CN115628786B - 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计 - Google Patents

一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计 Download PDF

Info

Publication number
CN115628786B
CN115628786B CN202211180270.6A CN202211180270A CN115628786B CN 115628786 B CN115628786 B CN 115628786B CN 202211180270 A CN202211180270 A CN 202211180270A CN 115628786 B CN115628786 B CN 115628786B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow
ultrasonic
flow rate
calculation formula
range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211180270.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115628786A (zh
Inventor
赵楠楠
刘泽远
徐安察
葛鹏
付婧媛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Cheer Technology Co ltd
Original Assignee
Zhejiang Cheer Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Cheer Technology Co ltd filed Critical Zhejiang Cheer Technology Co ltd
Priority to CN202211180270.6A priority Critical patent/CN115628786B/zh
Publication of CN115628786A publication Critical patent/CN115628786A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115628786B publication Critical patent/CN115628786B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • 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
    • G01F1/667—Arrangements of transducers for ultrasonic flowmeters; Circuits for operating ultrasonic flowmeters
    • G01F1/668—Compensating or correcting for variations in velocity of sound
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00—Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02—Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计，测量超声波的顺流和逆流传播时间，根据超声波在管段中的顺流和逆流传播时间的和值及差值计算管段中流体的流速，进而计算流体的流量；不需要检测流体的温度即可消除温度对流量测量的影响，提高了流量计的测量精度和稳定性。

Description

一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计
技术领域
本发明涉及一种超声波流量计，尤其是涉及一种使用于超声波流量计中的超声波流量测量方法及利用该方法的流量计。
背景技术
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪器。超声波流量计有时差法、波束偏移法、多普勒法等多种流量测量原理。时差法在超声式流量计量领域中应用广泛，其原理是通过测量超声波信号在流体中顺流传播时间td和逆流传播时间tu之差来计算流体的流速，进而计算出流体的流量。具体地，如图1所示，流量计1具有管段2，管段2的上游和下游分别设置超声波换能器3a和3b，超声波换能器3a和超声波换能器3b互相发射和接收超声波，控制器4测量超声波沿顺流体流动方向在两个超声波换能器之间传播的顺流传播时间td和沿逆流体流动方向在两个超声波换能器之间传播的顺流传播时间tu，超声波在顺流传播时传播速度被流体流速所加速，在逆流传播时传播速度被流体流速所减速，根据测得的顺逆流传播时间之差，可以计算出流体的流速。超声波流量计的管段2可以是直线形，超声波换能器3a和3b以斜置的方式设置于管段的壁面对侧；管段2也可以是如图1所示的折线形，将超声波换能器3a和3b分别设置于直线段管段的上下游两端，这样可以用管段完全遮蔽超声波换能器，避免管段中的流体与超声波换能器接触，避免二者相互腐蚀和污染；并且可以使超声波基本以直线路径在介质中传播，能够减少穿过介质界面时引起的能量损耗。
