一种时差式超声波流量计改进的测量方法

摘要

一种时差式超声波流量计改进的测量方法，通过对现有的时差法进行改进，基于对超声波接收端过零点分析和时差修正，可有效的降低外界干扰多超声波信号的影响，为精确的获取顺、逆流时差提供了一种有效的方法；通过对通过流量计算的修正，使流量计在实际测量中，流体的平均流速无限接近于真实值，极大的提高了时差式超声波流量计的计量精度。

主权项

一种时差式超声波流量计改进的测量方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：(1)寻找过第一个零点；限制第一个过零点时间，根据所选用的时间数字转换模块发射超声波频率和换能器接收性能，确定换能器接收到的第一个超声波过零点时间。把此时间点减去一个超声波周期和加上一个超声波周期这一段时间作为第一个过零点限制时间段。在得到第一个起始点时间后设定第二、三起始点分别比第一起始点延后一个和两个超声波周期；(2)设置第二、三起始点设定第二、第三起始点分别比第一起始点延后一个和两个超声波周期；(3)设置屏蔽时间时间数字转换模块可以设置时基屏蔽窗口，用来屏蔽通道上可接收脉冲中的任意一次,根据第一个过零点的时间限制，计算并设置需要的屏蔽时间；(4)向时间数字转换模块发送测量指令，并写入初始值；(5)向时间数字转换模块发送顺流测量指令，同时写入顺流测量的三个时基屏蔽窗口时间值，等待三次测量及计算结束后读取测量结果；以相同的步骤获得逆流测量结果；(6)测量结果计算根据测量结果分别计算出超声波顺传播时间tu，逆流传播时间td进而计算出顺、逆流时差Δt；(7)时差修正在对超声波顺、逆流传播时间测量过程中，目标流体的流速不均匀以及复杂的外界环境均会影响接收到的超声波信号，使接收到的超声波信号幅值发生波动，从而使得到的时差值有一定的误差，如果上游、下游测量得到的对应传输时间之间的差值大于一周期，则它们对应的不是同一个峰，需要加上或减掉整周期时间纠正过来；(8)流量计算根据流量计算公式计算出流体的瞬时流速。计算公式如下：$V=\frac{\Delta t*C_0^2}{2*L*COS\alpha }$其中，Δt‑顺、逆流时差；L‑超声波沿流速方向的传播距离；α‑超声波传播方向与轴向之间的夹角；C₀‑超声波在水中的传播速度；由于液体在管道中的流动速度在管道直径的切面上是沿中心向外发散的，亦即中心的流速高于管壁的流速，所以V_q需要加一个流速分布修正系数K，那么瞬时流量为：$q=K*\frac{\pi }{4}*D^2*V$其中，V为管体内流体的流速，D为管体的内径。(9)流量修正首先测量出液体在管道中的温度，此时管道内压力小于1.6MPa并保持恒定，根据温度查表获得液体的动力粘滞系数α和液体的密度β，然后根据实际的管道结构和管径判断出流场的层流、过度流和紊流状态所对应的雷诺数Re，最后根据Re的值计算修正系数K的值。