一种超声波流量测量装置及其测量方法

摘要

本发明创造提供一种超声波流量测量装置及其测量方法，通过改变传统的双射循环发射模式以及传统的计时模块，使在缩短测量总量程的同时精准计算时差，较大的增加了测量的精确度。该超声波流量测量装置由探头发射接收及采集处理模块控制换能器驱动模块实现超声波换能器的开启和关闭，从超声波换能器发出的信号经信号调理模块传送到探头发射接收及采集处理模块，探头发射接收及采集处理模块分别控制时间差采集模块、顺流传播时间采集模块及逆流传播时间采集模块的充放电动作，时间差采集模块、顺流传播时间采集模块及逆流传播时间采集模块经由模拟多路开关、信号放大电路、A/D转换模块将充放电信号反馈给控制器。

主权项

一种超声波流量测量装置的测量方法，采用了一种超声波流量测量装置，该装置包括分别在管外（1）上游和下游安装的超声波换能器（2、3），由探头发射接收及采集处理模块（8）控制换能器驱动模块（4、5）实现超声波换能器（2、3）的开启和关闭，从超声波换能器（2、3）发出的信号经信号调理模块（6、7）传送到探头发射接收及采集处理模块（8），探头发射接收及采集处理模块（8）分别控制时间差采集模块（13）、顺流传播时间采集模块（14）及逆流传播时间采集模块（15）的充放电动作，时间差采集模块（13）、顺流传播时间采集模块（14）及逆流传播时间采集模块（15）经由模拟多路开关（2）、信号放大电路（11）、A/D转换模块（10）将充放电信号反馈给控制器（9），由控制器（9）控制探头发射接收及采集处理模块（8）的运行；所述时间差采集模块（13）、顺流传播时间采集模块（14）及逆流传播时间采集模块（15）的内部均包括控制开关Ⅰ（16）、充电参考电源（17）、压控电流源（18）和控制开关Ⅱ（20），控制开关Ⅰ（16）、充电参考电源（17）、压控电流源（18）和控制开关Ⅱ（20）顺次连接并与探头发射接收及采集处理模块（8）构成充放电信号的控制回路，充电电容（19）并联在控制开关Ⅱ（20）的两端，其特征在于，超声波流量测量装置的测量方法包括以下步骤：（1）    首先控制器（9）向探头发射接收及采集处理模块（8）发出一个开始测量的信号，同时向探头发射接收及采集处理模块（8）发出控制信号使时间差采集模块（13）中的充电电容放电至电荷量为零，使顺流传播时间采集模块（14）和逆流传播时间采集模块（15）中的充电电容开始充电；同时，探头发射接收及采集处理模块（8）控制换能器驱动模块（4、5）使超声波换能器（2、3）同时发射超声波；（2）    第一超声波换能器（2）先接收到顺流传播的超声波，超声波信号在经第一换能器驱动模块（4）、第一信号调理模块（6）及探头发射接收及采集处理模块（8）处理后控制时间差采集模块（13）中的充电电容开始充电，同时顺流传播时间采集模块（14）中的充电电容停止充电，通过顺流传播时间采集模块（14）中充电电容的电压计算得出电容充电时间，进而得到顺流传播时间；（3）    一段时间之后，第二超声波换能器（3）接收到逆流传播的超声波，超声波信号在经第二换能器驱动模块（5）、第二信号调理模块（7）及探头发射接收及采集处理模块（8）处理后控制时间差采集模块（13）中的充电电容停止充电，同时逆流传播时间采集模块（15）中的充电电容停止充电，通过逆流传播时间采集模块（14）中充电电容的电压计算得出电容充电时间，进而得到逆流传播时间；（4）    测量时间差采集模块（13）中充电电容的电压，通过电压和充电时间成正比计算得出充电时间，即顺流传播时间和逆流传播时间的时间差Δt；（5）    设两个换能器的水平间距为d，超声波在声楔中的入射角为，在静水条件下，超声波在静止流体中的速度为c，流体的平均速度为v，超声波在被测流体中的顺流传播时间T1和逆流传播时间T2，则有；；=；∵﹥﹥；∴；∴；  ……………………………………(1)由于超声波在流体中的实际速度为，在被测流体中的实际顺流传播时间T1`和实际逆流传播时间T2`，则有平均时间；；；  ……………………………………(2)把（1）式中的换成（2）式中的得出。