温度是影响时差法超声波流量计测量精度的一个重要因素。一方面，超声波在介质中传播的速度(声速)会随温度变化；另一方面，超声波管段会随温度的变化而热胀冷缩，从而改变了超声波传播的路程。在常规的时差法超声波流量计中，这两方面原因降低了流量测量的精度，一般的解决手段是设置温度传感器(例如公开号为CN103808381A的中国发明专利)，测量流体的温度，再根据实际工况的温度修正测量结果。但设置温度传感器势必增加了流量计的体积、功耗和成本，特别是有高测量精度或小安装空间要求的流量计更难以设置温度传感器。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种可以消除温度对测量精度影响的超声波流量测量方法以及使用该方法的流量计。
本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种超声波流量测量方法，包括以下步骤：
A1.测量超声波在成对的超声波换能器之间的顺流传播时间td和逆流传播时间tu；
A2.计算顺逆流传播时间的和，记为顺逆流时间和at；计算顺逆流传播时间的差，记为顺逆流时间差dt；
A3.根据流速计算式v＝f(at，dt)计算流速，其中f(at，dt)是以顺逆流时间和at以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at，dt)在流量计的标定步骤中具体确定；
A4.根据流体流的横截面积和流速计算流体流的流量。
可选地，所述流量计的标定步骤具体包括以下步骤：
B1.向待标定的超声波流量计供给预设流速和预设温度的流体流，标定用的流体与超声波流量计适用的流体材料相同，预设的流速记为标测流速Vr，预设的温度记为标测温度Tr；
B2.读取超声波流量计测量输出的标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr；
B3.改变标测温度Tr，反复执行B1-B2步骤，获得相同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B4.改变标测流速Vr，反复执行B1-B3步骤，获得不同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B5.对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得流速计算式f(at，dt)。
可选地，所述流速计算式具有
Figure GDA0004200262860000031
形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，p1、p2、p3和p4是常数。
可选地，所述流速计算式具有
Figure GDA0004200262860000032
Figure GDA0004200262860000033
形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，q1～q6是常数。
可选地，所述流速计算式具有
Figure GDA0004200262860000034
Figure GDA0004200262860000035
形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，s1～s6是常数。
可选地，所述超声波流量测量方法用于具有塑料管段的超声波流量计中。
可选地，所述流速计算式f(at，dt)具有分段函数形式，对变量(at，dt)设置至少两个取值范围，每个取值范围分别对应采用一个流速计算式。
可选地，所述流速计算式f(at，dt)的变量(at，dt)的一个取值范围对应的流量范围完全落入全量程的取值最小的五分之一范围内。
可选地，对变量(at，dt)设置至少两个取值范围，其中两个取值范围分别记为第一变量范围和第二变量范围；在流量计的标定步骤中对变量(at，dt)设置第一拟合范围和第二拟合范围，第一拟合范围大于第一变量范围，第二拟合范围等于第二变量范围，第一变量范围与第二变量范围具有重叠范围。
本发明的另一发明目的在于提供一种超声波流量计，包括管段、超声波换能器和控制器；管段设置为三段式的折线形，管段的中间段为直线形，一对超声波换能器分别贴附设置于管段中间段轴向两端的壁面之外，可以互相发射和接收超声波；控制器包括驱动模块、运算模块和存储模块；驱动模块与超声波换能器连接，用于激发和控制超声波换能器和发射和接收超声波信号，运算模块与驱动模块连接，用于测量超声波在成对的超声波换能器之间传播的顺流传播时间和逆流传播时间；运算模块还与存储模块连接，存储模块用于存储流量计的软件程序；存储模块存储的软件程序包括在流量计标定过程中确定的流速计算式，软件程序包含根据本申请提供的超声波流量测量方法所确定的处理步骤；运算模块从存储模块中读取软件程序，根据流速计算式，使用实际测量获得的顺流传播时间和逆流传播时间计算出通过超声波流量计的流体的流量。
本发明的有益效果是：本发明涉及一种流量测量方法及使用该方法的流量计，测量超声波的顺流和逆流传播时间，根据超声波在管段中的顺流和逆流传播时间的和值及差值计算管段中流体的流速，进而计算流体的流量；具有以下优点：
(1)不需要检测流体的温度即可消除温度对流量测量的影响，提高了流量计的测量精度和稳定性；不需要设置温度传感器，尤其适用于小体积的超声波流量计；
(2)根据本发明的一个方面，不需要测量超声波流量计的管段长度即可实现流量测量，避免了长度测量误差以及管段的热胀冷缩效应对流量测量带来的误差；
(3)根据本发明的一个方面，采用分段拟合的方式确定流速计算式，流速计算式具有分段函数的形式，可以提高流量计在小流量范围内的测量精度。
附图说明
图1是时差式超声波流量计的原理示意图。
图2是标定过程中标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr和标测顺逆流时间差dtr的拟合曲面示意图。
图3为本发明流量测量方法中流体温度T与顺逆流时间和at的拟合曲线示意图。
图4是本发明涉及的一种分段拟合步骤的拟合范围示意图。
图5是本发明涉及的另一种分段拟合步骤的拟合范围示意图。
