CN109506728A - 一种超声流量计装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种超声流量计装置，所述装置包括：第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器和中空管；中空管开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；第一换能器与所述第一通孔相配合，第二换能器与所述第二通孔相配合，第一换能器发出的超声波在中空管经反射后被第二换能器接收，第一换能器与第二换能器的连线位于第一平面；第三换能器与第三通孔相配合，第四换能器与第四通孔相配合，第三换能器发出的超声波可穿过中空管的内部直接被所述第四换能器接收；第三换能器与第四换能器的连线位于第二平面；第一平面与第二平面成第一预设角度。可以提高整体检测的信噪比，使超声波飞行时间检测相对误差减少。

Description

一种超声流量计装置

技术领域

本申请涉及超声波领域，具体而言，涉及一种超声流量计装置。

背景技术

气体超声波流量计是一种利用超声声学原理工作的新型流量测量仪表，与传统的流量计相比，气体超声波流量计具有运行稳定、易于安装、计量准确可靠、非接触测量、量程比宽、无压力损失、节约能源等特点，是一种比较理想的节能型流量计，在大管径流量测量方面也有优越性。

气体超声流量计的作用是精确、无损地计量气体地流量。随着技术的进步，气体超声流量计已广泛应用于石油化工行业监测气体流量。市场上常用的流量计有单声道、双声道、四声道几种，近年来还出现了三声道、五声道和六声道流量计。市场上三声道流量计通常采用单反射和双反射技术，四声道采用直射技术，五声道采用单反射和双反射组合的布置方式。其中直射式声道声程较短，信噪比较高，能够获得强度较高的超声信号；而双反射声道声程增加为原先的两倍，这样对超声飞行时间的测量相对误差较小，能够保证流量的测量精度，但超声信号在流量计壳体上经过两次反射后，信号会发生衰减。信噪比较低以及信号较弱都会降低气体超声流量计计量精度，而计量精度是气体超声流量计非常重要的性能指标，若计量不准确会对石油化工业造成很大的经济损失。

申请内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种超声流量计装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种超声流量计装置，所述装置包括：第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器和中空管；所述中空管开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；所述第一换能器与所述第一通孔相配合，所述第二换能器与所述第二通孔相配合，所述第一换能器发出的超声波在所述中空管经反射后被所述第二换能器接收，所述第一换能器与所述第二换能器的连线位于第一平面；所述第三换能器与所述第三通孔相配合，所述第四换能器与所述第四通孔相配合，所述第三换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第四换能器接收；所述第三换能器与所述第四换能器的连线位于第二平面；所述第一平面与第二平面成第一预设角度。

第三换能器和第四换能器为直射型的声道布置方式，可以获得强度较高的超声信号，这样有助于提高整体检测的信噪比；第一换能器和第二换能器为单反射型的声道布置方式，可以有效地增大超声波声程，使得超声波飞行时间检测的相对误差更小，有助于提高气体流量计的检测精度。该方案综合了直射型在信噪比和单反射型在检测相对误差方面的优势。所述第一换能器与所述第二换能器的连线位于第一平面与所述第三换能器与所述第四换能器的连线位于第二平面成第一预设角度，第一预设角度为垂直90度，可以有效地提升中整体的检测精度和稳定性。同时单反射声道亦可根据信号强度的大小，检测管道底部是否有积水、污垢或内表面破损等问题。计量精度的提高可减少计量气体不准确所带来的经济损失。

在一个可能的设计中，还包括：第五换能器和第六换能器，所述中空管还开设有第五通孔、第六通孔，所述第五换能器与所述第五通孔相配合，所述第六换能器与所述第六通孔相配合，所述第五换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第六换能器接收，所述第五换能器与所述第六换能器的连线位于第三平面。

与第五通孔和第六通孔分别配合的第五换能器和第六换能器所发射与接收的为直射声道，由于又加入了一条直射声道可以尽可能大的覆盖整个监测区域，这样就可以根据不同声道位置处的流速分布，在后期通过系数修正和加权平均的方法降低管道内非均匀流场对检测一致性带来的影响。

在一个可能的设计中，还包括：第七换能器和第八换能器，所述中空管还开设有第七通孔、第八通孔，所述第七换能器与所述第七通孔相配合，所述第八换能器与所述第八通孔相配合，所述第七换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第七换能器接收，所述第七换能器与所述第八换能器的连线位于第四平面。

