CN103649691B - 用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法 - Google Patents

用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103649691B
CN103649691B CN201280031071.7A CN201280031071A CN103649691B CN 103649691 B CN103649691 B CN 103649691B CN 201280031071 A CN201280031071 A CN 201280031071A CN 103649691 B CN103649691 B CN 103649691B
Authority
CN
China
Prior art keywords
transport function
propagation time
accordance
determined
ultrasonic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201280031071.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103649691A (zh
Inventor
K·库德拉蒂
M·维辛格
S·内哈默
K·维特里扎尔
G·库宾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of CN103649691A publication Critical patent/CN103649691A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103649691B publication Critical patent/CN103649691B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/662—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F25/00—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume
    • G01F25/10—Testing or calibration of apparatus for measuring volume, volume flow or liquid level or for metering by volume of flowmeters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

在一种用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法中，由超声波信号穿过测量路段的传播时间确定流动速度和由此确定流体的流量。为了考虑超声波换能器的传递函数的变化，该传递函数的变化起测量参量漂移作用，至少近似地确定测量路段的传递函数并且借助于由所述传递函数的群传播时间所确定的修正值来修正至少一个超声波传播时间。

Description

用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法，其中，由超声波信号穿过测量路段的传播时间确定流动速度和由此确定流体的流量，其中，至少近似地确定测量路段的传递函数。
背景技术
用于基于传播时间方法测量体积流量和质量流量的超声波传感技术如今可以被视为建立好的高精度测量技术。这样的测量仪的可达到的精确度通过传递系统的影响来确定，在时不变系统的情况下，这些影响可以通过校准而消除。
在流量测量的应用中，对于超声波换能器的传递函数变化的原因可以是多样化的（如例如污染、空气湿度或材料的老化过程）。换能器的变化的传递函数起测量参量的漂移作用。
DE102005037458A1为此示出一种通过测量电气运行参量、如例如作用在超声波换能器上的电压来补偿该漂移的可能性。由此，由该信号导出如下的修正量，该修正量可以被考虑用于补偿超声波传感器的漂移。
发明内容
本发明的任务在于一种改善的方法，利用该方法考虑到所述漂移并且因此改善测量结果。
为了解决该任务，按照本发明规定，借助于由传递函数的群传播时间所确定的修正值来修正至少一个超声波传播时间。
以有利的方式在持续运行中定期确定所述修正值。
按照本发明的另一种实施变型方案规定，通过确定超声波换能器的电阻抗使所述传递函数趋近于至少三个频率点。
本发明的另一种变型方案的特征在于，所述传递函数由接收信号的FFT来确定。
备选于此地，所述传递函数可以由接收信号与发射信号的相关性的FFT来确定。
按照本发明可以规定，形成所述传递函数的理论模型并且借助于拟合方法来确定模型参数。
本发明的一种有利的实施变型方案规定，在各传感器之间的实际距离通过经修正的传播时间与由精确的温度测量所确定的声速的乘积来计算。
在此，特别符合目的的是，在持续运行中定期确定在各传感器之间的实际距离。
附图说明
在以下的说明中，示例性地并且参照附图应更详细地阐述本发明。
在此，图1示意性地示出超声波脉冲的传输路段，以及图2是由于超声波换能器的传递函数变化的传播时间误差的图示。
具体实施方式
根据图1可以示出测量路段连同以下组成部分：带通滤波器BP1（发射换能器）、空气路段以及带通滤波器BP2（接收换能器）。在此，发射信号的FFT标记为S0，经发射（经传输的）信号的FFT标记为ST，在空气路段之后在入射到接收换能器上之前的信号的FFT标记为SL以及（在滤波器BP2之后的）接收到的信号的FFT标记为SE。FFT是“快速傅里叶变换”（英语：FastFourierTransform）的缩写。FFT是一种用于有效率地计算离散傅里叶变换值的算法，其中，与直接进行计算相反，考虑之前计算出的中间结果并且这样精简算术运算。
已知用于确定传播时间的所可能被使用的不同方法，如例如触发方法、相位确定的利用或者相关性方法。在这些方法中确定平均的信号传播时间，该信号传播时间由各单个组成部分的总传递函数得出。
tmess=tLuft+tBP1+tBP2
在此，tmess是测量到的传播时间，tLuft是在空气路段中的声传播时间，tBP1是通过第一带通滤波器的信号传播时间（群传播时间）以及tBP2是第二滤波器的群传播时间。
流量测量的测量参量与空气路段L(ω)的传递函数的变化相对应，而所述两个带通滤波器的传递函数的可能的变化起干扰参量作用。
ST(ω)=S0(ω)BP1(ω)
SL(ω)=ST(ω)L(ω)=S0(ω)BP1(ω)L(ω)
SE(ω)=SL(ω)BP2(ω)=S0(ω)BP1(ω)L(ω)BP2(ω)
S E ( ω ) = S 0 ( ω ) | BP | 1 e jφ BP 1 | BP | 2 e jφ BP 2 | 1 | e jφ L
在此，BP1和BP2是所述两个带通滤波器的复传递函数，并且|BP1|、|BP2|是模以及Φ1和Φ2是相位。
对于该漂移的解释在于如图2中所示的所述两个带通滤波器的群传播时间的变化。如果通过校准来消除该漂移，则这在测量运行期间是不可能的，而仅在精确控制的环境条件下作为零点平衡是可能的。
Δt=tBP1+tBP2=tmess-tLuft,0,theoretisch
tLuft=tmess-Δt
在该方法中，通过比较测量到的传播时间（tmess）与无流动时理论的声传播时间（tLuft,0;theoretisch）来确定超声波传感器的群传播时间的当前值。在持续运行中，事后地从测量到的传播时间减去该修正因数并且因此确定在空气路段中的声传播时间（tLuft）。
利用按照本发明的方法可以在持续测量运行中定期进行零点补偿。此外，至少近似地确定测量路段的传递函数并且借助于由传递函数的群传播时间所确定的修正值来修正至少一个超声波传播时间。在此，可以在持续运行中定期确定该修正值。
对于传递函数的确定有多种可能性，其中，优选通过确定超声波换能器的电阻抗使传递函数趋近于至少三个频率点，但也可以由接收信号的FFT来确定或者可以由接收信号与发射信号的相关性的FFT来确定。必要时也可以形成传递函数的理论模型并且借助拟合方法确定模型参数。
从仪器方面，为了改善测量结果附加地规定，在各传感器之间的实际距离通过经修正的传播时间与由精确的温度测量所确定的声速的乘积来计算。在此，也可以在持续运行中定期确定在各传感器之间的实际距离。