图6是本发明提供的超声波流量计的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，超声波流量计1的管段2设置为三段式的折线形，管段2的中间段为直线形，超声波换能器3a和3b分别贴附设置于管段中间段轴向上两端的壁面之外；超声波换能器3a和3b不接触管段中的流体，超声波换能器不会受到流体的腐蚀，也不会污染流体，特别适用于电子化学品等高洁净度需求的管线系统中。超声波经管段壁面透射传播会产生能量损耗，在图1的装置中，将超声波换能器设置在直线管段轴向两端，使超声波在两个换能器之间基本沿直线传播，减少了穿过管段壁面时因反射和折射带来的能量损耗，有利于提高超声波的信号质量，特别适合小流量的测量。
两端安装超声波换能器的直线段管段具有内长度，这个内长度也是超声波在流体介质中传播的路程(声程L)。超声波的自超声波换能器3a传播至3b的顺流传播时间td为：
Figure GDA0004200262860000051
其中，L为声程，c为声速，v为流体流速。
超声波的自超声波换能器3b传播至3a的逆流传播时间tu为：
Figure GDA0004200262860000061
实施例1：
联立(1)(2)两式可得计算式：
Figure GDA0004200262860000062
其中，dt为顺逆流时间差，也即顺流传播时间td与逆流传播时间tu的差。
超声波在流体中的声速一般明显大于流体的流速，例如超声波在水中的传播速度大约是1400m/s，而超声波流量计中流体的典型流速在5m/s左右。当声速远大于流体流速时，可以采用下式计算流体流速：
Figure GDA0004200262860000063
声速c和管段长度都会受到温度的影响，管段长度会受到温度影响也意味着声程L会受到温度影响。
在本实施例中，声速c根据声程L和顺逆流时间和at(超声波顺流传播时间td与逆流传播时间tu之和)计算得到，采用如下计算式：
Figure GDA0004200262860000064
将(5)式代入(4)式得到流体流速的计算式：
Figure GDA0004200262860000065
更优地，采用计算式：
Figure GDA0004200262860000066
其中，p1、p2、p3和p4是拟合系数。
根据实际测量流量时的顺逆流时间和计算实际声速，避免了根据温度确定声速带来的温度测量问题。
通过超声波流量计的标定过程中确定拟合系数。将超声波流量计安装于标定装置中，标定装置向超声波流量计供应具有标测流速Vr和标测温度Tr的流体，读取超声波流量计测量得到的标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr；改变标测流速Vr和标测温度Tr，获得多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr。保持标测流速Vr不变而改变标测温度Tr时，由于声速c改变，顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr也会随之改变。用标测流速Vr、顺逆流时间和atr、标测顺逆流时间差dtr以及实测的声程L数据可以绘制出拟合曲面来表示三者的关系，如图2所示，完成数据拟合后可以获得流速计算式(7)，进而将流速计算式(7)用于实际的流量测量中。
本实施例的流量测量方法的具体步骤为：
A1.测量超声波在成对的超声波换能器之间的顺流传播时间td和逆流传播时间tu；
A2.计算顺逆流传播时间的和，记为顺逆流时间和at；计算顺逆流传播时间的差，记为顺逆流时间差dt；
A3.根据流速计算式v＝f(at，dt)计算流速，其中f(at，dt)是以顺逆流时间和at以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at，dt)在流量计的标定步骤中具体确定；
A4.根据流体流的横截面积和流速计算流体流的流量。
在本实施例中，流速计算式
Figure GDA0004200262860000071
声程L是超声波在管段中流体内传播的距离，通过对流量计结构测量获得；通过以下标定步骤具体确定拟合系数p1、p2、p3和p4：
B1.向待标定的超声波流量计供给预设流速和预设温度的流体流，标定用的流体与超声波流量计适用的流体材料相同，预设的流速记为标测流速Vr，预设的温度记为标测温度Tr；
B2.读取超声波流量计测量输出的标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr；
B3.改变标测温度Tr，反复执行B1-B2步骤，获得相同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B4.改变标测流速Vr，反复执行B1-B3步骤，获得不同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B5.对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得流速计算式f(at，dt)。
实施例2：
流体中的声速与温度相关，声速c与温度T的关系可以用下列表达式描述：
c＝k1+k2*T-k3*T2 (8)
其中，k1、k2和k3是常数。例如，水中的声速与温度的关系式为：
c＝1404.3+4.7*T-0.04*T2。
考虑温度T会改变声速和声程进而影响顺逆流时间和at，可以建立温度T与顺逆流时间和at之间的关系。以水为传播介质开展的一次实验的结果数据如图3所示，可以用二次曲线拟合T与at数据，即
Figure GDA0004200262860000081
其中m和n是常数。将此关系式代入(8)式并整理可得：
Figure GDA0004200262860000082
根据(9)式，可以用超声波流量计实际测得的顺逆流时间和at来计算实际的声速c。
结合(4)式与(9)式，可以采用以下流速计算式来计算流速v：
