CN111121893A - 一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，包括气体流道、计量模块和运算模块，所述气体流道包括顺序设置的气体整流单元和超声波计量腔体，所述超声波计量腔体内设置有多组超声波探头对；进入的气流经所述气体整流单元整流为线流场后进入到所述超声波计量腔体内，由所述计量模块计量超声波探头对之间超声波的传输时间，再由所述运算模块根据超声波探头对之间超声波的传输时间计算出对应的气体流量。本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置实现了全流场覆盖，将气流梳理成稳流流场，能够克服现有技术中气体流速不均匀对超声波流量计量装置造成的计量不准确的影响，有利于提高测量准确度。

Description

一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置
技术领域
本发明涉及一种计量装置，尤其涉及一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置。
背景技术
现有技术中，超声波流量计采用的是在管道通径内水平安装三对超声波探头，采用水平对射和接受超声波的方式来实现对气体流量的计量。
在此种结构和方式下，由于测量的流场不能达到全流场覆盖，以至于气流在管道内的流态为非稳定流态，因此，会影响气体流量测量的精度。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，包括气体流道、计量模块和运算模块，所述气体流道包括顺序设置的气体整流单元和超声波计量腔体，所述超声波计量腔体内设置有多组超声波探头对；
进入的气流经所述气体整流单元整流为线流场后进入到所述超声波计量腔体内，由所述计量模块计量超声波探头对之间超声波的传输时间，再由所述运算模块根据超声波探头对之间超声波的传输时间计算出对应的气体流量。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述超声波计量腔体包括球形的腔体；
所述超声波探头对包括两个相对设置的超声波探头，各组超声波探头对均匀分布于该球形的腔体上。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述球形的腔体上均匀开设多个探头安装孔；
各组超声波探头对的超声波探头装入对应的探头安装孔内，并以压紧螺母固定。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述球形的腔体的后端设置安装开口；
所述安装开口处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述气体整流单元包括位于前端的气流打散组件和位于后端的蜂窝整流器；
其中，所述气流打散组件将进入的气流打散；
所述蜂窝整流器则将打散后的气流整流为线流场。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述气流打散组件包括由前至后顺序设置的开设有通孔的整流圆板、半球整流罩、和筒壁开设有通孔的整流圆筒，所述蜂窝整流器插设于所述整流圆筒内，且所述整流圆板、半球整流罩、整流圆筒、以及蜂窝整流器的中心位于同一直线上。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述蜂窝整流器包括多个平行设置的整流管。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，综合式的孔板设置方式实现了全流场覆盖，将气流梳理成稳流流场，可以忽略对超声波流量计量装置的前后直管段长度要求，能够克服现有技术中气体流速不均匀对超声波流量计量装置造成的计量不准确的影响，有利于提高测量准确度。
附图说明
图1为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置的结构示意图；
图2为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置的分解结构示意图；
图3为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置的剖视结构示意图；
图4为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中的气体整流单元的结构示意图；
图5为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中的声道网络示意图；
图6为本发明所述综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中的声道平均流速计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，包括气体流道、计量模块和运算模块。
其中，所述计量模块和运算模块可采用现有技术中的结构。即所述计量模块负责计量超声波探头对中两个超声波探头之间超声波的传输时间，所述运算模块则根据所述计量模块计量得到的超声波探头对之间超声波的传输时间计算出对应的气体流量。
本发明中，所述气体流道包括顺序设置的气体整流单元1和超声波计量腔体2，所述超声波计量腔体2内则设置有多组超声波探头对21。进入的气流经所述气体整流单元1整流为线流场后进入到所述超声波计量腔体2内，由所述计量模块计量超声波探头对之间超声波的传输时间，再由所述运算模块根据超声波探头对之间超声波的传输时间计算出对应的气体流量。
具体来说，本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，所述超声波计量腔体2包括球形的腔体20；所述超声波探头对21包括两个相对设置的超声波探头(例如，相对设置的超声波探头211和超声波探头212构成一组超声波探头对。各组超声波探头对中的两个超声波探头彼此相对，以实现由一端的超声波探头发出信号，能够射到另一端的超声波探头，并由该另一端的超声波探头接收信号)。各组超声波探头对呈彼此交错且均匀的设置于球形的腔体20上，例如，超声波探头211与超声波探头212一个位于球形腔体20的前半段、一个位于球形腔体20的后半段，同时，超声波探头211与超声波探头212一个指向后斜上方，一个指向前斜下方。
上述各组超声波探头对交错设置的方式，应用了流场超生层析成像原理，使得超声波流量计量装置能够测量的面更加完整，从而使超声波的测量精度更高，更可靠。
本实施例中提到的流场超生层析成像原理，是首先利用时差式原理测量得到多条声道上的平均流速，然后以平均流速与声道在管道横截面投影长度的乘积作为投影数据，对流场图像实现层析重建。
流场超声层析成像的基础是时差式超声流速测量和计算机层析成像。对应于图2，是在球形的腔体20的前半段和后半段的两个横截面上各布置多个超声波探头，每个超声波探头均可以向位于另一截面上的所有超声波探头发射超声脉冲，脉冲传播路径在管道横截面上的投影为交错的声道网络(即如图5所示)。
图6中，v(x，y)为轴向流场在球形腔体20的横截面上的二维分布，A，B分别为球形腔体20前半段和后半段的两个超声波探头，二者之间传播路径上的平均流速vL＝1/L∫Lv(x，y)dl可由超声脉冲逆流、顺流的传播时间t1，t2计算得到，如式(1)所示：
Figure BDA0002309615920000041
式中：α为传播路径与管道轴线的夹角；L为传播路径的长度。根据CT原理可知，物体断面的二维图像f(x，y)可由其在不同方向和位置的投影数据重建得到。其中，投影数据定义为二维图像f(x，y)沿指定射线的积分，即如式(2)所示：
ps＝∫sf(x，y)ds. (2)
将轴向流场v(x，y)视作二维图像f(x，y)的特例。对比投影数据ps和平均流速vL的定义可知，轴向流场在某一声道上的投影数据等于平均流速vL与声道在球形腔体横截面投影长度的乘积。进而，可利用CT图像重建算法，根据不同角度和位置的声道上的投影数据计算出轴向流场v(x，y)。
为了安装这些超声波探头对，还在所述球形的腔体20上均匀开设多个探头安装孔23；各组超声波探头对21的超声波探头装入对应的探头安装孔23内，并以压紧螺母22固定。
此外，在所述球形的腔体20的后端设置安装开口201；所述安装开口处设置有密封槽(图中未示)，所述密封槽内设置有密封圈24。
本发明中，所述气体整流单元1可包括位于前端的气流打散组件和位于后端的蜂窝整流器。其中，所述气流打散组件用于将进入的气流打散；所述蜂窝整流器则将打散后的气流整流为线流场。
参见图1、图2、图3、图4，所述气流打散组件具体包括由前至后顺序设置的开设有通孔的整流圆板11、半球整流罩12、和筒壁开设有通孔的整流圆筒13，所述蜂窝整流器14插设于所述整流圆筒13内，且所述整流圆板11、半球整流罩12、整流圆筒13、以及蜂窝整流器14的中心位于同一直线上。
所述整流圆板11的中心具有安装孔111，可通过安装螺栓穿过该安装孔111而将所述整流圆板11固定于所述半球整流罩12的前端中心处。在所述整流圆板11上还沿圆周方向均布了多个通孔112，这些通孔112可有效的将进入的气流打散。进一步的，这些均布的通孔112可根据其在整流圆板11上分布半径的不同而采取不同的孔径，以获得更好的气流打散效果。
所述半球整流罩12表面封闭，其前端中心与所述整流圆板11的中心连接。该半球整流罩12能够将气流打散。
所述整流圆筒13的为承接于半球整流罩12后端的一个筒体，在筒体上规则的开设有多个通孔131，作用为将气流打散，该筒体的后端插设于球形的腔体20的前端。
在所述整流圆筒13的尾端还插设有蜂窝整流器14。所述蜂窝整流器14包括多个平行设置的整流管，且这些整流管31填满整流圆筒13的尾端。通过该蜂窝整流器14可将气流理顺。
本发明所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置中，综合式的孔板设置方式实现了全流场覆盖，可将气流梳理成稳流流场，并且可以忽略对超声波流量计量装置的前后直管段长度要求，能够克服现有技术中气体流速不均匀对超声波流量计量装置造成的计量不准确的影响，有利于提高测量准确度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，包括气体流道、计量模块和运算模块，其特征在于，所述气体流道包括顺序设置的气体整流单元和超声波计量腔体，所述超声波计量腔体内设置有多组超声波探头对；
进入的气流经所述气体整流单元整流为线流场后进入到所述超声波计量腔体内，由所述计量模块计量超声波探头对之间超声波的传输时间，再由所述运算模块根据超声波探头对之间超声波的传输时间计算出对应的气体流量。
2.如权利要求1所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述超声波计量腔体包括球形的腔体；
所述超声波探头对包括两个相对设置的超声波探头，各组超声波探头对均匀分布于该球形的腔体上。
3.如权利要求2所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述球形的腔体上均匀开设多个探头安装孔；
各组超声波探头对的超声波探头装入对应的探头安装孔内，并以压紧螺母固定。
4.如权利要求2所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述球形的腔体的后端设置安装开口；
所述安装开口处设置有密封槽，所述密封槽内设置有密封圈。
5.如权利要求1所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述气体整流单元包括位于前端的气流打散组件和位于后端的蜂窝整流器；
其中，所述气流打散组件将进入的气流打散；
所述蜂窝整流器则将打散后的气流整流为线流场。
6.如权利要求5所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述气流打散组件包括由前至后顺序设置的开设有通孔的整流圆板、半球整流罩、和筒壁开设有通孔的整流圆筒，所述蜂窝整流器插设于所述整流圆筒内，且所述整流圆板、半球整流罩、整流圆筒、以及蜂窝整流器的中心位于同一直线上。
7.如权利要求5或6所述的综合整流装置的多声道超声波流量计量装置，其特征在于，所述蜂窝整流器包括多个平行设置的整流管。
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