CN102589656A

CN102589656A - 气体超声流量计声延时测试方法和测量装置

Info

Publication number: CN102589656A
Application number: CN2011104588199A
Authority: CN
Inventors: 邱亿忠; 方超
Original assignee: Shanghai China Nuclear Weisi Instrument Co ltd
Current assignee: Shanghai Zhonghe Weisi Instrument Co ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102589656B

Abstract

气体超声流量计声延时测试方法和测量装置，涉及对超声流量计类仪表的超声波传播时间的检测技术，尤其涉及检测电子电路信号传输延迟时间、换能器信号延迟时间、信号采样点滞后时间、信号线缆延迟时间测量时间误差技术，适用于对各种口径超声流量计的声速检测。本发明声延时测试方法是通过经检测的高精度标准气体声速测量装置、电脑和上位机软件，被检气体超声流量计测试超声流量计所在地的标准声速，来对比求证被检仪表的声延时数据的一种测量方法。

Description

气体超声流量计声延时测试方法和测量装置

技术领域

气体超声流量计声延时测试方法和测量装置，涉及对超声流量计类仪表的超声波传播时间的检测技术，尤其涉及到检测电子电路信号传输延迟时间、换能器信号延迟时间、信号采样点滞后时间、信号线缆延迟时间测量时间误差技术，适用于对各种口径超声流量计的声速检测。

背景技术

气体超声流量计的声延时测量，是针对流量计本身固有参与运算的声速声信号采样的延迟时间(微秒级)检测，检测的准确度将直接影响仪表制造的最终质量。

目前国内外采用传统的“作图法”来测量气体超声流量计的声延时，这种方法测试时间较长对环境要求较高，很难控制试验点的温湿度，导致声延时检测数据不稳定；另外在测试箱内检测的换能器，还要装入被测仪表表体声道中，与三坐标测量的标准声程会产生安装误差，一定程度上影响了声延时的测量精度。

发明内容

针对上述现有测量气体超声流量计的声延时方法的不足，本发明提供一种操作简便、稳定可靠性好，可用于测量各种气体介质的高精度标准气体声速测量装置(简称声速测量装置)，通过经校准的声速测量装置和电脑和上位机软件，对测试被检气体超声流量计(以下简称被检仪表)所在地的标准声速，来对比求证被检仪表的声延时数据的测量方法。

气体超声流量计声延时就是指该流量计每个声道一对换能器在不同的气体介质中从发射到接收过程中正常传输时间以外的延迟时间，主要包括超声波在电子电路、换能器、信号线缆中传输时产生的延迟时间，同时采样波形的选择也会造成声波的延迟时间。

在同样的气体介质组分、温度和压力测试条件下，假设此时的气体介质没有流动，则该气体介质的声速是一个定值，经过校准的声速检测装置检测到的声速与被检测表中的声速应当是相同的，因而可以获得标准声速V_实，同时被检测表中各声道的声程L_实是预知的，实际的声时t；被检测表在没有考虑声延时的情况下，检测到的声速V’，已知L_实，此时的声时为t’，与实际的声时之间存在一个声延时τ；在实际测量过程中，通过软件设置改变τ值的大小，使得V’＝V_实，通过这种声速比对的方法获得实际的气体超声流量计的声延时τ。

本发明测量气体超声流量计声延时方法，是将经校准的声速测量装置与被检气体超声流量计一起放在同一个温度受控的房间内4小时以上，以保证声速测量装置与被检气体超声流量计气体成分及温湿度达到一致；利用声速测量装置测定实验场地实际声速(V_实)，与安装在已知被检气体超声流量计表体内换能器之间的声程(L_实)，由上位机软件自动计算出在零流量时被检气体超声流量计各组换能器的声延时数据，并将其设入被检气体超声流量计的转换器内各声道声延时参数表中，以其达到被检气体超声流量计零流量时各声道的气体介质声速一致，精确度可达到千分位，完成被检气体超声流量计各个声道的换能器声延时(τ)的检测数值。

本发明方法测量气体超声流量计声延时(τ)，是基于常压室内条件下，气体介质没有流动时，则该气体介质声速是一个定值，如：温度在10～30℃内变化时，每变化一度对声速度影响0.6m/s。利用每一台超声流量计的声延时都是固定值，安装在表体内换能器之间的声程距离L_实也是固定值，超声在同一环境内的气体转播速度是保持不变这三个特性以及用声速测量装置检测到的现场实际的声速(V_实)，通过对比法来求证气体超声流量计声延时(τ)，具体步骤如下：