Figure GDA0004200262860000091
其中，q1～q6是拟合系数。可以通过流量计的标定步骤具体确定流速计算式。
因此，本实施例与实施例1的区别在于流速计算式采用上述式(10)的形式，其余实施方式与实施例1相同。本实施例与实施例1相比，流速计算式在标定过程中容易实现更高的拟合精度，能够获得更准确的流速计算式，从而提高流量测量精度；但在标定过程和流量测量过程中的计算量也略大于实施例1的方案。
实施例3：
联立(1)(2)两式还可以获得：
Figure GDA0004200262860000092
联立(3)(11)两式可得：
Figure GDA0004200262860000093
将上式中的声速c用(9)式替换，并且补入拟合系数，可得流速计算式：
Figure GDA0004200262860000094
其中，s1～s6是拟合系数。可以通过流量计的标定步骤具体确定流速计算式。
本实施例与实施例1的区别在于流速计算式采用式(13)的形式，其余实施方式与实施例1相同。
(13)式与(7)式或(10)式相比，不再包含声程L。因此，本实施例与实施例1和2相比，不再依赖声程L的测量精确程度。而且，实施例1的流速计算式(7)与实施例2的流速计算式(10)均将声程L视为常数处理，不能适应声程L随温度改变的情况，实施例3则解决了这一问题。
因此，实施例3更适合管段材料热胀冷缩效应明显的超声波流量计，例如化学品管线系统中常用聚四氟乙烯等塑料材质作为超声波流量计的管段材料以避免腐蚀和污染问题，使用本实施例的技术方案能够很好地提高这种超声波流量计的测量精度。
实施例4：
准确的流速计算式对于提高超声波流量计的测量精度有重要意义。在标定步骤，拟合得到的流速计算式不能准确反映每一组标定数据，从而产生拟合误差。拟合误差在标定流量范围的边界附近更为明显。而由于小流量工况相对大流量工况下的流速计算式的结果相对于声速的变化更不敏感，拟合获得的流速计算式在小流量范围的精度往往较差。
在本实施例中，采用分段拟合的方法，将量程划分为至少两个子量程分别进行拟合，分别获得流速计算式。例如，对于量程是[0，5]L/min的流量计，在标定过程中，将量程划分为[0，1]L/min和[1，5]L/min这两个子量程；根据子量程预估出第一拟合范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]和第二拟合范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]；其中，at11，dt11分别表示第一拟合范围内at和dt的下限取值，at12，dt12分别表示第一拟合范围内at和dt的上限取值，at21，dt21分别表示第二拟合范围内at和dt的下限取值，at22，dt22分别表示第二拟合范围内at和dt的上限取值；在本实施例中可以令at12＝at21并且dt12＝dt21；第一拟合范围10和第二拟合范围20如图4所示；对第一拟合范围的标测数据(atr，dtr，Vr)进行拟合，获得第一流速计算式f1(at，dt)；对第二拟合范围的标测数据(atr，dtr，Vr)进行拟合，获得第二流速计算式f2(at，dt)。在测量工况中，第一变量范围设置为第一拟合范围，第二变量范围设置为第二拟合范围，首先判断实测的顺逆流时间at和以及顺逆流时间差dt落入第一变量范围还是第二变量范围，然后选择对应的第一流速计算式f1(at，dt)或者第二流速计算式f2(at，dt)计算流速。
也即，本实施例使用下述AA3步骤替代实施例1中的A3步骤：
AA3.根据流速计算式v＝f(at，dt)计算流速，其中f(at，dt)是以顺逆流时间和at以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at，dt)是分段函数形式，其变量集合(at，dt)的取值范围(记为变量全局范围)至少划分为两个不重叠的取值范围(记为变量子范围)，流速计算式f(at，dt)在第一变量范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]具体取为第一流速计算式f1(at，dt)，在第二变量范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]具体取为第二流速计算式f2(at，dt)；其中，at11，dt11分别表示第一变量范围内at和dt的下限取值，at12，dt12分别表示第一变量范围内at和dt的上限取值，at21，dt21分别表示第二变量范围内at和dt的下限取值，at22，dt22分别表示第二变量范围内at和dt的上限取值；第一流速计算式f1(at，dt)和第二流速计算式f2(at，dt)在流量计的标定步骤中具体确定。
同时，使用下述BA5步骤替代实施例1中的B5步骤：
BA5.在第一变量范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]内对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得第一流速计算式f1(at，dt)；在第二变量范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]内对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得第二流速计算式f2(at，dt)。
其余实施方式同实施例1。使用本实施例的方式，提高了流速计算式f(at，dt)在全量程范围内的准确性，提高了超声波流量计的测量精度。
本实施例的分段拟合方法也可以应用于对实施例2或3的改进。
优选地，从全量程对应的变量全局范围中划分出的变量子范围中，至少一个变量子范围对应的流量范围完全落入全量程的取值最小的五分之一范围内；例如全量程为[0，5]L/min，则至少划分一个变量范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]，使其对应的流量完全落入[0，1]L/min范围内，以保证对超声波流量计在小流量范围内的测量精度。
