CN108195436B - 带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置及方法 - Google Patents

带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种插入式气体超声波流量计测量装置及校准方法。此测量装置包含信号转换器、测量通道、比对通道。在现有气体管段或烟囱安装插入式超声波流量计时，测量换能器之间实际距离无法精确得知。本发明采用了一种利用比对通道测量气体声速去校准测量通道换能器之间实际距离的方法。比对通道上安装有一对换能器，其参数包括换能器之间距离、频率、延时等在厂内可精确测量，所以比对通道能准确测量出气体声速。比对通道采用单端插入式，可在管段上增开一个安装孔或利用测量通道安装孔测量管段内气体声速，利用同一气体同一时刻声速相同，去校准测量通道换能器之间的实际距离，从而提高流量计的精度。

Description

带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种应用气体超声波流量计测量方法及装置，尤其涉及一种带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置及方法。
背景技术
超声波流量计有着精度高、可双向测量、量程比宽、无阻流部件等优点，近年来得到广泛的应用。在某些流量测量场所，需要在安装好的管段处进行流速或流量的监控与测量。传统的流量计安装困难、成本高，大多数采用测量点流速代替面流速的方法，测量精度低。
另一方面，随着环境保护意识提高。国家提出了节能减排政策并制定HJ/T75-2015、HJ/T76-2015一些列烟气排放连续监测要求与技术规范。其中对烟气流速的监控要求提高，导致传统皮托管测量烟气方法不能满足精度要求。
插入式超声波流量计可在现有被测气体管段上根据通道分布安装一对或多对超声波换能器，利用超声波沿气流顺向和逆向传播的时间差计算出每通道上的线流速流速及流量。假设两换能器间的超声传播距离为L，超声传播方向与轴线之间的夹角为θ，超声波在静态气体中的声速为c0，则当管道内被测气体流速为u时，超声波沿气流顺向传播和逆向传播的声速c1、c2分别为：c1＝L/(t1-τ1)＝c0+ucosθ
，c2＝L/(t2-τ2)＝c0-ucosθ
声速差：Δc＝c1-c2＝L/(t1-τ1)-L/(t2-τ2)＝2u cosθ，即可获得每个声道的流速：
上式即为速差法流量测量的基本原理表达式。式中，t1、t2分别为超声波顺向传播和逆向传播时的声时，τ1、τ2分别为超声波顺向传播和逆向传播时电路、电缆及换能器等产生的声延时。由于是在现有被测气体管段上安装换能器，角度可通过换能器外端与管段测出，但两换能器之间的距离L无法精确测量，本发明采用声速比对的方法，采用比对通道上插入的一对已知间距的换能器探头测出气体声速，通过在比对通道上测量出被测气体声速和测量通道上测得的声时信息校准流量测量通道上换能器之间的距离L。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置及方法，其中，具体技术方案为：
包括信号转换器、测量通道、比对通道，所述测量通道和比对通道安装在被测气体管段上；在测量管段上开孔，将测量通道换能器和比对通道换能器的安装座焊接或加固到测量管段上，换能器探头装入换能器安装孔；插入式超声波流量计配置比对通道，并与信号转换器进行连接；安装信号转换器，测量通道与信号转换器之间连线，比对通道与信号转换器之间连线；信号转换器发出驱动信号，激发换能器发出超声波，测量通道为双端插入式，安装于被测气体管段或烟囱两侧，比对通道为单端插入式(两对已知测量距离的换能器探头安装在同一根测量杆上)，安装于被测气体管段靠近测量通道。
一种应用带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置的测量方法：
步骤一：给插入式超声波流量计配置比对通道，测量出比对通道的所有参数，并与信号转换器进行连接调试；
步骤二：根据已定的流场分布线位置图在测量管段上进行划线，利用相关的安装工装确定开孔的位置以及角度，之后将测量通道换能器和比对通道换能器安装座焊接或加固到测量管段上，安装测量通道和比对通道；
步骤三：安装信号转换器，连接测量通道与信号转换器之间连线，连接比对通道与信号转换器之间连线，上电，开启比对通道校准功能；
步骤四：信号转换器发出驱动信号，激发换能器发出超声波，对比通道测量出被测气体的声速，收集一段时间数据进行滤波平均处理后，以对比通道声速为基准，结合测量通道超声波传播时间，反推出测量通道各通道换能器之间实际距离，
步骤五：当各测量通道声速符合要求时，自动开始气体流速或流量计量。通过液晶显示或通过通讯口传送各类数据。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：采用声速比对的方法，采用比对通道测出气体声速，通过声速校准测量通道换能器之间的距离L。
附图说明
图1插入式超声波流量计安装示意图；
图2测量通道与比对通道示意图；
图3比对通道结构图。
图中：
1信号转换器 2测量通道 3比对通道 4气体管段 5换能器
具体实施方式
本发明针对现有被测气体管段或烟囱流量测量，提出了一种带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置和方法
一种插入式气体超声波流量计测量装置，包括信号转换器1、测量通道2、比对通道3。在气体管段4上安装有测量通道2和比对通道3，利用比对通道3测量被测气体的声速去校准测量通道2、换能器5之间实际距离并进行实时诊断。
测量通道2为双端插入式，安装于被测气体管段或烟囱两侧，依据已定的流场分布线位置图在测量管段上进行划线，利用相关的安装工装确定开孔的位置以及角度，之后将换能器5安装座焊接或加固到测量管段上。最后将换能器探头装入换能器安装孔，并可靠固定和密封。
比对通道3为单端插入式，安装于被测气体管段靠近测量通道2，可长时间插入测量比对，用换能器探头在管段上进行实时诊断,也可定期或不定期的插入测量比对，用换能器探头进行测量状态的诊断。
插入式超声波流量计配置比对通道3，利用比对通道3测量气体声速以校准测量通道2换能器5之间实际距离，提高流量计精度。其步骤包括：
步骤一：给插入式超声波流量计配置比对通道3，测量出比对通道3的所有参数，并与信号转换器1进行连接调试。
步骤二：根据已定的流场分布线位置图在测量管段上进行划线，利用相关的安装工装确定开孔的位置以及角度，之后将测量通道换能器和比对通道换能器安装座焊接或加固到测量管段上，安装测量通道2和比对通道3。
步骤三：安装信号转换器1，该转换器可接收三路换能器信号，连接两路测量通道与2信号转换器1之间连线，连接一路比对通道3与信号转换器1之间连线，上电，开启比对通,3校准功能。
步骤四：信号转换器1发出驱动信号，激发换能器5发出超声波。对比通道3测量出气体声速，收集一段时间数据进行滤波平均处理后，以对比通道3声速为基准，结合测量通道超声波传播时间，根据公式推出测量通道2各通道换能器5之间实际距离L。
步骤五：当各测量通道2声速符合要求时，自动开始气体流速或流量计量。通过液晶显示或通过通讯口传送各类数据。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置，其特征在于：包括测量通道、比对通道，所述测量通道和比对通道设置在气体管段上；
在测量通道、比对通道的测量管段上开孔，将测量通道换能器和比对通道换能器的安装座焊接或加固到测量管段上，换能器探头装入换能器安装孔；
还包括信号转换器，测量通道上的换能器与信号转换器之间连线，比对通道上的换能器与信号转换器之间连线；
比对通道配置插入式超声波流量计，并与信号转换器进行连接；信号转换器发出驱动信号，激发换能器发出超声波；
测量通道为双端插入式，安装于气体管段或烟囱两侧，比对通道为单端插入式，安装于气体管段靠近测量通道；
以对比通道声速为基准，结合测量通道超声波传播时间，根据公式：
推出测量通道各通道换能器之间实际距离；
其中t1为测量通道顺向声时，t2为测量通道逆向声时，C0为比对通道测量出的气体声速。
2.一种应用如权利要求1中任一项所述的带自校准功能的插入式气体超声波流量计测量装置的测量方法，其特征在于：
步骤一：给插入式超声波流量计配置比对通道，测量出比对通道的所有参数，并与信号转换器进行连接调试；
步骤二：根据已定的流场分布线位置图在测量管段上进行划线，利用相关的安装工装确定开孔的位置以及角度，之后将测量通道换能器和比对通道换能器安装座焊接或加固到测量管段上，安装测量通道和比对通道；
步骤三：安装信号转换器，连接测量通道与信号转换器之间连线，连接比对通道与信号转换器之间连线，上电，开启比对通道校准功能；
步骤四：信号转换器发出驱动信号，激发换能器发出超声波，对比通道测量出气体声速，收集一段时间数据进行滤波平均处理后，以对比通道声速为基准，结合测量通道超声波传播时间，反推出测量通道各通道换能器之间实际距离，步骤五：当各测量通道声速符合要求时，自动开始气体流速或流量计量，通过液晶显示或通过通讯口传送各类数据。
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