[实用新型]一种超声波测流装置

说明书

本实用新型公开了一种超声波测流装置，包括超声波信号控制模块、异步积分时差和相差测量模块、流速测定模块、基准脉冲发生模块以及安装在流体管道管壁安装座中的顺流超声波换能器、逆流超声波换能器；顺流超声波换能器和逆流超声波换能器输入/输出端均与超声波信号控制模块的输出/输入端连接，超声波信号控制模块的输出端与异步积分时差和相差测量模块的输入端连接，异步积分时差和相差测量模块的输出端与流速测定模块的输入端连接；基准脉冲发生模块的输出端分别与超声波信号控制模块、异步积分时差和相差测量模块的输入端连接。本实用新型解决顺逆流相位差超过一周期的大流速测量及时差法接收首波幅值小等问题。

技术领域

本实用新型涉及超声波测流技术领域，特别涉及一种超声波测流装置。

背景技术

超声波测流技术相比于传统测量技术具有测量精度高、量程比宽、不易磨损等优势，已逐渐成为流量测量领域的主流技术。超声波测流技术包括多种方法，如时差法、频差法、相差法、多普勒法、波束偏移法以及噪声法等，一般应用于密闭管道的测流方法包括时差法、相差法以及专用芯片超声波流量测量法。

时差法就是利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而被测流体的流动速度与传播时间的差异有关系，通过测出时间的差异就可以得出流体的速度。当管道流体为静止时，上、下游超声波探讨传送的超声波时间时相等的，流体流动时，在流体的作用下，逆流的超声波传送时间要慢于顺流的时间，从而产生时间差，而且流速越快，时间差越大。在实际测量应用中，超声波通过电子收发电路以脉冲的形式发送，通过处理电路记录发送到接收的渡越时间，通过放大电路单元送对渡越时间进行放大处理然后送至单片机，单片机通过程序软件计算出管道流体的流速和流量。该方法存在的缺陷在于：一是，需要对从发送到接收的渡越时间进行放大处理，但由于集成电路技术水平的限制，放大电路的放大倍数无法满足渡越时间放大倍数的要求，导致流量测量分辨率不高。二是，采用时差法需要抓取第一个接收的波形，但是第一个接收波形的幅值非常小，影响流量测量计量的稳定性。

相差法是通过接收的逆流超声波脉冲和标准时标脉冲之间的相位差以及接收的顺流超声波脉冲和标准时标脉冲之间的相位差得到的顺逆流之间的相位差，被测流体的流速与相位差呈正相关。通过电子整形、展宽电路对相位差进行处理，将相位差转换成与流速成正比的调制脉宽，然后送至单片机通过程序软件计算出管道流体的流速和流量。该方法存在的缺陷在于：一是，由于在实际测量中，相位差不能超过一个周期，使得被测流体的流速不能太大，增加了管道测流腔体结构的设计难度。二是，采用相差法需要温度补偿，增加了硬件设计成本，且无法做到实时进行温度补偿，降低了流量测量计量的准确性。

专用芯片超声波流量测量法是通过芯片内部的门传输延时来实现微小的时间测量，利用顺逆流绝对时间差来计算出流体流速。该方法存在的缺陷在于：一是，需要抓取第一超声波接收脉冲作为参考，由于接收的第一个超声波波形幅值非常小，导致流量测量的稳定性较差，二是，超声波收发信号处理都由专用芯片内部完成，收发换能器阻抗匹配、信号整形等无法适应不同工况，造成管道流体静止时顺逆流时间差过大及不稳定的问题，进而导致流量测量的稳定性较差。三是，由于顺逆流时间差放大倍数是固定的，无法满足不同口径流量测量精度，特别是小口径时差小的应用场合。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超声波测流装置，以提高超声波流量测量的精度和可靠性。

为实现以上目的，本实用新型采用一种超声波测流装置，该装置包括超声波信号控制模块、异步积分时差和相差测量模块、流速测定模块、基准脉冲发生模块以及安装在流体管道管壁安装座中的顺流超声波换能器、逆流超声波换能器；

顺流超声波换能器和逆流超声波换能器的输入/输出端均与超声波信号控制模块的输出/输入端连接，超声波信号控制模块的输出端还与异步积分时差和相差测量模块的输入端连接，异步积分时差和相差测量模块的输出端与流速测定模块的输入端连接；