本领域技术人员可以理解，根据本发明的思想，在具体实施方式中可以将变量全局范围划分为两个以上的变量子范围。
实施例5：
仅采用分段拟合的方法，在子量程的交界附近流速计算式会在第一流速计算式f1(at，dt)和第二流速计算式f2(at，dt)之间切换，可能出现流量输出结果跳变的现象，引起误判流量计故障的情况。为了解决这个技术问题，可以在确定流速计算式的标定步骤中，令多个拟合范围部分重叠；在第一拟合范围拟合得到的第一流速计算式f1(at，dt)和在第二拟合范围拟合得到的第二流速计算式f2(at，dt)将同时适应二者的重叠区域的标测数据(atr，dtr，Vr)，从而减少在测量工况中流量输出结果跳变的现象。
例如：对于量程是[0，5]L/min的流量计，将量程划分为[0，1]L/min和[1，5]L/min这两个子量程，但在标定过程中，将量程划分为[0，1.05]L/min和[1，5]L/min这两个标定子量程，两个标定子量程具有重叠范围[1，1.05]L/min；根据两个标定子量程预估出第一拟合范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]和第二拟合范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]，第一拟合范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]和第二拟合范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]具有重叠拟合范围[(at21，dt21)，(at12，dt12)]；对第一拟合范围的标测数据(atr，dtr，Vr)进行拟合，获得第一流速计算式f1(at，dt)；对第二拟合范围的标测数据(atr，dtr，Vr)进行拟合，获得第二流速计算式f2(at，dt)；第一拟合范围10、和第二拟合范围20以及重叠拟合范围100的示意图如图5所示。在测量工况中，可以取第一变量范围为[(at11，dt11)，(at21，dt21)]并且取第二变量范围为[(at21，dt21)，(at22，dt22)]，首先判断实测的顺逆流时间at和以及顺逆流时间差dt落入第一变量范围[(at11，dt11)，(at21，dt21)]还是第二变量范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]，然后选择对应的第一流速计算式f1(at，dt)或者第二流速计算式f2(at，dt)计算流速。
也即，本实施例使用下述AB3步骤替代实施例4中的AA3步骤：
AB3.根据流速计算式v＝f(at，dt)计算流速，其中f(at，dt)是以顺逆流时间和at以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at，dt)是分段函数形式，其变量集合(at，dt)的取值范围至少划分为两个取值范围，其中至少两个取值范围具有重叠区间，流速计算式f(at，dt)在第一变量范围[(at11，dt11)，(at21，dt21)]具体取为第一流速计算式f1(at，dt)，在第二变量范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]具体取为第二流速计算式f2(at，dt)；其中，at11，dt11分别表示第一变量范围内at和dt的下限取值，at21，dt21分别表示第二变量范围内at和dt的下限取值，第一取值范围内at和dt的上限取值取为第二取值变量内at和dt的下限取值，at22，dt22分别表示第二变量范围内at和dt的上限取值；第一流速计算式f1(at，dt)和第二流速计算式f2(at，dt)在流量计的标定步骤中具体确定。
同时，使用下述BB5步骤替代实施例4中的BA5步骤：
BB5.在第一标定范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]内对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得第一流速计算式f1(at，dt)，其中at12，dt12分别表示第一标定范围内at和dt的上限取值；在第二标定范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]内对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得第二流速计算式f2(at，dt)；第一标定范围[(at11，dt11)，(at12，dt12)]和第二标定范围[(at21，dt21)，(at22，dt22)]具有重叠范围。
其余实施方式同实施例4。使用本实施例的方式相对于实施例4的技术方案减少了超声波流量计流量输出结果跳变的现象。
超声波流量计实施例：
如图5所示，超声波流量计1的管段2设置为三段式的折线形，管段2的中间段为直线形，超声波换能器3a和3b分别贴附设置于管段中间段轴向上两端的壁面之外；超声波3a和3b可以互相发射和接收超声波；超声波换能器3a和3b不接触管段中的流体；超声波流量计1还包括控制器4，控制器4包括驱动模块5、运算模块6和存储模块7；驱动模块5与超声波换能器3a和3b连接，用于激发和控制超声波换能器3a和3b发射和接收超声波信号，运算模块6与驱动模块5连接，用于测量超声波在超声波换能器3a之间传播的顺流传播时间和逆流传播时间；运算模块6还与存储模块7连接，存储模块7用于存储流量计的软件程序，软件程序包括在流量计标定过程中确定的流速计算式，软件程序包含根据本申请提供的超声波流量测量方法所确定的处理步骤；运算模块6从存储模块7中读取软件程序，根据流速计算式，使用实际测量获得的顺流传播时间和逆流传播时间计算出通过超声波流量计的流体的流量。
