[发明专利]一种高精度宽量程的超声流量测量装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种高精度宽量程的超声流量测量装置及测量方法。该测量装置包括两个超声波换能器、两个超声波反射片、开关切换电路、信号调理电路、功率放大电路、计时电路、ADC信号采集电路和微控制器。微控制器作为整个装置的控制中心，采用集成度高的MSP430FR6047作为核心电路。本发明利用超声时差法原理，提出了一种含参数T_D的超声波时差法流量测量新模型。该模型具有测量精度高、量程宽的优点，测量准确度等级达到0.5级，量程比大于200：1，这为实现两相流参数检测提供了一种新的思路。

技术领域

本发明涉及两相流检测技术领域，具体地说是一种高精度宽量程的超声流量测量装置及测量方法。

背景技术

目前，在两相流检测技术领域，通过超声波进行测量的方法有传播速度差法、多普勒法、相关法、波束偏移法和噪声法等。

传播速度差法是基于超声波在顺逆流传播时所产生的速度差而实现流量测量。传播速度差法包括时差法、频差法和相位法，三者分别基于顺逆流的超声波时间差、频率差和相位差实现流量测量。频率差法电路性能不稳定，相位差法易受温度的影响，时间差法精度较高且应用比较广泛。

多普勒法是依据声学的多普勒效应实现流速测量。当超声波遇到流体内的杂质或者气泡时，会产生多普勒频移，其频移的大小和流体的流速有关。

相关法是利用相关性原理实现流体流速测量。在管道上相距一定距离处布置性能完全一样的两对超声波换能器。当流体流动时，两超声波发射换能器同时发射相同的超声波信号，超声波信号流经流体后被两接收换能器接收。流速不同，两个信号的相关程度就不同。根据信号的相关性，便可解析出流速。

波束偏移法是利用超声波偏移角度实现流速测量。其中超声波换能器为发射换能器和接收换能器。当流体静止时，两个超声波换能器接收信号的强度一致；当流体运动时，超声波的传播方向会随着流速变化而变化，其中超声波的偏移角度可由两换能器的信号强度差得出。

噪声法是利用流体流动过程中产生的噪声大小进行流速测量。因为超声波是一种机械波，当在流体中传播时，可以携带流体流动所产生的噪声，通过检测接收信号，就可以解出噪声大小，进而确定流速。

目前，Murakawa Hideki将改进的超声波流量计用于蒸汽流量的测量，根据超声波流量计标准偏差的变化，识别蒸汽的不同流动状态；Nishiguchi Hiroshi用外夹式超声波流量计对低压城市燃气管道的气体流量进行测量，给低压燃气监控的超声波流量计的开发提供了参考；Chen Yong将超声波流量计用于航空航天领域，超声波流量计的线性度符合航空航天领域的典型要求；Peng Shanbi将超声波流量计用于汽油机的流量测量，验证汽油发电机的可行性；Nauber Richard将超声波多普勒流量计用于工业流程中的干燥水性泡沫研究，验证了超声波流量计在三维泡沫流动测量领域的优越性；尚国秀将超声波流量计应用于矩形渠道，取得了很好的效果；Gersl J用超声波流量计对烟囱中流体进行测量，探究超声波流量计在烟囱流量测量领域应用的可能性；Wang Chuangnan将超声波换能器的材料换为不锈钢，推动了超声波流量计在高温环境中的应用。

但是，上述无论是国内的还是国外的超声波水表其在精度和量程上不能兼顾，尤其是国内的超声波水表，检测精度较低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高精度宽量程的超声流量测量装置及测量方法，以解决现有超声波水表在精度和量程上不能兼顾的问题。