[发明专利]超声波流量计

说明书

本发明涉及一种超声波流量计，包括：测量管，形成为中空形，并插入设置于供流体流动的管道；超声波测量线路，包括第一超声波振子和第二超声波振子构成，第一超声波振子设置在测量管的一侧而能够发送和接收超声波，第二超声波振子沿着流体的流动方向与第一超声波振子隔开设置，并在与第一超声波振子之间发送和接收超声波；以及控制器，与第一超声波振子以及第二超声波振子电连接，并利用从第一超声波振子以及第二超声波振子传送的信号来计算在管道中流动的流体的流量，供流体流动的测量管内部的流路呈多边形状构成，从第一超声波振子和第二超声波振子分别射出的超声波在测量管的内壁面反射之后，分别被第二超声波振子以及第一超声波振子接收。

技术领域

本发明涉及一种用于测量沿着流路流动的流体的流速及流量的流量计量系统，更加详细而言，涉及一种利用通过流体传播的超声波来测量流体的流速及流量的超声波流量计。另一方面，包括利用流量的热量和能量计算功能。

背景技术

在上下水、热水供应管乃至供气管以及供油管等供流体流动的管道中广泛使用收发超声波能量来测量流速及流量的超声波流量计。图1中示出现有的超声波流量计。

图1是用于说明现有的超声波流量计和流速测量原理的概略结构图。

参考图1，现有的超声波流量计9具备中空以使流体通过内侧流动的测量管1。在所述测量管1的两端形成有用于与上下水道管p等管道连接的凸缘部1a、1b。另外，在测量管设置有固定座5、6。所述固定座5、6相对于测量管1的轴方向倾斜布置。在各固定座5、6插入设置有超声波振子3、4，原则上两个超声波振子3、4彼此相对。但是，当通过反射面延长或者改变超声波波束的传递路径时，振子作为以被反射的波束为基准相对的结构，一定形成一对。超声波振子3、4与控制器(未图示)电连接而被控制器控制。

简单说明如上构成的超声波流量计9测量流量的原理，可以以如下公式表示。

Q＝A×V

此时，Q：流体的流量(m³/s)

A：测量流路的截面积(m²)

V：流体的平均速度(m/s)

即，在测量流路中，当已知流体的截面积和流体的流速时，能够计算其流量。在流体填满测量流路的前提下，流体的截面积与其测量流路的截面积相同。若出现未填满管，则追加设置水位计之类确认截面积的测量装置非常重要。

另一方面，在超声波流量计中，对流体的流速测量通常是通过传播时间差方法来获得。即，例如将一对超声波振子3、4设置为相对于流体的行进方向(测量管的轴方向)以一定角度(θ)分别在测量流路的A地点和B地点相对，所述B地点在流体的流动方向上位于所述A地点的下游侧。若在流体不移动的静止条件下，将在超声波振子射出的超声波通过流体传播的音速设为C，将流体的平均速度设为V，将超声波振子之间的距离设为L，则在A地点射出的超声波到达B地点为止的时间t_AB和在B地点射出的超声波到达A地点为止的时间t_BA分别为如下所示：

受到流速的影响，超声波相对于流体的行进方向朝顺方向(从A地点向B地点)射出时的传播时间相比超声波相对于流体的行进方向朝逆方向(从B地点向A地点)射出时的传播时间短，因此产生时间差。

利用上述时间差，能够如下式求出流体的速度，能够在流体的速度乘以测量流路的截面积而计算出流量。

如上所述，在利用超声波的传播时间差的超声波流量计中，从上游朝下游侧传播超声波的时间和朝逆方向传播超声波的时间之差越大，测量的准确性越提高。为了产生更大的传播时间差，需要流体的速度快或者加长超声波的行进路径。