以上内容和结构描述了本发明产品的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本发明范围之内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种超声波流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1.测量超声波在成对的超声波换能器之间的顺流传播时间td和逆流传播时间tu；
A2.计算顺逆流传播时间的和，记为顺逆流时间和at；计算顺逆流传播时间的差，记为顺逆流时间差dt；
A3.根据流速计算式v＝f(at,dt)计算流速，其中f(at,dt)是以顺逆流时间和at以及顺逆流时间差dt作为变量的计算式；流速计算式f(at,dt)在流量计的标定步骤中具体确定；
A4.根据流体流的横截面积和流速计算流体流的流量；
所述流速计算式具有
Figure FDA0004230653320000011
形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，p1、p2、p3和p4是常数；
或，所述流速计算式具有
Figure FDA0004230653320000012
Figure FDA0004230653320000013
形式，其中L是超声波在管段中流体内传播的距离，q1～q6是常数；
或，所述流速计算式具有
Figure FDA0004230653320000014
形式，其中s1～s6是常数。
2.按照权利要求1所述的超声波流量测量方法，其特征在于，所述流量计的标定步骤具体包括以下步骤：
B1.向待标定的超声波流量计供给预设流速和预设温度的流体流，标定用的流体与超声波流量计适用的流体材料相同，预设的流速记为标测流速Vr，预设的温度记为标测温度Tr；
B2.读取超声波流量计测量输出的标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr；
B3.改变标测温度Tr，反复执行B1-B2步骤，获得相同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B4.改变标测流速Vr，反复执行B1-B3步骤，获得不同标测流速Vr下的多组标测顺逆流时间和atr以及标测顺逆流时间差dtr数据；
B5.对标测流速Vr、标测顺逆流时间和atr及标测顺逆流时间差dtr进行数据拟合，获得流速计算式f(at,dt)。
3.按照权利要求1所述的超声波流量测量方法，其特征在于：流速计算式具有
Figure FDA0004230653320000021
形式的所述超声波流量测量方法用于具有塑料管段的超声波流量计中。
4.按照权利要求1所述的超声波流量测量方法，其特征在于：所述流速计算式f(at,dt)具有分段函数形式，对变量(,dt)设置至少两个取值范围，每个取值范围分别对应采用一个流速计算式。
5.按照权利要求4所述的超声波流量测量方法，其特征在于：所述流速计算式f(at,dt)的变量(,dt)的一个取值范围对应的流量范围完全落入全量程的取值最小的五分之一范围内。
6.按照权利要求4所述的超声波流量测量方法，其特征在于：对变量(,dt)设置至少两个取值范围，其中两个取值范围分别记为第一变量范围和第二变量范围；在流量计的标定步骤中对变量(,dt)设置第一拟合范围和第二拟合范围，第一拟合范围大于第一变量范围，第二拟合范围等于第二变量范围，第一变量范围与第二变量范围具有重叠范围。
7.一种超声波流量计，其特征在于：包括管段、超声波换能器和控制器；管段设置为三段式的折线形，管段的中间段为直线形，一对超声波换能器分别贴附设置于管段中间段轴向上两端的壁面之外，可以互相发射和接收超声波；控制器包括驱动模块、运算模块和存储模块；驱动模块与超声波换能器连接，用于激发和控制超声波换能器和发射和接收超声波信号，运算模块与驱动模块连接，用于测量超声波在成对的超声波换能器之间传播的顺流传播时间和逆流传播时间；运算模块还与存储模块连接，存储模块用于存储流量计的软件程序；
存储模块存储的软件程序包括在流量计标定过程中确定的流速计算式，软件程序包含根据权利要求1-6之一所述的超声波流量测量方法所确定的处理步骤；运算模块从存储模块中读取软件程序，根据流速计算式，使用实际测量获得的顺流传播时间和逆流传播时间计算出通过超声波流量计的流体的流量。
CN202211180270.6A 2022-09-26 2022-09-26 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计 Active CN115628786B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211180270.6A CN115628786B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211180270.6A CN115628786B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115628786A CN115628786A (zh) 2023-01-20
CN115628786B true CN115628786B (zh) 2023-06-23

Family

ID=84905175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211180270.6A Active CN115628786B (zh) 2022-09-26 2022-09-26 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115628786B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016029508A1 (zh) * 2014-08-27 2016-03-03 南京南瑞集团公司 一种多声路并行同步测流的超声波流量计及流量测量方法
