CN102288265B - 双通道法超声流量计时间差检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双通道法超声流量计时间差检测装置，其包括：一待测超声流量计；与该待测超声超声流量计的一端连接的第一信号分离模块，与该待测超声超声流量计的另一端连接的第二信号分离模块；位于第一信号分离模块与第二信号分离模块之间设置在液体容器中的第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器；其特征在于：所述第一换能器与所述第二换能器位于第一通道，所述第三换能器与所述第四换能器位于第二通道。该检测装置具有较大的通用性，适用于不同厂家的流量计，装置能够通过对几何参数的溯源实现量值传递，具有较高准确度。

Description

双通道法超声流量计时间差检测装置

技术领域

本发明涉及一种超声流量计的检测装置，特别是超声流量计的流速测量检测装置，使用该装置可以对超声流量计的时间差及流速测量准确性进行检测、校准。

背景技术

时差法超声流量计是近年来技术发展迅速的一种速度式流量测量仪表，其被广泛应用于天然气流量、水电站流量、河道流量、污水流量等计量领域，其计量准确性备受关注。

超声流量计被广泛用于流量测量领域，特别是在大口径水流量(如水电站)、天然气流量以及明渠流量测量等方面，已成为主要测量手段。流量计的准确度往是使用者最为关心的技术指标。在现有技术中，如专利CN1389711A公开了一种标定装置，其可进行流量计的时间差标定，该装置包括一个“T”形的封闭液槽，将流量计超声波发射探头及2个接收探头分别安装在液槽的3个端口处，液槽的中心位置装有超声波的反射透镜，使由发射探头发出的超声波各约50％分别透射、反射到2个接收探头，2个接收探头的位置可调整，使超声波到2个接收探头的行程不同，从而产生时间差，该装置还包含有一个标定控制电路，其核心为一个三刀双掷开关，用来控制切换发射探头与接收探头。但该装置在使用上存在一定的局限性：(1)声路长度难以准确测量。标准时间差是由声道长度差值计算得到，由于通常需要检测的时间差非常小，达到微秒量级，因此要求长度的测量准确度需要达到0.1mm，甚至0.01mm，但该装置中在探头安装好后是无法直接对声路长度进行直接测量的，而由反射形成的折线声路长度测量难度更大；(2)其利用反射与透射将超声信号分成2路，但由于信号强度减少一半，可能会造成有些流量计无法接收到信号；(3)通用性受限，由于探头要密封在液槽端口上，不同厂家、不同型号的探头大小、材质可能会不同，需要重新设计端口机械结构；其标定控制电路需已知超声流量计上、下游探头发送规则，否则无法实现对发射、接收端的切换控制，而每个流量计生产企业均有自己的发送规则，不尽相同。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中检测装置的局限性，形成一套可广泛适用于现有超声流量计产品的通用型流速模拟检测装置，该装置可进行量值溯源，且具有较高的计量准确性。

本发明提供了一种双通道法超声流量计时间差检测装置，其包括：一待测超声流量计；

与该待测超声超声流量计的一端连接的第一信号分离模块，与该待测超声超声流量计的另一端连接的第二信号分离模块；位于第一信号分离模块与第二信号分离模块之间设置在液体容器中的第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器；其特征在于：所述第一换能器与所述第二换能器位于第一通道，所述第三换能器与所述第四换能器位于第二通道。

其中，所述第一通道为正向传播通道，所述第二通道为逆向传播通道。

其中，在所述液体容器中进一步包括有定位装置，其用于对四个换能器进行安装和定位。

其中，所述定位装置为滑轨系统，该滑轨系统包括一条轨道和两个可滑动组件。

其中，所述第一换能器发射超声信号，所述第二换能器接收该超声信号；所述第三换能器发射超声信号，所述第四换能器接收该超声信号。

其中，从第一换能器到第二换能器的超声传播距离与第三换能器到第四换能器的超声传播距离不同。

其中，换能器通过紧固件固定到可滑动组件上。

其中，所述第一信号分离模块与所述第二信号分离模块的信号发送和接收为独立的通道。

其中，所述定位装置位于所述液液体容器中，在所述液体容器中具有液体介质，所述液体介质具有预定的流速。

本发明的检测装置中带有可固定超声换能器的可滑动组件的滑轨系统2条，在每条滑轨上，2个可滑动组件间的距离在滑轨范围内可调；信号分离模块能够使超声波信号发射信号及接收信号单向导通。