Claims (8)

1.用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法，其中，由超声波信号穿过测量路段的传播时间确定流动速度和由此确定流体的流量，其中，至少近似地确定测量路段的传递函数，其特征在于，借助于由传递函数的群传播时间所确定的修正值来修正至少一个超声波传播时间。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在持续运行中定期确定所述修正值。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在各传感器之间的实际距离通过经修正的传播时间与由精确的温度测量所确定的声速的乘积来计算。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在持续运行中定期确定在各传感器之间的实际距离。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，通过确定超声波换能器的电阻抗使所述传递函数趋近于至少三个频率点。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传递函数由接收信号的FFT来确定。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传递函数由接收信号与发射信号的相关性的FFT来确定。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述传递函数的理论模型并且借助于拟合方法来确定模型参数。
CN201280031071.7A 2011-06-24 2012-06-19 用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法 Expired - Fee Related CN103649691B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA0930/2011 2011-06-24
ATA930/2011A AT509641B1 (de) 2011-06-24 2011-06-24 Verfahren zur ermittlung des durchflusses von fluiden nach dem ultraschalllaufzeitverfahren
PCT/EP2012/061703 WO2012175493A1 (de) 2011-06-24 2012-06-19 Verfahren zur ermittlung des durchflusses von fluiden nach dem ultraschalllaufzeitverfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103649691A CN103649691A (zh) 2014-03-19
CN103649691B true CN103649691B (zh) 2016-03-09