CN105698884A (zh) * 2016-03-07 2016-06-22 上海电气自动化设计研究所有限公司 一种时差式超声波流量计改进的测量方法
CN113917184A (zh) * 2021-09-03 2022-01-11 新开普电子股份有限公司 一种超声波测速方法及装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5113343B2 (ja) * 2006-04-28 2013-01-09 東京計装株式会社 超音波流量計
CN105157771B (zh) * 2015-07-03 2018-04-03 中国矿业大学 一种时差式超声波流量测量方法及装置
CN107860430B (zh) * 2017-10-19 2020-04-07 西安安森智能仪器股份有限公司 一种基于时差法的超声波气体流量计时间差测量方法
CN214583449U (zh) * 2021-06-09 2021-11-02 河北大学 一种高精度宽量程的超声流量测量装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016029508A1 (zh) * 2014-08-27 2016-03-03 南京南瑞集团公司 一种多声路并行同步测流的超声波流量计及流量测量方法
CN105698884A (zh) * 2016-03-07 2016-06-22 上海电气自动化设计研究所有限公司 一种时差式超声波流量计改进的测量方法
CN113917184A (zh) * 2021-09-03 2022-01-11 新开普电子股份有限公司 一种超声波测速方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115628786A (zh) 2023-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2702666C (en) A method and system for detecting deposit buildup within an ultrasonic flow meter
JP2006030041A (ja) クランプオン型ドップラー式超音波流速分布計
RU2378620C2 (ru) Способ определения объемного или весового расхода среды
US8229695B2 (en) Meter electronics and methods for geometric thermal compensation in a flow meter
WO2012086156A1 (ja) 超音波流量計
US20150043612A1 (en) Method for heat quantity measurement with an ultrasonic, flow measuring device
US7412902B2 (en) Device for determination and/or monitoring of the volumetric and/or mass flow of a medium and having coupling element including two element portions
CN115628786B (zh) 一种超声波流量测量方法及利用该方法的流量计
Raišutis Investigation of the flow velocity profile in a metering section of an invasive ultrasonic flowmeter
JP2002520583A (ja) マルチコード流量計
JP5282955B2 (ja) 超音波流量計の補正方法、及び超音波流量計
CN115638846A (zh) 基于声速追踪的超声波流量测量方法及用该方法的流量计
JP2002340644A (ja) 超音波流量／流速測定装置および流量／流速測定方法
US20230051187A1 (en) Method of correcting flow meter variable
JPH0447770B2 (zh)
EP1135670A1 (en) Device for temperature compensation in an acoustic flow meter
JP2010261872A (ja) 超音波流量計
CN111473827B (zh) V形声道零飘消除方法
JP3103264B2 (ja) 超音波流量計
CN114485863A (zh) 超声波水表的流量误差校正方法、系统、计算机及介质
KR101324574B1 (ko) 건식 단회선 초음파 유량계 및 그 보정정보 산출 방법
RU2800929C1 (ru) Способ корректировки переменной расходомера
CN116878624A (zh) 多声道超声波气体流量计的测量方法、装置、电子设备
CN112393787B (zh) 一种基于相对位移的超声时间溯源方法
RU2386931C2 (ru) Способ определения параметров потока многофазной среды и ультразвуковой расходомер для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant