CN101004352A - 多声道流量测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多声道流量测量装置及其方法，该装置包括两声道超声波测量，所述两声道交叉分布在管道截面上。同时在发射/接收电路的基础上，设计分时测量声道流速的控制电路，使流量计能够分时获得管道不同声路上的线平均流速，增加了流量测量的代表性，使流速测量不限于该截面一个线速度，而扩展到截面其他路线的流速，提高了测量的准确度。

Description

多声道流量测量装置及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种流量测量装置及其方法，特别是涉及一种超声波为测量媒质的流量测量装置及其方法。

【背景技术】

参见图1，现有的单声道超声波流量计包括设置在管道1外的一对超声波发射和接收装置2和流量计发射/接收电路(图未示)。该单声道超声波流量计测量的是流体中超声波声线传播路径上的流体线速度，一般不能充分表达管道中整个流体截面的流速分布。为使单声道超声波流量计测得的在单个声道的流速能代表整个流体截面的流速分布，需要很高要求的测量环境，即要求流量计探头安装时要求安装点有前10D后5D的直管段，才能保证管道内的流速分布比较均匀，这时单声道流量计测量得到的线速度可以近似代表流体的面速度。

因此，对于直管段长度的要求限制了单声道流量计的应用范围，当流体的流速分布比较复杂时，单声道流量计的测量代表性就会很低，换而言之，流速分布比较复杂时，流速测量值不能代表流体截面的平均流速。

为提高测量的准确度，人们研发出一种锁相环频差超声流量计。该流量计可以参见1992年9月2日公告的中国实用新型专利第92201726.3号。该技术采用连续频差法，利用顺逆二个脉冲声道的频率差测定流速而得到管截面流量模式，它由二个顺逆二个系统和差频器组成。每一个系统则由接收换能器、接收解调器、过零比较器、锁相环、波形变换器、调制器、功率放大器和发射换能器组成。该专利描述道：它具有不受流体温度影响的优点，使仪器的精度提高，反应速度快。

上述专利技术提到利用二个脉冲声道，然而，这里的二个脉冲声道实际是指同一个声路上的顺逆两个方向，并不是两个完整的声道，实际上也仅能测量到该管道内流体的一个线速度，仍然不能反映管道面流体流速，在流体流速分布比较复杂时测得的流速不能很好代表流体的面速度。

【发明内容】

为了克服现有技术流量计在流体流速分布比较复杂时不能获得流体面速度的技术问题，本发明提供一种能很好代表流体面速度并且简单的多声道流量测量装置。

为了克服现有技术流量计在流体流速分布比较复杂时不能获得流体面速度的技术问题，本发明提供一种能很好代表流体面速度并且简单的多声道流量测量方法。

本发明解决上述第一技术问题所采用的技术方案是：提供一种多声道流量测量装置，包括至少两声道超声波测量，所述两声道交叉分布在管道截面上。

本发明解决上述第二技术问题所采用的技术方案是：提供一种多声道流量测量方法，包括步骤：A、分别用交叉分布在管道截面上的两声道测量管道流速；B、求平均流速。

相对于现有技术，本发明多声道流量测量装置的有益效果是：增加测量增加测量声路，并使之不平行呈交叉角度，增加管道截面其他位置的流速的代表性，使流速测量不限于该截面一个线速度，而扩展到截面其他路线的流速，提高了测量的准确度。

相对于现有技术，本发明多声道流量测量方法的有益效果是：分别测量管道内不同位置的流速，然后使用数理统计学中的统计办法来减小流量计测量的基本误差，提高了测量的准确度。

【附图说明】

图1是现有技术单声道超声波流量计应用在管道上测量流速的示意图；

图2是本发明多声道流量测量装置应用在管道上测量流速的示意图；

图3是本发明多声道流量测量装置的发射/接收电路的原理框图；

图4是本发明多声道流量测量装置的发射/接收电路的电路图。

【具体实施方式】

本发明的基本原理是：在单声道流量计发射/接收电路的基础上，设计分时测量声道流速的控制电路(相对于缓慢变化的流速，这里的“分时”的间隔非常短，可认为同时)，使流量计能够分时获得管道不同声路上的线平均流速，增加了流量测量的代表性，能够有效减小测量的基本误差。使得流量计在流体的流场比较复杂的情况下，也能获得准确的流体流速信息。增加少量控制电路，即可使流量计获得两个声道的流速信息来源。

下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。

参阅图2和图3，本发明包括发射/接收电路(图3)和两对超声波换能器21，22。每对超声波换能器21，22包括两个设置在管道10两侧的发射/接收探头，形成一个声道。两对超声波换能器21，22即构成两路声道，所述两声道交叉分布在管道10截面上。在本实施方式中，所述两声道以90度角度交叉，位于管道10同一截面内。