1.将被测换能器安装在已知被检气体超声流量计的表体各组声道内，直接测定换能器两端面之间的声程(L)距离，然后装上两端法兰盲板。

2.通过通讯口端用数据线与电脑主机连接，接上被测超声流量计的转换器，然后将一个温度变送器插入声速装置内，另一个温度变速器插入被测表体内，待腔体内气流稳定、温度稳定。

3.启动声速测量转换器和电脑上位机软件，设置被检气体超声流量计、换能器和温度变送器，压力变送器的各种参数(如：口径、声程、频率、温压量程范围等)在计算机上位机中读取被测转换器上声时(t)、声速测量装置声速(V)、声速测量装置上温度变送器的温度(T₁)、被测表体内温度变送器的温度(T₂)。

4.利用公式求出声延时(τ)。

τ = t \frac{L}{v + (T_{2} - T_{1}) \times 0.6}

5.由上位机软件自动计算出在零流量时被检气体超声流量计各组换能器的声延时(τ)，并通过通讯口被设置到被测流量计参数表中。

本发明声延时测试方法和测量装置中的经标定的高精度标准气体声速测量装置由温度变送器，标准表转换器，高精度压力变送器，标准表表体，第一标准换能器，标准表盲板，温度变送器安装口，第二标准换能器构成，电脑和上位机软件由计算器，标准表通讯线缆，在计算机中设有ModbusDSP PCCS-V1.8上位机软件，被检表通讯线缆组成，被检气体超声流量计装置由被检表压力变送器，被检表转换器，被检气体超声流量计、盲板和螺栓螺母组成。

经标定的高精度标准气体声速测量装置、电脑和上位机软件、被检气体超声流量计以及被检气体超声流量计声延时测试记录表构成本发明声延时测试方法的气体超声流量计声延时测量系统。

本发明的特点是：

1.气体超声流量计声延时测量方法，能将声速测试装置和被检表的数字信号通过数据线传输到电脑上位机软件监控和设置，并实时对比调整各个声道零流量声延时数值，操作更加简便。

2.用高精度的压力温度变送器，将系统测量误差降到最低，改变以往测量气体超声流量计声延时对环境和场地的要求，加快了检测时间。

3.声速测试装置可测试各种压力、气体介质条件下的声速数据，用来实时与被检仪表进行零流量的声速对比。

4.声速测试装置采用100MHz高稳定石英晶体振荡器，解决计数器晶振频率所引起的时基误差，声速测量准确度更高；

5.标准表体可测试各种压力、气体介质条件下标准表的声速参数，用来与被检仪表对比。

6.气体超声流量计声延时对比测量方法，能核查三坐标仪器无法测量换能器震荡信号经多次弧面反射的实际声程(三角型和V字型声程)，对准确测量每对换能器之间的实际声程有核查的作用。

附图说明

附图是本发明实施例示意图，其中：

图1.是本发明的测试装置结构示意图；

图2.是本发明实施例上位机软件界面1示意图；。

图3.是本发明实施例上位机软件界面2示意图；。

图4.是本发明实施例上位机软件界面3示意图；。

图5.是本发明实施例声延时测试工艺记录表。

图中：温度变送器1，标准表转换器2，高精度压力变送器3，标准表表体4，第一标准换能器5，标准表盲板6，温度变送器安装口7，第二标准换能器8，计算器9，标准表通讯线缆10，电脑和上位机软件11，被检表通讯线缆12，被检表配用压力变送器13，被检表转换器14，被检气体超声流量计、盲板和螺栓螺母15。

具体实施方式

高精度标准气体声速测量装置由温度变送器1，标准表转换器2，高精度压力变送器3，标准表表体4，第一标准换能器5，标准表盲板6，温度变送器安装口7，第二标准换能器8构成，电脑和上位机软件由计算器9，标准表通讯线缆10，电脑和上位机软件11，被检表通讯线缆12组成，被检气体超声流量计装置由被检表压力变送器13，被检表压力转换器14，被检气体超声流量计、盲板和螺栓螺母15组成。标准表转换器2通过标准表通讯线缆10与电脑和上位机软件11连接，电脑和上位机软件11通过被检表通讯线缆12与检表压力转换器14电路连接。通讯线缆采用RS232数据线。

在CL-1-4型DN300四声道气体超声流量计上采用本发明方法测量声延时。

将检测的声速测量装置与被检气体超声流量计一起放在同一个温度受控的房间内4小时以上，保证声速测量装置与被检气体超声流量计气体成分达到一致，测试步骤如下：

将被检表压力转换器14上通讯口端用RS232数据线12与电脑主机11连接；

启动标准表转换器2和电脑11上位机软件，设置被检气体超声流量计、被检表压力转换器14和被检表温压变送器13的各种参数(如：口径、声程、频率、温压量程范围等)，在上位机软件界面上(图2、图3、图4)就显示出各组换能器的声延时数据；通过通讯口设置到被测流量计参数表内，此时被测流量计转换器显示框的瞬时流量就逐步趋向零。

用声速测量装置检测的现场实际的声速(V_实)为标准，以及被测仪表各个声道的声程距离L_实和测量到的声时t_总，通过改变被检仪表每个换能器的声延时(τ_{1，2，3。。。。。n})数值，使被检仪表的每个换能器的声速(V_{1，2，3。。。。。n})等于现场实际的声速(V_实)；

再将声延时(τ_{1，2，3。。。。。n})数值输入被检表转换器参数设置表内后，转换器显示流量应为零，并且显示的声速V_显＝V_实。

在测试过程中应注意，用于检测的被检表温度变送器13和被检表压压力变送器14的传感探头不能碰到管壁，不能挡住声道，以避免影响换能器的正常工作。

声速测量装置和被检气体超声流量计两端需封闭管道内保持零流速状态，环境温度变化≤±0.5℃

按规程监控2个小时零流量不超过±3mm/s，调试工作完成，计算机可自动生成气体超声流量计声延时测试记录表作为调试备案(图5)。

Claims

1.气体超声流量计声延时测量方法和测量装置，其特征在于：是将经校准的声速测量装置与被检气体超声流量计一起放在同一个温度受控的房间内4小时以上，利用声速测量装置测定实验场地实际声速(V_实)，与安装在已知被检气体超声流量计表体内换能器之间的声程(L_实)，由上位机软件自动计算出在零流量时被检气体超声流量计各组换能器的声延时数据，并将其设入被检气体超声流量计的转换器内各声道声延时参数表中，以其达到被检气体超声流量计零流量时各声道的气体介质声速一致，通过对比法来求证气体超声流量计声延时(τ)，具体步骤如下：

1).将被测换能器安装在已知被检气体超声流量计的表体各组声道内，直接测定换能器两端面之间的声程(L)距离，然后装上两端法兰盲板；

2).通过通讯口端用数据线与电脑主机连接，接上被测超声流量计的转换器，然后将一个温度变送器插入声速装置内，另一个温度变速器插入被测表体内，待腔体内气流稳定、温度稳定；

3).启动声速测量转换器和电脑上位机软件，设置被检气体超声流量计、换能器和温度变送器，压力变送器的各种参数(如：口径、声程、频率、温压量程范围等)在计算机上位机中读取被测转换器上声时(t)、声速测量装置声速(V)、声速测量装置上温度变送器的温度(T₁)、被测表体内温度变送器的温度(T₂)；

4).利用公式求出声延时(τ)

τ = t \frac{L}{v + (T_{2} - T_{1}) \times 0.6}

5).由上位机软件自动计算出在零流量时被检气体超声流量计各组换能器的声延时(τ)，并通过通讯口被设置到被测流量计参数表中。

2.气体超声流量计声延时测量方法和测量装置，其特征在于：高精度标准气体声速测量装置由温度变送器(1)，标准表转换器(2)，高精度压力变送器(3)，标准表表体(4)，第一标准换能器(5)，标准表盲板(6)，温度变送器安装口(7)，第二标准换能器(8)构成，第一标准换能器(5)和第二标准换能器(8)和标准表盲板(6)，固密封定设置在标准表表体(4)两端；温度变送器(1)固定设置在标准表表体(4)上的温度变送器安装口(7)内；高精度压力变送器(3)固定设置在标准表表体(4)上；温度变送器(1)，高精度压力变送器(3)，第一标准换能器(5)，第二标准换能器(8)通过电缆与标准表转换器(2)电路连接；电脑和上位机软件由计算器(9)，标准表通讯线缆(10)，电脑/上位机软件(11)，被检表通讯线缆(12)电路连接组成，标准表通讯线缆(10)与标准表转换器(2)电路连接；被检气体超声流量计装置由被检表压力变送器(13)，被检表压力转换器(14)，被检气体超声流量计、盲板和螺栓螺母(15)组成，被检表通讯线缆(12)与被检表压力转换器(14)电路连接。