一种超声波流量计的流量测量方法

摘要

本发明涉及一种超声波流量计的流量测量方法，通过在超声波流量计气体流道的上游下游设置一对超声波传感器进行超声波脉冲信号的发送接收，驱动模块提供驱动超声波传感器发送部分的驱动电压，测量计时模块在超声波传感器发送超声波脉冲信号后开始的时间，在检测到从第一个大于脉冲信号电压阀值U₀的Umaxi后第N个过零点时结束计时，计算从开始计时到停止计时得到的时间差；顺逆流各测一次最终在测量计时模块计算出流体的流量。通过脉冲信号电压阀值U₀的合理设定和信号调理模块的除噪作用，尽可能地降低了超声波流量计气体流道中小流量的测量误差和噪声对测量结果准确行的干扰，测量精确度更高。

主权项

一种超声波流量计的流量测量方法，其特征在于，具体步骤如下：将超声波传感器A和超声波传感器B分别安装在超声波流量计气体流道的上游和下游，超声波传感器A和超声波传感器B的探头位于超声波流量计气体流道的内壁上；S1：在控制计算单元（15）中预设脉冲信号电压阀值U₀，通过控制计算单元（15）设置放大单元（55）的增益和滤波单元（53）的带宽，控制计算单元（15）中还存储有超声波流量计中超声波脉冲信号在超声波流量计气体流道内的传输距离L，气体的流动方向与超声波路径传输方向的夹角，超声波流量计气体流道的横截面积S，、S和L均可通过测量获得；S2：测量气体流向与超声波传播顺方向时，超声波在气体超声波流量计流道中的传送时间T₁，具体步骤如下：S21：处理器模块（10）的控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发出脉冲触发控制信号，测量计时模块（20）根据接收到的脉冲触发控制信号控制驱动模块（30）发出驱动信号，此时，传感器控制模块（40）控制超声波传感器A接收驱动信号并发出超声波脉冲信号Us，超声波传感器B用于接收波信号Us；S22：超声波传感器A接收到驱动信号并发出超声波脉冲信号Us时，向控制计算单元（15）做出反馈，控制计算单元（15）控制测量计时模块（20）开始计时；S23：信号调理模块（50）将超声波传感器B接收到的所有信号通过匹配单元（51）进行匹配、滤波单元（53）进行滤波和放大单元（55）进行放大处理，将超声波传感器B接受超声波脉冲信号Us时接受到的噪声进行过滤；S24：经过步骤S23处理后的信号确定为超声波传感器B接收到的由超声波传感器A发出的超声波脉冲信号Us，记为Us^’，峰值检测单元（11）检测出超声波脉冲信号Us^’的多个峰值Umaxi，将多个Umaxi分别与脉冲信号电压阀值U₀进行比较，当得到第一个大于脉冲信号电压阀值U₀的Umaxi时，控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发出始能停止信号，当测量计时模块（20）检测到从第一个大于脉冲信号电压阀值U₀的Umaxi后第N个过零点时，测量计时模块（20）停止计时并向控制计算单元（15）发送停止计时的反馈，测量计时模块（20）从开始计时到停止计时得到的时间差即为T₁；当电压阀值U₀超过前一个波的峰值且低于该波的峰值时，始能接收零交叉点，并将该波的零交叉点检测为接收点，在第N个过零点设置为结束时间；在检测成功后的下一个波的峰值未超过电压阀值U₀时，判断为交叉点检测失败，则舍弃掉数据，在等待发送脉冲重新检测；S3：测量气体流向与超声波传播逆方向时，超声波在气体超声波流量计流道中的传送时间T₂，具体步骤如下：S31：控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发出脉冲触发控制信号，测量计时模块（20）根据接收到的脉冲触发控制信号控制驱动模块（30）发出驱动信号，此时，传感器控制模块（40）控制超声波传感器B接收驱动信号并发出超声波脉冲信号Un，超声波传感器A用于接收波信号Un；S32：超声波传感器B接收到驱动信号并发出超声波脉冲信号Un时，向控制计算单元（15）做出反馈，控制计算单元（15）控制测量计时模块（20）开始计时；S33：信号调理模块（50）将超声波传感器A接收到的所有信号通过匹配单元（51）进行匹配、滤波单元（53）进行滤波和放大单元（55）进行放大处理，将超声波传感器A接受超声波脉冲信号Un时接受到的噪声进行过滤；S34：经过步骤S33处理后的信号确定为超声波传感器A接收到的由超声波传感器B发出的超声波脉冲信号Un，记为Un^’，峰值检测单元（11）检测出超声波脉冲信号Un^’的多个峰值Umaxj，将多个Umaxj分别与脉冲信号电压阀值U₀进行比较，当得到第一个大于脉冲信号电压阀值U₀的Umaxj时，控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发出始能停止信号，当测量计时模块（20）检测到从第一个大于脉冲信号电压阀值U₀的Umaxi后第N个过零点时，测量计时模块（20）停止计时并向控制计算单元（15）发送停止计时的反馈，测量计时模块（20）从开始计时到停止计时得到的时间差即为T₂；当电压阀值U₀超过前一个波的峰值且低于该波的峰值时，始能接收零交叉点，并将该波的零交叉点检测为接收点，在第N个过零点设置为结束时间；在检测成功后的下一个波的峰值未超过电压阀值U₀时，判断为交叉点检测失败，则舍弃掉数据，在等待发送脉冲重新检测；S4：测量计时模块（20）将S24得到的T1和S34得到的T2传输至处理器模块（10）的控制计算单元（15），控制计算单元（15）根据公式（1）和（2）计算得到气体流量Q，（1）；（2）；式（1）中U为气体的流速，L是超声波脉冲信号在超声波流量计气体流道内的传输距离；为气体的流动方向与超声波脉冲信号传输路径的夹角；式（2）中S为超声波流量计气体流道的横截面积，T为超声波流量计气体流道中流通气体的时间；S5：脉冲触发控制单元（13）控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发出脉冲触发控制信号的时间间隔T_p和次数2M，控制计算单元（15）向测量计时模块（20）发送相邻两次脉冲触发控制信号就能得到一个气体流量Qi，控制计算单元（15）计算该M个Qi的平均数即得超声波流量计的流量。