所述流量计发射/接收电路包括控制所述两声道的分时测量控制电路。所述流量计发射/接收电路包括依次连接的微处理器(CPU)、收发器、上下游转换器、声道转换器以及超声波换能器，所述分时测量控制电路包括依次连接的分频器、触发器以及驱动器，所述微处理器分别连接分频器和上下游转换器，所述驱动器连接声道转换器。

参阅图4，X1是连接发射电路/接收电路的插座，X2是连接两个声道转换器的插座，X3是接收来自CPU上下游转换信号的插座，并提供电路需要的直流电源。本实施方式中U0、U1是可预置的同步触发十进制加法计数器，最大可预置数为99。本实施方式中将信号50分频，即将计数器预置为49，这样来自CPU的上下游转换信号50次即可将计数器计满，与此同时发出一个进位信号一路送给T触发器U2，作为其反转的触发信号；另一路反馈给分频计数器重新装入预置数，使其周而复使工作。触发器U2是由J-K触发器变换而成的T型触发器，分频器每发出一个进位脉冲它就反转一次。共两个状态，高电平时由驱动器U5驱动转换开关U3、U4接通一个声道，低电平时由驱动器U5驱动转换开关U3、U4接通另一个声道。U3、U4分别是由4个模拟开关组成的器件，两个常开两个常闭。上下游转换器也是由4个模拟开关组成的电子开关，来自CPU的上下游转换信号，每转换一次状态，模拟开关就接通一次上游或下游的换能器至接收器的信号通路，而发射信号是由主电路板的CPU控制可编程逻辑电路提供的，它与上下游转换信号是完全同步的。

测量时，分别用交叉分布在管道10截面上的两声道测量管10道内流体流速。可以采用分时测量或同步测量的方式。本实施方式中采用分时测量方式。来自CPU的上下游转换信号经分频器分频，在预定时间内使T型触发器转换一次状态，作为流量计的声道转换信号，经驱动器驱动声道转换器转换声道。测完后进入步骤B：再求平均流速。

在本实施方式中，来自CPU的上下游转换信号，经十进制计数器U0、U1分频，每0.5秒发出一个脉冲使T型触发器U2转换一次状态，然后送给由U5组成的驱动器驱动由U3、U4组成的声道转换开关转换声道，作为流量计的声道转换信号。每转换一次状态完成一个声道的信号采集。上下游转换器和收发器转换超声波的接收和发射方向，得到CPU需要的含有流量信息的时差信号，由CPU计算两个声道的线平均流速，进一步增强了流速在整个流场中的代表性。

本发明使用分频器控制多路声通道的切换，增加了流量测量的采样通道，使用数理统计学中增加样本代表性的办法来减小流量计测量的基本误差，提高了测量的准确度。交叉分布在管道10截面上的两声道设计是增加管道10截面其他位置的流速的代表性，使流速测量不限于该截面一个线速度，而扩展到截面其他路线的流速，因为同一截面可能存在不同的流速。且结构简单，成本低，易于普及和应用。特别是在管路中流场分布不均匀时，双声道的测量方法对于流量的准确测量尤为重要。同时其带来的另外一个好处是对流量计安装时直管段的要求相应降低。

在本发明范围内，可以有更多设计，比如将测量声道增加到3个或以上，并且互相不平行，以增加管道流速的取样数量，达到更精确的目的；所述两声道每个声道的一对换能器可以分别位于管道上下游，即两对超声波换能器21，22分别设置在管道的上下游。

Claims (9)

1.一种多声道流量测量装置，包括至少两声道超声波测量，其特征在于：所述两声道交叉分布在管道截面上。

2.根据权利要求1所述的多声道流量测量装置，其特征在于：所述两声道以90度角度交叉。

3.根据权利要求1所述的多声道流量测量装置，其特征在于：包括流量计发射/接收电路，所述流量计发射/接收电路包括控制所述两声道的分时测量控制电路。

4.根据权利要求3所述的多声道流量测量装置，其特征在于：所述流量计发射/接收电路包括依次连接的微处理器、收发器、上下游转换器、声道转换器以及超声波换能器，所述分时测量控制电路包括依次连接的分频器、触发器以及驱动器，所述微处理器分别连接分频器和上下游转换器，所述驱动器连接声道转换器。

5.根据权利要求1所述的多声道流量测量装置，其特征在于：所述两声道位于管道同一截面。

6.根据权利要求1所述的多声道流量测量装置，其特征在于：所述两声道每个声道的一对换能器分别位于管道上下游。

7.一种多声道流量测量方法，包括步骤：

A、分别用交叉分布在管道截面上的两声道测量管道流速；

B、求平均流速。

8.根据权利要求7所述的多声道流量测量方法，其特征在于：所述步骤A采用分时测量或同步测量的方式。

9.根据权利要求7所述的多声道流量测量方法，其特征在于：采用分时测量控制电路控制所述两声道，来自CPU的上下游转换信号经分频器分频，在预定时间内使T型触发器转换一次状态，作为流量计的声道转换信号，经驱动器驱动声道转换器转换声道。

Images