部分共同实现连续双频双向正弦谐振；其特征在于，所述声学谐振部分包括细长管道以及安装在所述细长管道两端的正向驻波管和逆向驻波管；所述细长管道从第一正向频率波腹点穿过所述正向驻波管，从第一逆向频率波腹点穿过逆向驻波管；

所述换能器包括正向换能器和逆向换能器，所述数字微音器包括正向数字微音器和逆向数字微音器；

所述正向驻波管的一端安装正向换能器，且所述正向驻波管中产生的声波传播方向与细长管道中流体流动方向一致；所述正向驻波管上还安装逆向数字微音器，所述逆向数字微音器位于正向频率波节点和第二逆向频率波腹点的重合点；所述逆向驻波管的一端安装逆向换能器，且所述逆向驻波管中产生的声波传播方向与所述的流体流动方向相反；所述逆向驻波管还安装正向数字微音器，所述正向数字微音器位于逆向频率波节点和第二正向频率波腹点的重合点。

进一步的，所述电学谐振部分包括前端放大模块、滤波选模模块、自动增益控制模块和推挽式功率放大模块，所述数字微音器的输出信号连接至所述前端放大模块，所述推挽式功率放大模块的输出直接驱动所述换能器。

进一步的，所述细长管道与所述正向驻波管、所述逆向驻波管相交位置的侧壁上均匀地开设八个长条形小槽，方便声波进出所述细长管道。且尽可能减小对驻波管内驻波分布的影响。

本发明还包括一种采用前述装置测量管道流体流速的方法。