与第七通孔和第八通孔分别配合的第七换能器和第八换能器所发射与接收的为直射声道，由于又加入了一条直射声道可以尽可能大的覆盖整个监测区域，这样就可以根据不同声道位置处的流速分布，在后期通过系数修正和加权平均的方法降低管道内非均匀流场对检测一致性带来的影响。

在一个可能的设计中，还包括：第九换能器和第十换能器，所述中空管还开设有第九通孔、第十通孔，所述第九换能器与所述第九通孔相配合，所述第十换能器与所述第十通孔相配合，所述第九换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第十换能器接收，所述第九换能器与所述第十换能器的连线位于第五平面。

与第九通孔和第十通孔分别配合的第九换能器和第十换能器所发射与接收的为直射声道，由于又加入了一条直射声道可以尽可能大的覆盖整个监测区域，这样就可以根据不同声道位置处的流速分布，在后期通过系数修正和加权平均的方法降低管道内非均匀流场对检测一致性带来的影响。

在一个可能的设计中，所述第二平面、第三平面、第四平面、第五平面将所述中空管的截面水平五等分。

由各换能器分别组成的平面将气流等截面五等分，这样就尽可能大地覆盖整个检测区域，这就可以根据不同声道位置处的流速分布，在后期通过系数修正和加权平均的方法降低管道内非均匀流场对检测一致性带来的影响。

在一个可能的设计中，所述第三换能器和所述第四换能器的连线与所述第五换能器和第六换能器的连线平行。

第三换能器和所述第四换能器的连线与所述第五换能器和第六换能器的连线平行，所以第三换能器和第四换能器的连线所在的面与第五换能器和第六换能器的连线所在的面平行。

在一个可能的设计中，所述第七换能器和所述第八换能器的连线与所述第九换能器和第十换能器的连线平行。

第七换能器和所述第八换能器的连线与所述第九换能器和第十换能器的连线平行，所以第七换能器和第八换能器的连线所在的面与第九换能器和第十换能器的连线所在的面平行。

在一个可能的设计中，所述第三换能器和第四换能器的连线与所述中空管的轴线呈第二预设角度。

第三换能器和第四换能器的连线为换能器发射的直射声道，与中空管的轴线呈第二预设角度可以测量该换能器所在的截面的流速。

在一个可能的设计中，所述第二预设角度为45°。

第二预设角度为45度可以更好的测量换能器所在截面的流速。

在一个可能的设计中，所述第一换能器和第二换能器的连线与所述中空管的轴线呈第三预设角度。

第一换能器和第二换能器的连线与所述中空管的轴线呈第三预设角度可以有效地增大超声波声程，使得超声波飞行时间检测的相对误差更小，有助于提高气体流量计的检测精度。

本发明实施例提供了一种超声流量计装置，该装置综合了直射型在信噪比和单反射型在检测相对误差方面的优势，因而可以有效地提升中整体的检测精度和稳定性。同时单反射声道亦可根据信号强度的大小，检测管道底部是否有积水、污垢或内表面破损等问题。计量精度的提高可减少计量气体不准确所带来的经济损失。

为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请第一实施例提供的超声流量计装置的示意图；

图2是本申请第二实施例提供的超声流量计装置的示意图；

图3是本申请第二实施例提供的超声流量计装置的示意图；

图4是本申请第二实施例提供的超声流量计装置的示意图。

图标：10-超声流量计装置；100-中空管；110-第一换能器；120-第二换能器；130-第三换能器；140-第四换能器；150-第五换能器；160-第六换能器；170-第七换能器；180-第八换能器；190-第九换能器；200-第十换能器。

具体实施方式

第一实施例

请参见图1，图1示出了本申请第一实施例提供的超声流量计装置10的示意图，具体包括如下装置：

第一换能器110、第二换能器120、第三换能器130、第四换能器140和中空管100；所述中空管100开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；所述第一换能器110与所述第一通孔相配合，所述第二换能器120与所述第二通孔相配合，所述第一换能器110发出的超声波在所述中空管100经反射后被所述第二换能器120接收，所述第一换能器110与所述第二换能器120的连线位于第一平面；所述第三换能器130与所述第三通孔相配合，所述第四换能器140与所述第四通孔相配合，所述第三换能器130发出的超声波可穿过所述中空管100的内部直接被所述第四换能器140接收；所述第三换能器130与所述第四换能器140的连线位于第二平面；所述第一平面与第二平面成第一预设角度。

第三换能器130和第四换能器140为直射型的声道布置方式，可以获得强度较高的超声信号，这样有助于提高整体检测的信噪比；第一换能器110和第二换能器120为单反射型的声道布置方式，可以有效地增大超声波声程，使得超声波飞行时间检测的相对误差更小，有助于提高气体流量计的检测精度。该方案综合了直射型在信噪比和单反射型在检测相对误差方面的优势。所述第一换能器110与所述第二换能器120的连线位于第一平面与所述第三换能器130与所述第四换能器140的连线位于第二平面成第一预设角度，第一预设角度为垂直90度，可以有效地提升中整体的检测精度和稳定性。同时单反射声道亦可根据信号强度的大小，检测管道底部是否有积水、污垢或内表面破损等问题。计量精度的提高可减少计量气体不准确所带来的经济损失。

本实施例提供的第一换能器110和第二换能器120设置于中空管100的顶端，第一换能器110通过第一通孔发射出单反射声道，后经过中空管100底部反射超声信号通过第二通孔至第二换能器120，第一换能器110发射的超声信号与气体流动方向呈60度角，经中空管100底部反射后与气体流动方向呈120度角至第二换能器120。第三换能器130和第四换能器140分别设置于中空管100的两侧，第三换能器130通过第三通孔发射出直射声道，后经过中空管100内部的气流，随后通过第四通孔传送至第四换能器140，第三换能器130发射的超声信号与气体流动方向呈45度，经中空管100内部的气流，第四换能器140接收超声信号，接收的超声信号与气体流动方向呈225度。第一换能器110与所述第二换能器120的连线位于第一平面与所述第三换能器130与所述第四换能器140的连线位于第二平面成第一预设角度，第一预设角度为垂直90度。

第二实施例

请参见图2，图2示出了本申请第二实施例提供的超声流量计装置10的一种具体实施方式，具体包括如下装置：

第一换能器110、第二换能器120、第三换能器130、第四换能器140、第五换能器150、第六换能器160、第七换能器170、第八换能器180、第九换能器190、第十换能器200和中空管100。中空管100开设有与换能器配合的通孔，通孔的朝向与换能器所发射或接收的超声信号传播方向相同。

请参见图2，第三换能器130发射的超声信号被第四换能器140接收所在的平面为第二平面，第五换能器150射的超声信号被第六换能器160接收所在的平面为第三平面，第七换能器170射的超声信号被第八换能器180接收所在的平面为第四平面，第九换能器190射的超声信号被第十换能器200接收所在的平面为第五平面，第二平面、第三平面、第四平面、第五平面分别平行，并将中空管100内的气流均分为5等分，这样就尽可能大地覆盖整个检测区域，这就可以根据不同声道位置处的流速分布，在后期通过系数修正和加权平均的方法降低管道内非均匀流场对检测一致性带来的影响。直射型的声道布置方式可以获得强度较高的超声信号，这样有助于提高整体检测的信噪比。

请参见图3，本发明提供的实施例为：第二平面所包括的第三换能器130与第四换能器140的连线，即第三换能器130发射的超声信号与中空管100内气体流动方向呈45度，接收的第四换能器140所接收的超声信号与气体流动方向为225度；第三平面所包括的第五换能器150与第六换能器160的连线，即第五换能器150发射的超声信号与中空管100内气体流动方向呈315度，接收的第六换能器160所接收的超声信号与气体流动方向呈135度；第四平面所包括的第七换能器170与第八换能器180的连线，即第七换能器170发射的超声信号与中空管100内气体流动方向呈45度，接收的第八换能器180所接收的超声信号与气体流动方向为225度；第五平面所包括的第九换能器190与第十换能器200的连线，即第九换能器190发射的超声信号与中空管100内气体流动方向呈315度，接收的第十换能器200所接收的超声信号与气体流动方向呈135度。

请参见图4，本发明提供的实施例为：第一平面所包括的第一换能器110与第二换能器120的连线，即设置于中空管100顶端的第一换能器110发射的超声信号经过中空管100底部反射后，由同样设置于中空管100顶端的第二换能器120接收，第一换能器110发射的超声信号与中空管100内的气体流动方向、第二平面、第三平面、第四平面、第五平面都呈60度，经中空管100底部反射后的超声信号由第二换能器120接收，反射后的超声信号与中空管100内的气体流动方向、第二平面、第三平面、第四平面、第五平面都呈120度。且第一平面分别与第二平面、第三平面、第四平面、第五平面垂直90度。

本发明实施例提供了一种超声流量计装置10，该装置分别包括：第一换能器110、第二换能器120、第三换能器130、第四换能器140和中空管100；所述中空管100开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；所述第一换能器110与所述第一通孔相配合，所述第二换能器120与所述第二通孔相配合，所述第一换能器110发出的超声波在所述中空管100经反射后被所述第二换能器120接收，所述第一换能器110与所述第二换能器120的连线位于第一平面；所述第三换能器130与所述第三通孔相配合，所述第四换能器140与所述第四通孔相配合，所述第三换能器130发出的超声波可穿过所述中空管100的内部直接被所述第四换能器140接收；所述第三换能器130与所述第四换能器140的连线位于第二平面；所述第一平面与第二平面成第一预设角度。第三换能器130和第四换能器140为直射型的声道布置方式，可以获得强度较高的超声信号，这样有助于提高整体检测的信噪比；第一换能器110和第二换能器120为单反射型的声道布置方式，可以有效地增大超声波声程，使得超声波飞行时间检测的相对误差更小，有助于提高气体流量计的检测精度。该方案综合了直射型在信噪比和单反射型在检测相对误差方面的优势。所述第一换能器110与所述第二换能器120的连线位于第一平面与所述第三换能器130与所述第四换能器140的连线位于第二平面成第一预设角度，第一预设角度为垂直90度，可以有效地提升中整体的检测精度和稳定性。同时单反射声道亦可根据信号强度的大小，检测管道底部是否有积水、污垢或内表面破损等问题。计量精度的提高可减少计量气体不准确所带来的经济损失。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超声流量计装置，其特征在于，所述装置包括：第一换能器、第二换能器、第三换能器、第四换能器和中空管；

所述中空管开设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔；

所述第一换能器与所述第一通孔相配合，所述第二换能器与所述第二通孔相配合，所述第一换能器发出的超声波在所述中空管经反射后被所述第二换能器接收，所述第一换能器与所述第二换能器的连线位于第一平面；

所述第三换能器与所述第三通孔相配合，所述第四换能器与所述第四通孔相配合，所述第三换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第四换能器接收；所述第三换能器与所述第四换能器的连线位于第二平面；

所述第一平面与第二平面成第一预设角度。

2.根据权利要求1所述的一种超声流量计装置，其特征在于，还包括：第五换能器和第六换能器，所述中空管还开设有第五通孔、第六通孔，所述第五换能器与所述第五通孔相配合，所述第六换能器与所述第六通孔相配合，所述第五换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第六换能器接收，所述第五换能器与所述第六换能器的连线位于第三平面。

3.根据权利要求2所述的一种超声流量计装置，其特征在于，还包括：第七换能器和第八换能器，所述中空管还开设有第七通孔、第八通孔，所述第七换能器与所述第七通孔相配合，所述第八换能器与所述第八通孔相配合，所述第七换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第七换能器接收，所述第七换能器与所述第八换能器的连线位于第四平面。

4.根据权利要求3所述的一种超声流量计装置，其特征在于，还包括：第九换能器和第十换能器，所述中空管还开设有第九通孔、第十通孔，所述第九换能器与所述第九通孔相配合，所述第十换能器与所述第十通孔相配合，所述第九换能器发出的超声波可穿过所述中空管的内部直接被所述第十换能器接收，所述第九换能器与所述第十换能器的连线位于第五平面。

5.根据权利要求4所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第二平面、第三平面、第四平面、第五平面将所述中空管的截面水平五等分。

6.根据权利要求5所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第三换能器和所述第四换能器的连线与所述第五换能器和第六换能器的连线平行。

7.根据权利要求5所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第七换能器和所述第八换能器的连线与所述第九换能器和第十换能器的连线平行。

8.根据权利要求1所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第三换能器和第四换能器的连线与所述中空管的轴线呈第二预设角度。

9.据权利要求8所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第二预设角度为45°。

10.据权利要求1所述的一种超声流量计装置，其特征在于：所述第一换能器和第二换能器的连线与所述中空管的轴线呈第三预设角度。