CN113899418A - 一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法 - Google Patents

一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法 Download PDF

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王士兴
杨朋
胡香儒
曹文文
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    • G01F1/66—Measuring 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

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Abstract

本发明公开了一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法，包括：获取两超声波换能器超声信号的逆行传播时间表达式；获取两超声波换能器超声信号的顺行传播时间表达式；根据逆行传播时间表达式和顺行传播时间表达式，确定管道内流体的流速；根据管道内流体的流速和管道横截面面积，确定管道内流体的流量。本发明能够解决为了不对管道内流体进行扰流，将超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装时流量计算中补偿超声波换能器不内嵌到管道内部的长度这部分对于流量计算的影响，根据推导出来的流速计算公式进行流量计算，使所测量的流量接近真实流量值，保证超声波流量计在超声波换能器完全不嵌入管道内部安装时流量计算的准确性和真实性。

Description

一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法
技术领域
本发明涉及流量测量技术领域，特别涉及一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装方式的流量计算方法。
背景技术
超声波流量计换能器的安装基本上为传感器圆心与管道平齐，这时，传感器会凸出一部分在管道内部，对管道内流体在一定程度上具有扰流影响，使得被测流体不平稳，增加测量难度。
在整个超声波收发过程中，超声波的传播速度受声速和流体流速的共同作用，此时，声道距离平方加管径平方等于声程的平方，但是，在实际过程中，为了保证超声波换能器不对流体进行扰流，设计人员会将超声波换能器完全不嵌入到管道内部，超声波换能器不凸出于管道安装，但这种安装方式存在声道距离平方加管径平方等于声程的平方不成立问题。所以，在进行流速计算的过程中，流速的计算公式也要根据安装位置重新进行推导，超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装与超声波换能器凸出安装的流速计算不一样，流量结果必然不一致，这会影响流量测量的真实值。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装方式的流量计算方法。
本发明实施例提供一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装方式的流量计算方法，包括：
将超声波换能器A和超声波换能器B以完全不嵌入管道内部安装方式安装在管道上；
获取超声波换能器B到超声波换能器A超声信号的逆行传播时间表达式；
获取超声波换能器A到超声波换能器B超声信号的顺行传播时间表达式；
根据逆行传播时间表达式和顺行传播时间表达式，确定管道内流体的流速；
根据管道内流体的流速和管道横截面面积，确定管道内流体的流量；
所述逆行传播时间表达式为：
Figure 830242DEST_PATH_IMAGE001
所述顺行传播时间表达式为：
Figure 685066DEST_PATH_IMAGE002
其中，t 1 为逆行传播时间；t 2 为顺行传播时间；L为超声波换能器A和超声波换能器B安装在管壁位置点之间的长度；c为流体声速；v为流体速度；
Figure 995961DEST_PATH_IMAGE003
为管道与超声信号传播方向的夹角；
Figure 797695DEST_PATH_IMAGE004
为超声波换能器A或超声波换能器B不内嵌到管道内部的长度，且超声波换能器A或超声波换能器B不内嵌到管道内部的长度相同。
进一步地，所述管道内流体的流速为：
Figure 143226DEST_PATH_IMAGE005
其中，v为管道内流体的流速。
进一步地，所述根据逆行传播时间表达式和顺行传播时间表达式，确定管道内流体的流速，具体包括：
对所述逆行传播时间表达式展开，得逆行传播时间展开式：
Figure 637792DEST_PATH_IMAGE006
对所述顺行传播时间表达式展开，得顺行传播时间展开式：
Figure 170405DEST_PATH_IMAGE007
将逆行传播时间展开式和顺行传播时间展开式做减法处理，确定管道内流体的流速：
Figure 634884DEST_PATH_IMAGE005
其中，v为管道内流体的流速。
进一步地，所述管道内流体的流量为：
Figure 946173DEST_PATH_IMAGE008
其中，A为管道横截面面积。
本发明实施例提供的上述超声波换能器完全不嵌入管道内部安装方式的流量计算方法，与现有技术相比，其有益效果如下：
本发明提供的方法能够解决为了不对管道内流体进行扰流，将超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装时流量计算中、补偿超声波换能器不内嵌到管道内部的长度这部分对于流量计算的影响；本发明的方法能够通过根据超声波换能器完全嵌入管道内安装方式推导出来的流速计算公式进行流量计算，进而使得所测量的流量接近真实流量值，保证超声波流量计在超声波换能器完全不嵌入管道内部安装时流量计算的准确性和真实性。
附图说明
图1为一个实施例中提供的一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装方式的流量计算方法中超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装的示意图；
