CN104154962B - 一种大口径超声流量计时间差校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大口径超声流量计时间差校准装置，其与一待测超声流量计连接，用于对待测流量计的校准，该时间差校准装置位于待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间，所述第一换能器和第二换能器位于液体槽中，所述时间差校准装置在待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间产生延迟。本发明的时间差校准装置即可满足大口径超声流量计时间差实验室模拟校准的任务，该方法对厂家的技术开放程度要求最低，通用化更强。

Description

一种大口径超声流量计时间差校准装置

技术领域

本发明涉及一种校准装置，尤其是涉及一种大口径超声流量计时间差校准装置。

背景技术

大口径超声流量计作为现当今工业领域广泛应用的贸易结算主要仪表之一，其测量精度的高低会直接影响贸易结算双方的利益关系。目前，流量计生产厂家对于各自的超声流量计设计工艺和积分算法存在技术的不共享性，而且国内没有统一的超声流量计技术设计规范和高精度的大口径、超大口径超声流量计检定装置，导致了大口径超声流量计计量检定无法合理有效的进行。

超声流量计的检测方法包括实流标定和非实流标定。实流标定是目前较为广泛应用的检测方法，通过流量标准装置完成被检超声流量计主要技术参数的检测，从而评定该超声流量计的准确度；但目前现有的实流标准装置测量流量计的最大管径为3.8m，而且受限于流量装置的测量范围和安装条件；另外，还需要流量计企业承担较大检测成本。

非实流校准是近年来发展起来的一项超声流量计检测技术，可以实现对影响流量测量准确性的多个物理参数进行检测，现有技术中，“双通道法超声流量计时间差检测装置(CN 102288265A)”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，对流量计的流速示值进行检测。但是，该装置在使用过程中存在一些局限性：1)超声换能器位置调节不方便，超声换能器安装到滑轨两端后，需要不断调节每一对换能器高低及左右位置，尽量保证换能器中心在一条直线上，实际调节过程实现比较困难；2)静水水域温度分布平衡较慢，声速在水域中传播时，易受水域温度影响，而且试验检测过程中需要将检测装置移出静水水域，更换超声换能器从新调整，破坏了静水温场，从而造成声速测量不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现简单、便利地对用于大口径管道的待测流量计进行检定的时间差校准装置。

本发明的时间差校准装置，其与一待测超声流量计连接，用于对待测流量计的校准，其特征在于：该时间差校准装置位于待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间，所述第一换能器和第二换能器位于液体槽中，所述时间差校准装置在待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间产生延迟，所述时间差校准装置包括延时线模块，正/逆向判断模块，以及控制部分，所述时间差校准装置还包括第一信号通道和第二信号通道；所述延时线模块位于测试线路中，所述延时线模块安装到超声换能器发射端前或者接收端后的连接线缆上；该时间差校准装置连接到超声流量计系统的外接线缆上，所述待测超声流量计具有正/逆向信号识别端口，通过该端口向时间差校准装置的正/逆向判断模块提供信号，所述正/逆向判断模块根据获得的信号进行正向或逆向的判断，时间差校准装置根据正/逆向判断模块的判断结果，自动对第一信号通道或第二信号通道进行延时选择。

其中，所述第一换能器和第二换能器具有发射和接收超声信号功能。

其中，所述控制部分具有控制指示部分和连接端口。

其中，所述连接端口包括至少一个信号接入端和至少一个信号输出端。

其中，所述时间差校准装置还包括可向高准确度的时间标准器溯源的接口，所述时间标准器用于进行时间校准。

其中，所述第一信号通道与第二信号通道中的信号传输路径不同。

其中，所述液体槽中的液体为静止状态。

本发明的时间差校准装置即可满足大口径超声流量计时间差实验室模拟校准的任务，需要流量计厂家为该时间差校准装置提供信号顺逆流传播判断接口，在现行的非实流校准方法中，该方法对厂家的技术开放程度要求最低，通用化更强。

附图说明

图1时间差校准装置对待测流量计的检定示意图；

图2时间差校准装置的结构示意图；

图3延时校准示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。

时差法超声波流量计是针对管道流体中，流体流速可影响声速传播的特点，分别测量声波在流体介质中的顺流传播时间t_dn和逆流传播时间t_up，并通过两者的差值，计算得出流体流动的速度和流量。

图1所示时间差校准装置对待测流量计的检定示意图，第一换能器1具有发射和接收超声信号功能，第二换能器2也具有发射和接收超声信号功能，所述第一换能器1、第二换能器2与流量计主机3相连接，在对待测流量计进行检定时，所述时间差校准装置4可位于第一换能器1与流量计主机3之间，或者所述时间差校准装置4可位于第二换能器2与流量计主机3之间。对待测流量计进行校准时，将待测流量计的第一换能器1和第二换能器2分别在液体槽5中固定安装且处于正常发射、接受状态，所述液体槽5装有待测流量计的测量介质或其他可替代的液体介质，该液体基本保持静止，通过在测试线路中加入延时线模块，延时线模块可以产生稳定的时间延时，所述延时线模块属于时间差校准装置4的一部分，假如通过延时线模块为待测流量计的第一换能器1发射到第二换能器2的第一信号通道中加入时间延迟，而从第二换能器2发射到第一换能器1之间的第二信号通道没有加入时间延迟，通过时间差校准装置提供的延时时间与待测流量计主机的数据进行比较，实现对待测流量计的校准。

本发明的时间差校准装置的基本原理为非实流校准条件下，利用延时线模拟受流体流速影响的超声顺流和逆流的传播时间差，由已知的延时线传播时间实现超声流量计的流速校准任务，如图2所示，所述时间差校准装置4包括延时线模块6，正/逆向判断模块7，以及控制部分。

所述延时线模块6优选采用不同距离的同轴线缆实现延时，该延时优选为0～200us延时，该延时范围为理论计算得到的目前超声流量计时间差测量范围。在所述的0～200us延时范围内，该延时可以是由一根同轴线缆实现，也可以是由不等距的同轴线缆和固定短接线缆组合而得以实现，其中，时间模拟所使用的线缆为符合国际标准的同轴线缆，针对不同的流量计，可根据需要选择线缆规格，多个不等距的同轴线缆也可组合连接用以形成不同的延时时间。优选延时量调节分为六个档位：0～9ns步进1ns；10～90ns步进10ns；100～900ns步进100ns；1～9us步进1us；10～90us步进10us；100～200us步进100us；各档位可串联连接，以实现不同的延时时间，但需要大量的不同长度的线缆进行组合。

溯源是实现时间差校准装置合理使用的基础，对于该装置的溯源主要是通过高等级的时间标准器去校准不同距离的物理线缆的传播时间，优选该时间标准器为Fluke6681R。如图3所示，同轴线缆校准由函数发生器提供脉冲发射信号，经过三通接口后，分别沿常规线缆L1和同轴延时线缆L3、常规线缆L2到达Fluke6681R的A、B接收端口，其中常规线缆L1和L2为同型号线缆且连接长度相等，调节Fluke 6681R至TimeA-B(时间间隔测量模式)，实现对在同轴线缆上信号传播时间的校准，将校准后的延时线模块安装到超声换能器发射端前(或者接收端后)的连接线缆上，超声的激励信号(或超声波信号)通过不同距离的同轴电缆会产生不同的传播时间，用于流量计的时间差校准。

所述正/逆向判断模块7是时间差校准装置控制的主要识别模块，用于判断从主机发出的是正向信号还是逆向信号，假设从主机发为正向信号沿第一信号通道传输，也就是说，该正向信号从主机传出，经过时间差校准装置，从时间差校准装置到达第一换能器1，第一换能器1发射的正向信号经过液体槽5中的液体传输后，被第二换能器2所接收，再由第二换能器2将所述正向信号发送到主机，优选该正向信号为高电平信号；相应的，从主机发为逆向信号沿第二信号通道传输，也就是说，该逆向信号从主机传出到达第二换能器2，第二换能器2发射的逆向信号经过液体槽5中的液体传输后，被第一换能器1所接收，第一换能器1将接收到的信号发送向时间差校准装置4，该逆向信号再从时间差校准装置4发送到主机，优选该逆向信号为低电平信号。由于第一换能器1与第二换能器2在结构上是相同的，为了区别采用第一、第二进行描述，相应的上面对正向与逆向的定义只是为了便于说明和理解，并不作为对其具体的限定，也可将第一信号通道中的信号定义为正向信号，第二信号通道中的信号定义为逆向信号。所述时间差校准装置能够自动识别正逆向信号，优选该时间差校准装置连接到超声流量计系统的外接线缆上，通常流量计可提供一个正/逆向信号识别端口，通过该端口向时间差校准装置的正/逆向判断模块7提供信号，所述正/逆向判断模块7根据获得的信号进行正向或逆向的判断，时间差校准装置根据正/逆向判断模块7的判断结果，自动对第一信号通道或第二信号通道进行延时选择，可将正向信号经延时线路传输，逆向信号经非延时线路传输，在正向信号的传输通道中引入延时线缆，所述延时线缆为一条同轴线缆，或多条同轴线缆，或者是至少一条同轴线缆与至少一条常规线缆的组合，而在逆向信号传输的非延时线路中，不引入常规线缆或者引入至少一条常规线缆，如果在非延时线路中存在一条常规线缆，则相应的在延时线路中也至少存在一条相同规格和参数的常规线缆，从而延时模块对于延时线路或非延时线路引入了不同的时间延迟，也就是说，在第一信号通道中加入延迟，而第二信号通道中不加入延迟；或者将正向信号经非延时线路传输，逆向信号经延时线路传输，也就是说，在第二信号通道中加入延迟，而第一信号通道中不加入延迟。

所述时间差校准装置的控制部分包括分别为控制指示部分10和连接端口。其中，控制指示部分包含0～200us的调节、延时模式选择和指示灯显示。通过0～200us的调节的控制可以在第一信号通道或第二信号通道中引入不同的延时长度。根据对延时模式选择的控制，可以实现手动延时调节或计算机的自动控制延时调节，通过手动延时调节可以对第一信号通道和第二信号通道均采用不延时或均采用延时进行校准，或者在第一信号通道和第二信号通道中的一者中采用延时，另一者不采用延时；当然也可采用自动模式，由计算机具体控制第一信号通道和第二信号通道是否采用延时。指示灯显示，用于对各种运行状态进行之时。其中，连接端口包含了至少一个输入端口8和至少一个输出端口9，在一个端口中可具体包括多路信号通道用于信号的传输，也可以采用多个输入端口和输出端口的方式，在每个输入、输出端口中只包括一路信号通道用于信号的传输，所述控制部分还包括流量计正逆程选择判断信号SW和接地信号GND。

在进行校准时，时间差校准装置包含正向延时和逆向延时两种状态，根据流量计主机来选择正向延时(或不延时)，而逆向相应选择不延时(或者延时)，当在第一信号通道中引入延迟，而在第二信号通道中并不引入信号延迟时，流量计主机根据第一信号通道和第二信号通道中的信号传输计算出传输时间，根据两个信号通道中传输时间计算出传输时间差，可以用于实现超声流量计流速的计算，并且根据待测流量计测得的时间差与实际通过延时流量计主机计算正逆向信号传播的时间差，实现对待测超声流量计的标定。本发明中的检定是利用校准过的时间差校准装置对超声流量计的时间差测量进行校准，进而评定流量计的测量不确定度，提高了检定准确性和效率。

本发明的时间差校准装置，主要包括了延时线模块和信号正向/逆向判断模块。在流量计单元提供超声信号正向/逆向判断接口的前提下，将该装置连接于超声流量计检测系统中，调节延时大小，实现时间差校准任务。

本发明的时间差校准装置可满足大口径超声流量计时间差实验室校准的任务，仅需要流量计厂家为该时间差校准装置提供超声信号正/逆向传播判断接口，在现行的非实流校准方法中，该方法对厂家技术开放程度要求最低，通用性强。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种大口径超声流量计时间差校准装置，其与一待测超声流量计连接，用于对待测流量计的校准，其特征在于：该时间差校准装置位于待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间，所述第一换能器和第二换能器位于液体槽中，所述时间差校准装置在待测超声流量计的主机与第一换能器或第二换能器之间产生延迟，所述时间差校准装置包括延时线模块，正/逆向判断模块，以及控制部分，所述时间差校准装置还包括第一信号通道和第二信号通道；所述延时线模块位于测试线路中，所述延时线模块安装到超声换能器发射端前或者接收端后的连接线缆上；该时间差校准装置连接到超声流量计系统的外接线缆上，所述待测超声流量计具有正/逆向信号识别端口，通过该端口向时间差校准装置的正/逆向判断模块提供信号，所述正/逆向判断模块根据获得的信号进行正向或逆向的判断，时间差校准装置根据正/逆向判断模块的判断结果，自动对第一信号通道或第二信号通道进行延时选择。

2.如权利要求1所述时间差校准装置，其特征在于：所述第一换能器和第二换能器具有发射和接收超声信号功能。

3.如权利要求2所述时间差校准装置，其特征在于：所述控制部分具有控制指示部分和连接端口。

4.如权利要求3所述时间差校准装置，其特征在于：所述连接端口包括至少一个信号接入端和至少一个信号输出端。

5.如权利要求4所述时间差校准装置，其特征在于：所述时间差校准装置还包括可向高准确度的时间标准器溯源的接口，所述时间标准器用于进行时间校准。

6.如权利要求1所述时间差校准装置，其特征在于：所述第一信号通道与第二信号通道中的信号传输路径不同。

7.如权利要求1所述时间差校准装置，其特征在于：所述液体槽中的液体为静止状态。