Family

ID=44740982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280031071.7A Expired - Fee Related CN103649691B (zh) 2011-06-24 2012-06-19 用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9354093B2 (zh)
EP (1) EP2724123B1 (zh)
JP (1) JP5914643B2 (zh)
KR (1) KR101602031B1 (zh)
CN (1) CN103649691B (zh)
AT (1) AT509641B1 (zh)
ES (1) ES2552953T3 (zh)
WO (1) WO2012175493A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT510675B1 (de) 2012-02-23 2013-04-15 Avl List Gmbh Verfahren zur Identifikation des Übertragungsverhaltens eines Systems, sowie Ultraschall-Laufzeit-Verfahren zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit in einem Medium
US10564016B2 (en) * 2017-12-06 2020-02-18 Honeywell International Inc. Ultrasonic transducers using adaptive multi-frequency hopping and coding
CN112964898B (zh) * 2021-02-07 2023-02-28 山东锋士信息技术有限公司 一种基于超声波静水传播距离和系统固有时间差的流速测量方法
CN113739877A (zh) * 2021-09-07 2021-12-03 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 一种液体流量计超声法在线校准装置及其校准方法
CN117029975B (zh) * 2023-10-09 2023-12-15 成都千嘉科技股份有限公司 一种超声波燃气表的多环境自适应方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4486862A (en) * 1981-08-24 1984-12-04 Commonwealth Of Australia Determination of system response
CN1795369A (zh) * 2003-03-26 2006-06-28 迅捷公司 流量传感器信号转换
DE102005037458A1 (de) * 2005-08-09 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Ultraschall-Strömungssensor mit Driftkompensation
CN101636641A (zh) * 2006-12-07 2010-01-27 Mks仪器公司 用于质量流量控制器的控制器增益调度

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4445389A (en) * 1981-09-10 1984-05-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce Long wavelength acoustic flowmeter
JPH0739964B2 (ja) 1987-10-08 1995-05-01 株式会社トキメック 超音波流量計
GB8813640D0 (en) * 1988-06-09 1988-07-13 Gill M J Speed measurement device
US5146414A (en) 1990-04-18 1992-09-08 Interflo Medical, Inc. Method and apparatus for continuously measuring volumetric flow
US6390999B1 (en) * 1996-06-28 2002-05-21 Rocky Mountain Research, Inc. Method and apparatus for flow measurement with temperature and density compensation
JP3799807B2 (ja) 1998-02-27 2006-07-19 株式会社島津製作所 分光光度計
DE19815199A1 (de) * 1998-04-04 1999-10-14 Fraunhofer Ges Forschung Ultraschall-Durchflußmesser nach dem Laufzeitkorrelationsverfahren
RU2250438C9 (ru) * 1998-06-26 2005-08-27 Сидрэ Копэрейшн Устройство измерения параметров текучих сред в трубе и способ его осуществления
US6539316B1 (en) * 2000-01-06 2003-03-25 Data Sciences International, Inc. Phase detector
US6595071B1 (en) * 2000-01-06 2003-07-22 Transoma Medical, Inc. Estimation of error angle in ultrasound flow measurement
US6601458B1 (en) 2000-03-07 2003-08-05 Weatherford/Lamb, Inc. Distributed sound speed measurements for multiphase flow measurement
WO2004015377A2 (en) * 2002-08-08 2004-02-19 Cidra Corporation Apparatus and method for measuring multi-phase flows in pulp and paper industry applications
US7423931B2 (en) * 2003-07-08 2008-09-09 Lawrence Livermore National Security, Llc Acoustic system for communication in pipelines
AT6511U3 (de) * 2003-07-16 2004-09-27 Avl List Gmbh Ultraschall-gasdurchflusssensor sowie vorrichtung zur messung von abgas-strömungen von verbrennungskraftmaschinen sowie ein verfahren zur ermittlung des durchflusses von gasen
JP4646107B2 (ja) 2004-06-09 2011-03-09 リコーエレメックス株式会社 超音波流量計
US7124621B2 (en) 2004-07-21 2006-10-24 Horiba Instruments, Inc. Acoustic flowmeter calibration method
JP2006184036A (ja) * 2004-12-27 2006-07-13 Nissan Motor Co Ltd 超音波式流体計測方法および装置
WO2007009478A1 (de) * 2005-07-21 2007-01-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Messeinrichtung zum medienunabhängigen messen einer strömungsgeschwindigkeit eines mediums
EP1982169B1 (en) * 2006-01-11 2012-11-07 Expro Meters, Inc. Apparatus and method for measuring parameters of a multiphase fluid flow
JP5247056B2 (ja) * 2006-04-03 2013-07-24 三菱電機株式会社 伝搬遅延時間測定装置およびレーダ装置
US7624650B2 (en) * 2006-07-27 2009-12-01 Expro Meters, Inc. Apparatus and method for attenuating acoustic waves propagating within a pipe wall
JP5111847B2 (ja) * 2006-12-28 2013-01-09 リコーエレメックス株式会社 超音波流量計
US7984637B2 (en) 2007-07-06 2011-07-26 General Electric Company System and method for field calibration of flow meters
HUP0700785A2 (en) * 2007-12-05 2009-06-29 Thormed Kft Method and apparatus for determining the flow parameters of a streaming medium
DE102008027489B4 (de) * 2008-06-10 2010-08-19 Krohne Ag Akustisches Durchflußmeßgerät
DE102009045620A1 (de) * 2009-10-13 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Ultraschallströmungssensor zur Erfassung einer Strömung eines fluiden Mediums
EP2581715A1 (en) * 2011-10-13 2013-04-17 Miitors ApS Ultrasonic flow meter