在超声流量计的声道上安装上的2对超声换能器均平行对准，同一声道上的两个换能器的中心位于同一个轴线上，保证超声波传输声道的水平，形成双通道，通过信号分离模块控制超声流量计正向传输信号和逆向传输信号分别通过独立的传输通道，滑轨系统可调整2个通道的声路长度，对声路长度之间设置一个差值，使超声波正向传输和逆向传输产生时间差，流量计将产生流速信号，通过几何方法可准确测得声路长度并计算得到理论时间差(及流速)，从而实现流量计流速检测。

对流量计流速测量准确性进行测量是非实流校准方法中最重要的一个手段。本发明的双通道法超声流量计时间差检测装置将流量计的正向、逆向超声信号分开为2个通道，并通过几何方法使正向、逆向超声信号行程不同，模拟一个标准流速，可准确、高效地对流量计的流速示值进行检测。该装置具有较大的通用性，适用于不同厂家的流量计，装置能够通过对几何参数的溯源实现量值传递，具有较高准确度，解决了非实流校准中关键技术问题，可在计量检测机构及超声流量计生产厂家中推广使用。

附图说明

本发明附图的简要说明如下：

图1时间差检测装置示意图

图2滑轨系统示意图

具体实施方式

为了本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并结合实际实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，双声道时差超声流量计的结构示意图。超声流量计形成A、B两个通道，通过两个通道的时间差获得流速。具体而言，测量装置中设置液体容器，优选该液体容器可为液体槽1，在该液体槽1中具有流动的液体介质，可传输超声波信号，一般与超声流量计测量介质相同，该液体介质在液体槽中具有标准的流速，其流动方向相对于图1来说可向左或向右，只要保证其流速的稳定以及流动的方向符合检测要求即可。在液体槽1中设置用于放置超声流量计的换能器的定位装置，优选该定位装置为图1中所示的滑轨系统21、22，滑轨系统21、22放置于液体槽1中，在液体槽1中液体的液面高于滑轨系统的高度，保证实验用液体介质完全浸没滑轨系统，且滑轨系统对液晶介质的流动速度的影响可以忽略不计。

如图2所示为滑轨系统21的侧面图，在滑轨系统21上设置有两个可滑动组件211、212，该两个可滑动组件可被固定在滑轨上，优选通过锁紧机构215、216将该可滑动组件固定到滑轨上，采用紧固件213将换能器31安装到可滑动组件211上，使用紧固件214将换能器32安装到可滑动组件212上，各种不同型号和结构的换能器能够通过紧固件精确地安装到可滑动组件上。

对于待检测、标定的超声流量计5来说，其通常具有一对换能器，每个换能器同时具有发射超声和接收超声的功能，正向(以液体流动方向为正向)和逆向传播的超声声路为同一条声道。在本发明中为了提高测量的准确性，采用双通道进行测量，就是采用两对换能器，将正向超声声道和逆向超声声道分离开来，形成独立的两个通道，即如图1所示的A通道和B通道。假定超声流量计5的端口51为其连接上游超声换能器的端口，端口52为其连接下游超声换能器的端口，其中，超声流量计5的上游端口51及下游端口52上分别连接有信号分离模块41、42，正是通过信号分离模块，从端口51发出和接收的信号被分成两个通道，使原超声流量计使用状态的单条超声通道变为双通道，信号分离模块采用电学方法，使单条通道双向传播的超声信号分离，端口51发出的正向传播(上游端口至下游端口)信号被信号分离模块41分离到A通道，A通道的信号通过一对换能器31、32传播到下游位置处的信号分离模块42处，该信号分离模块42将接收到的A通道信号发送到下游端口52，从而将信号传递到流量计5处，实现了正向传播的超声信号的测量。对于逆向传播的超声信号来说，其具有与A通道信号相似的工作方式，与端口52相连的信号分离模块42将从端口52发出的信号与其从A通道接收的信号分离开，相应的从端口52发出的信号被信号分离模块42分离到B通道中，B通道的信号通过一对换能器34、33传播到上游位置处的信号分离模块41处，该信号分离模块41将接收到的B通道信号发送到上游端口51，从而将信号传递到流量计5处，实现了逆向传播的超声信号的测量。上述信号分离模块41、42区分发送和接收信号，将信号分离到正确的传播声道，优选该信号分离模块41的一端通过电缆与端口51连接，优选该信号分离模块42的一端通过电缆与端口52连接，信号分离模块41的另一端与A通道中的换能器31、32相连接，信号分离模块42的另一端与B通道的换能器33、34相连接。

由于采用双通道，对于两个滑轨系统21、22来说，优选可以将两个滑轨系统平行放置，且两个滑轨上均具有长度刻度值，能够进行高精度的长度微调。对于A通道中的一对超声换能器31、32安装在滑轨系统21上，换能器31通过可滑动组件211被固定在滑轨系统21的上游一端，换能器32通过可滑动组件212被固定在滑轨系统21的下游一端，在换能器31和换能器32之间具有长度L2，该长度L2可通过移动位于滑轨系统21两端的换能器31、32的固定位置来进行调整，从而实现超声正向传播长度L2的可调节；对于B通道中的一对超声换能器33、34安装在滑轨系统22上，换能器33通过可滑动组件221被固定在滑轨系统22的上游一端，换能器34通过可滑动组件222被固定在滑轨系统22的下游一端，在换能器33和换能器34之间具有长度L1，该长度L1可通过移动位于滑轨系统22两端的换能器33、34的固定位置来进行调整，从而实现超声逆向传播长度L1的可调节；优选超声流量计正向传播的长度L2大于其逆向传播的长度L1，为便于调整和比较传播长度，优选可以将滑轨系统21、22一端的换能器设置在同一水平位置，且优选在两个滑轨上具有相同的起始刻度值，而对滑轨系统21、22另一端的换能器进行位置调整，使位于不同滑轨上的两个换能器的位置刻度值不相同，从而产生不同声道超声波的传输时间差。

根据流量计实际工作声道长度以及需要检测流速点，按照公知的时差法超声流量计工作原理可计算得到2个声道理论长度值L′₁及L′₂的，2个通道的长度差的相对大小决定了所产生的时间差的大小(理论流速的大小)；可滑动组件211、212，通过几何方法调整、测量换能器探头31、32声道长度(间距)使L1≈L′₁；可滑动组件，通过几何方法调整、测量换能器探头33、34声道长度(间距)使L2≈L′₂；使用锁紧机构215、216，将滑块固定在滑轨上。

在双通道超声流量计的测量过程中，保持超声流量计5处于正常工作状态，其正向传输信号通过上游端口51至信号分离模块41，之后通过A通道，换能器探头31发射超声波，换能器探头32接收，接收信号传输至信号分离模块42，传回流量计5的下游端口52；其逆向传输信号通过下游端口52至信号分离模块42，通过B通道，换能器探头34发射超声波，换能器探头33接收，接收信号传输至信号分离模块41，传回流量计5的上游端口51；由于流量计5正向发出的超声波传播距离L2与逆向发出的超声波传播距离L1和不同，流量计5将显示流速值(时间差)，与通过L1、L2计算得到的理论流速值相比较，从而实现对流量计流速(时间差)进行检测。

本发明的检测装置具有较大的通用性，适用于不同厂家的流量计，其能够通过对几何参数的溯源实现量值传递，具有较高准确度，解决了非实流校准中关键技术问题，可在计量检测机构及超声流量计生产厂家中推广使用。

虽然本发明是参考其优选实施例示出和描述的，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离附属的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。

Claims (10)

1.一种双通道法超声流量计时间差检测装置，其包括：

一待测超声流量计；

与该待测超声流量计的一端连接的第一信号分离模块，与该待测超声流量计的另一端连接的第二信号分离模块；

位于第一信号分离模块与第二信号分离模块之间设置在液体容器中的第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器；

其特征在于：所述第一换能器与所述第二换能器位于第一通道，所述第三换能器与所述第四换能器位于第二通道；每个换能器同时具有发射超声和接收超声的功能。

2.如权利要求1所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：在所述液体容器中进一步包括有定位装置，其用于对四个换能器进行安装和定位。

3.如权利要求2所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述定位装置为滑轨系统，该滑轨系统包括一条轨道和两个可滑动组件。

4.如权利要求2或3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述第一换能器发射超声信号，所述第二换能器接收该超声信号；所述第三换能器发射超声信号，所述第四换能器接收该超声信号。

5.如权利要求2或3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：从第一换能器到第二换能器的超声传播距离与第三换能器到第四换能器的超声传播距离不同。

6.如权利要求3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：换能器通过紧固件固定到可滑动组件上。

7.如权利要求2或3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述第一信号分离模块与所述第二信号分离模块的信号发送和接收为独立的通道。

8.如权利要求2或3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述定位装置位于所述液体容器中，在所述液体容器中具有液体介质。

9.如权利要求2或3所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述第一通道为正向传播通道，所述第二通道为逆向传播通道。

10.如权利要求8所述的双通道法超声流量计时间差检测装置，其特征在于：所述液体介质具有预定的流速。

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