[发明专利]一种超声波气体流量测量方法及装置

说明书

本发明涉及一种超声波气体流量测量方法及装置，属于流体流量测量技术领域，方法包括如下步骤：使被测气体流形成流速相同、流向相反、长度相同的第一气路和第二气路；在所述第一气路和第二气路的第一端发射超声波信号，所述超声波信号沿所述第一气路和第二气路传播；在所述第一气路和第二气路的第二端分别接收沿第一气路和第二气路传播过来的超声波信号；根据接收到的超声波信号的时间差，计算气体流量。本发明采用普通的换能器实现了发射信号同源和同步采集，降低了气体流量测量装置的成本，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及一种超声波气体流量测量方法及装置，属于流体流量测量技术领域。

背景技术

现有超声波气体流量计量方法中，采用时差法居多。时差法是利用超声波信号在气体中顺流传播与逆流传播产生的时间之差来测量气体的流速，传统时差法测量气量的装置的结构原理如图1所示。图中，超声波换能器A和超声波换能器B均既作为发射器，又作为接收器，通过模拟开关控制换能器的接收或发送状态，一个换能器工作在发送状态，则另一个换能器工作在接收状态，从而顺流计时、逆流及时交替进行。例如，超声波换能器A首先作为发射端向超声波换能器B发射顺气体流向的超声波信号，超声波换能器B作为接收端接收到超声波信号后进行计时，得到超声波信号顺流所耗时间；然后超声波换能器B立刻作为发射端向超声波换能器A发射逆气流方向的超声波信号，超声波换能器A作为接收端接收到超声波信号后进行计时，得到超声波信号顺流所耗时间，根据顺流和逆流的时间差计算出被测气体流速，再进一步根据管径即可得到气体流量。

在传统的时差法测量时，超声波换能器既作为发射器，又作为接收器，不能同时工作，处于间断采样状态，顺流和逆流的采样并不同时，且发射信号不同源，对计量的精度会造成较大的影响。

公布号为CN108692777A的中国专利申请文件公开了一种新型时差法超声波流量计。如图2所示，该方案采用具有两面结构的新型超声波换能器(23、25)，一面负责发送信号，一面负责接收信号。通过改变超声波流量计的安装方式，使得顺流和逆流的采样具有同步性。

但上述方案中，新型双面超声波换能器须同时分别作为超声波发生器和超声波接收器工作才能实现顺流和逆流的同步采样，导致如下问题：1)这种新型的双面超声波换能器需要定制，成本较高；2)两个双面超声波换能器需要同步控制，对同步采样的同步精度要求越高，其对控制的要求就越高；3)其中超声波换能器(23、25)及反射片(22、24)的安装位置和角度要求苛刻，须使超声波的传播声道构成一个平行四边形，且平行四边形相对的边的长度须一致。上述要求若存在任何偏差就会影响测量的准确性和精度。

公布号为CN108458761A的中国专利申请文件公开了一种多声道时差法超声波流量计。如图3所示，该方案采用一种具有特殊扇形匹配层的超声波换能器C，将具有特殊扇形匹配层的超声波换能器作为超声波发射器装在管道D的一侧，超声波接收器(A1、A2、A3、B1、B2、B3)设在超声波发射器对向的两边，使得顺流和逆流的采样具有同步性，同时能得到多个声道的超声波流量采集的数据，提高测量精度。

但上述方案需要能形成六个发射面的带有特殊扇形匹配层的超声波发送换能器，需要定制成本较高。且相邻两个发射面之间的角度相差5度，超声波接收器(A1、A2、A3、B1、B2、B3)需要分别精确安装在发射范围内的位置且调整到合适的角度，才能保证信号的准确接收，工艺要求高，误差会导致精度下降。且该方案中，超声波信号在待测气体流动方向的分量才是有效的逆流或顺流的待测量，待测量较小也会导致测量及后续计算的精度下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波气体流量测量方法及装置，用于解决现有技术在测量气体流量时，为实现顺流和逆流的采样同步、发射信号同源而导致成本增加、工艺复杂且不能进一步提高测量精度的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种超声波气体流量测量方法，包括如下步骤：