图2为一个实施例中提供的与本发明进行对比的超声波换能器圆心与管道平齐凸出管道安装方式的结构示意图；
图3为一个实施例中提供的一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装的流量计算方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
一个实施例中，参见图1~3，提供的一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装的流量计算方法，该方法具体包括：
步骤1，将超声波换能器A和超声波换能器B以完全不嵌入管道内部安装方式安装在管道上。
步骤2，确定逆行传播时间，即换能器B到换能器A信号的传播时间：
Figure 470696DEST_PATH_IMAGE001
（1）
其中：L为换能器安装在管壁位置点之间的长度，c为流体声速，v为流体速度，
Figure 490604DEST_PATH_IMAGE003
为管道与信号传播方向的夹角，
Figure 368562DEST_PATH_IMAGE004
为超声波换能器不内嵌到管道内部的长度。
步骤3，确定顺行传播时间，即换能器A到换能器B信号的传播时间：
Figure 157526DEST_PATH_IMAGE002
（2）
步骤4，对式（1）和式（2）分别进行展开：
Figure 118529DEST_PATH_IMAGE006
（3）
Figure 501100DEST_PATH_IMAGE007
（4）
并将式（3）和式（4）相减，进行运算，可以得到超声波换能器完全不内嵌到管道内部安装方式的速度计算公式：
Figure 41802DEST_PATH_IMAGE005
（5）
步骤5，流量计算：
Figure 950853DEST_PATH_IMAGE008
（6）
对比例：
本发明也将超声波换能器圆心与管道平齐凸出管道安装方式的流速计算进行说明，以进行比较区别。
步骤1，确定逆行传播时间：
Figure 692544DEST_PATH_IMAGE009
（7）
步骤2，确定顺行传播时间：
Figure 687044DEST_PATH_IMAGE010
（8）
步骤3，对式（7）和式（8）进行运算，可以得到超声波换能器圆心与管道平齐凸出管道安装方式的流速：
Figure 297017DEST_PATH_IMAGE011
（9）
从式（1）式（2）和式（7）式（8）两种方式的顺逆行时间可以看出，超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装补偿了超声波换能器不内嵌到管道内部的长度的影响。从式（5）和式（9）可以对比看出，超声波换能器完全不嵌入管道和超声波换能器圆心与管道平齐凸出管道安装方式的流速计算完全不一样。
综上所述，本发明能够解决在为了不对管道内流体进行扰流，将超声波换能器完全不嵌入到管道内部安装时流量计算中补偿超声波换能器不内嵌到管道内部的长度这部分对于流量计算的影响，本发明方法能够通过根据超声波换能器完全不嵌入管道内安装方式推导出来的流速计算公式进行流量计算，进而使得所测量的流量接近真实流量值，保证超声波流量计在超声波换能器完全不嵌入管道内部安装时流量计算的准确性和真实性。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法，其特征在于，包括：
将超声波换能器A和超声波换能器B以完全不嵌入管道内部安装方式安装在管道上；
获取超声波换能器B到超声波换能器A超声信号的逆行传播时间表达式；
获取超声波换能器A到超声波换能器B超声信号的顺行传播时间表达式；
根据逆行传播时间表达式和顺行传播时间表达式，确定管道内流体的流速；
根据管道内流体的流速和管道横截面面积，确定管道内流体的流量；
所述逆行传播时间表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
所述顺行传播时间表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，t1为逆行传播时间；t2为顺行传播时间；L为超声波换能器A和超声波换能器B安装在管壁位置点之间的长度；c为流体声速；v为流体速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为管道与超声信号传播方向的夹角；
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为超声波换能器A或超声波换能器B不内嵌到管道内部的长度，且超声波换能器A或超声波换能器B不内嵌到管道内部的长度相同。
2.如权利要求1所述的超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法，其特征在于，所述管道内流体的流速为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，v为管道内流体的流速。
3.如权利要求1或2所述的超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法，其特征在于，所述根据逆行传播时间表达式和顺行传播时间表达式，确定管道内流体的流速，具体包括：
对所述逆行传播时间表达式展开，得逆行传播时间展开式：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
对所述顺行传播时间表达式展开，得顺行传播时间展开式：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
将逆行传播时间展开式和顺行传播时间展开式做减法处理，确定管道内流体的流速：
Figure 869334DEST_PATH_IMAGE005
其中，v为管道内流体的流速。
4.如权利要求3所述的超声波换能器完全不嵌入管道内部安装流量计算方法，其特征在于，所述管道内流体的流量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，A为管道横截面面积。
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