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4486862A (en) * 1981-08-24 1984-12-04 Commonwealth Of Australia Determination of system response
CN1795369A (zh) * 2003-03-26 2006-06-28 迅捷公司 流量传感器信号转换
DE102005037458A1 (de) * 2005-08-09 2007-02-15 Robert Bosch Gmbh Ultraschall-Strömungssensor mit Driftkompensation
CN101636641A (zh) * 2006-12-07 2010-01-27 Mks仪器公司 用于质量流量控制器的控制器增益调度

Also Published As

Publication number Publication date
US9354093B2 (en) 2016-05-31
AT509641A3 (de) 2012-05-15
CN103649691A (zh) 2014-03-19
ES2552953T3 (es) 2015-12-03
AT509641A2 (de) 2011-10-15
US20140216166A1 (en) 2014-08-07
AT509641B1 (de) 2012-08-15
WO2012175493A1 (de) 2012-12-27
EP2724123B1 (de) 2015-08-12
EP2724123A1 (de) 2014-04-30
KR101602031B1 (ko) 2016-03-17
JP2014516162A (ja) 2014-07-07
KR20140012761A (ko) 2014-02-03
JP5914643B2 (ja) 2016-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7152490B1 (en) Methods for determining transducer delay time and transducer separation in ultrasonic flow meters
EP2203721B1 (en) A method and system for detecting deposit buildup within an ultrasonic flow meter
CN103649691B (zh) 用于按照超声波传播时间方法确定流体的流量的方法
US20100011882A1 (en) Method for operating a vibratory measuring instrument, and corresponding instrument
EP2350575B1 (en) Viscous fluid flow measurement using a differential pressure measurement and a sonar measured velocity
EP2926096B1 (en) Vibrating type flow meter, meter electronics and flow metering method with detection of fluid tube cross-sectional area changes by determining tube stiffness by the help of a lateral vibration mode
JP2011179940A (ja) 超音波流量計
US20210003436A1 (en) Time-of-flight generating circuit and chip, flow meter and method of the same
CN103808381A (zh) 一种时差式超声波流量计的温度影响消除方法
US20150377673A1 (en) Coriolis flow meter and method of measuring mass flow rate
US10677624B2 (en) Techniques to determine a fluid flow characteristic in a channelizing process flowstream, by bifurcating the flowstream or inducing a standing wave therein
CN114878018A (zh) 校准超声测量的装置的方法、测量介质温度的方法和装置
CN103884642A (zh) 用于确定多相流体流的相组分的方法和装置
JPH11351928A (ja) 流量計および流量計測方法
EP3726186A1 (en) Signal processing circuit, and related chips, flow meters and methods
EP3719451B1 (en) Signal processing circuit, and related chip, flowmeter and method
CN100593761C (zh) 超声计量系统以及用于检测波形中的峰值选择误差的方法
CN104713607A (zh) 在科氏流量计中在信号线路中的信号渡越时间的测定方法
JP2006308318A (ja) 超音波検査装置および超音波検査方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160309

Termination date: 20190619

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee