CN111157065A - 气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法 - Google Patents

气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法 Download PDF

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方超
仲华
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    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/66Measuring 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

Abstract

本申请方案公开一种气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法,超声波传输过程中在电信号电子处理单元、电能和机械能转换的换能器单元、信号采样点滞后时间、以及信号传输的电缆线上均会产生超声波传播的延时,也即声延时,它会直接影响基于时差法测量原理的气体超声流量计的计量准确性等级。因而需要采用一种快捷又准确的方法,测量出超声波信号传输回路中传播信号的声延时,本发明可便捷和准确的测量超声波信号传输回路中的声延时。

Description

气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法
技术领域
本发明涉及到流量测量领域,进一步说,尤其涉及一种气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法。
背景技术
气体超声流量计的声延时测量,是源于超声波信号在电信号电子处理单元、电能和机械能转换的换能器单元、信号采样点滞后时间、以及信号传输的电缆线上所产生超声波传播的延时,这种延时对基于时差法或速差法测量原理的气体超声流量计的测量准确度等级有着直接的负面影响。因而为保证流量计的测量精度,需要消除这种负面的影响量。
目前国内外采用传统的“作图法”和“标准声速对比法”来检测气体超声流量计的“声延时”,上述两种检测声延时的方法都需要在严格控制温度、压力、湿度、介质的实验室环境条件下实施,因为这些环境条件影响因素中,无论哪一种物理参数的测量误差超差,都会导致声延时测试结果离散性变大。
本发明中介绍的新的声延时测试方法,对测试环境条件的要求非常低,只要保持1分钟内温度变化每秒≤0.1℃和声道内处于零流量状态下即可,测试用时1分钟以内就能完成。并可在超声流量计实际应用现场进行测试,这对于现场硬件或软件升级后实时的参数修正提供了很大的帮助。
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气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法,利用气体超声流量计中一对换能器探头发射和接收信号的多次反射所花费的时间进行比对,计算出声延时的方法。
其中,具体技术方案为:
通过一对换能器中超声信号多次反射使用时间的对比,来计算出被检测流量计的声延时;
同心相对摆放A与B一对超声换能器,探头间的距离为L,A换能器发射超声波被B换能器接收到第一次波形和通过二次反射后的第二次波形,在第一次接收到的超声信号区域内,超声信号震荡波形与基准线的多个交点,第n个声波与基准线的交点处的声时为txn;同理第二次接收到的超声信号区域上采集的第n波和基准线的交点为tyn,对于二个超声波传播的时间txn和tyn除了声波在通过被测介质中传播的距离不一样,也即超声波在被测介质中的传播时间不同,其余的延迟时间都相同;用τn表示其余的延迟时间,用3L距离的传播时间减去1L距离的传播时间,获得2L距离的实际超声传播时间,相同的延时τn被抵消,并将2L距离的实际超声传播时间除以2,最终可得到1L距离超声波通过被测介质的实际时间t;
利用被测流量计实际采集到的总时间(T)减去实际声时t便能得到被测流量计该状态下的所有电路综合声延时τ。
气体超声流量计“声延时”测量方法具体操作步骤如下:
1)工具为高分辨率示波器一台;
2)采取措施使检测气体超声流量计的测量声道处于零流量状态,并保证在检测过程中测量声道内温度变化≤0.1℃/秒;
3)利用示波器查看被测流量计中一个声道采集到的超声波信号;
4)利用示波器去测量从超声波发射到第1次接收到超声波信号区域内的任意一超声波,即第n波与基准线的交叉点处的声时txn;
5)再利用示波器去测量从超声波发射到第2次接收到超声波信号区域内与第1次对应第n波与基准线的交叉点处的声时tyn;
6)读取被检测流量计实际采集到的综合声时T;
7)利用以下公式2计算出气体超声流量计中的实际声延时τ的值。
τ=T-(tyn-txn)/2。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果:利用气体超声流量计中一对换能器探头发射和接收信号的多次反射所花费的时间进行比对,计算出声延时的方法,为提升气体超声流量计测量精度,准确检测出重要影响因素之一的声延时。
附图说明
图1为相对摆放、探头间距离为L的A与B超声换能器示意图。
图2为利用示波器查看B换能器接收信号的示意图。
图3为将B换能器接收到两个信号放大的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时的测试方法,涉及对超声流量计类仪表的超声波传播时间的检测技术,尤其涉及超声波信号在电信号电子处理单元、电能和机械能转换的换能器单元、信号采样点滞后时间、信号采样点滞后时间、以及信号传输的电缆线上延迟时间的测量误差技术,适用于对各种口径超声流量计的声延时检测。本发明提供的声延时测试方法是通过一对换能器中超声信号多次反射使用时间的对比,来计算出被检测流量计的“声延时”的一种测量方法。
气体超声流量计“声延时”测量方法如下:
1)如图1所示,A与B是一对超声换能器,它们是同心轴相对摆放,探头间的距离为L。当A换能器向B换能器发射1个超声波信号后,超声波信号经过L距离传波后被B换能器接收到,而此时B换能器不能完全吸收掉A换能器所发射的声波,因此将声波反射给A换能器。同样到了A换能器接收到声波后没有完全吸收,又继续反射给B换能器,这时B换能器又接收到了A换能器发出的第2次反射超声波信号。
2)利用示波器可查看B换能器接收到的信号如图2所示,可以看到两次接收到的超声波信号图形。B换能器在这两次接收到的超声波信号传播的距离是不同的,第1次超声波信号传播的距离是L,而第2次超声信号传播距离是3L。
3)将B换能器接收到的两个信号放大如图3所示,在第一次接收到的超声信号区域内,超声信号震荡波形与基准线的多个交点,每个交点都可以作为1次声时采集点(利用示波器读取时间),即第1个声波与基准线的交点处的声时为tx1,第2个声波与基准线的交点处的声时为tx2,以此类推第n个声波与基准线的交点处的声时为txn;同理第二次接收到的超声信号区域上采集的第n波和基准线的交点为tyn。(两次接收到的波形形状相同,幅度不同。)
4)此时采集到的txn或tyn为超声信号在电信号处理单元延时、电能和机械能转换换能器延时、采样滞后延时、信号传输的电缆线上延时、以及超声波在被测介质传播时间的综合时间。对于二个超声波传播的时间txn和tyn除了声波在通过被测介质中传播的距离不一样,也即超声波在被测介质中的传播时间不同,其余的延迟时间都相同。我们用τn表示它们的其余的延迟时间。我们可以用3L距离的传播时间减去1L距离的传播时间,获得2L距离的实际超声传播时间(相同的延时τn被抵消),并将2L距离的实际超声传播时间除以2,最终可得到1L距离超声波通过被测介质的实际时间t,由计算公式1求得:
实际声时t=[(tynn)-(txnn)]/2=(tyn-txn)/2 (1)
5)利用被测流量计实际采集到的总时间(T)减去实际声时t便能得到被测流量计该状态下的所有电路综合声延时τ,如计算公式2:
τ=T-t=T-(tyn-txn)/2 (2)
气体超声流量计“声延时”测量方法具体操作步骤如下:
1)工具为高分辨率示波器一台;
2)采取措施使检测气体超声流量计的测量声道处于零流量状态,并保证在检测过程中测量声道内温度变化≤0.1℃/秒;
3)利用示波器查看被测流量计中一个声道采集到的超声波信号;
4)利用示波器去测量从超声波发射到第1次接收到超声波信号区域内的任意一超声波,即第n波与基准线的交叉点处的声时txn
5)再利用示波器去测量从超声波发射到第2次接收到超声波信号区域内与第1次对应第n波与基准线的交叉点处的声时tyn
6)读取被检测流量计实际采集到的综合声时T;
7)利用以下公式2计算出气体超声流量计中的实际声延时τ的值。
τ=T-(tyn-txn)/2
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)

1.一种气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法,其特征在于:通过一对换能器中超声信号多次反射使用时间的对比,来计算出被检测流量计的声延时;
具体为:
同心相对摆放A与B一对超声换能器,探头间的距离为L,A换能器发射超声波被B换能器接收到第一次波形和通过二次反射后的第二次波形,在第一次接收到的超声信号区域内,超声信号震荡波形与基准线的多个交点,第n个声波与基准线的交点处的声时为txn;同理第二次接收到的超声信号区域上采集的第n波和基准线的交点为tyn,对于二个超声波传播的时间txn和tyn除了声波在通过被测介质中传播的距离不一样,也即超声波在被测介质中的传播时间不同,其余的延迟时间都相同;用τn表示其余的延迟时间,用3L距离的传播时间减去1L距离的传播时间,获得2L距离的实际超声传播时间,相同的延时τn被抵消,并将2L距离的实际超声传播时间除以2,最终可得到1L距离超声波通过被测介质的实际时间t;
利用被测流量计实际采集到的总时间(T)减去实际声时t便能得到被测流量计该状态下的所有电路综合声延时τ。
2.如权利要求1所述的气体超声流量计超声波信号传输回路中声延时测量方法,其特征在于,操作步骤为:
气体超声流量计“声延时”测量方法具体操作步骤如下:
1)工具为高分辨率示波器一台;
2)采取措施使检测气体超声流量计的测量声道处于零流量状态,并保证在检测过程中测量声道内温度变化≤0.1℃/秒;
3)利用示波器查看被测流量计中一个声道采集到的超声波信号;
4)利用示波器去测量从超声波发射到第1次接收到超声波信号区域内的任意一超声波,即第n波与基准线的交叉点处的声时txn
5)再利用示波器去测量从超声波发射到第2次接收到超声波信号区域内与第1次对应第n波与基准线的交叉点处的声时tyn
6)读取被检测流量计实际采集到的综合声时T;
7)利用以下公式2计算出气体超声流量计中的实际声延时τ的值。
τ=T-(tyn-txn)/2。
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