CN1758031A - 用于测量流体流量的方法及其专用的声阻流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量流体流量的方法及其专用的声阻流量计，本发明的测量流体流量的方法是通过下述步骤实现的：声阻传感器向流体中发射声波的同时，感收流体对所发射声波的声阻抗，并把声阻抗信号转化为声电阻信号，声电阻信号经过测量电路转换为电压信号，电压信号经过前置放大器、相敏检波和过滤器的处理传输给指示器进行流量指示。本发明的专用声阻流量计包括振荡器、模拟开关、采样脉冲发生器、声阻传感器、前置放大器、相敏检波电路、滤波器和指示器。本发明涉及测量仪器适合流体的质量流量测量，其结构简单，测量结果精确，且使用方便。

Description

用于测量流体流量的方法及其专用的声阻流量计

技术领域

本发明涉及一种利用声波测量流体质量流量的测量方法并涉及一种该方法专用的声阻流量计。

背景技术

流体质量流量的测量是现代工业生产和贸易活动中经常遇到的测量项目。质量流量的测量目前采用的方法有直接测量法和间接测量法。属于直接测量法的测量仪器主要有两种：一种是差压式质量流量计，一种是哥力奥利力式流量计。这两种直接式质量流量计的共同特点是都具有机械运动部件，结构复杂，因而妨碍了其在工业生产中的普遍应用。

属于间接法进行质量流量的测量是由一体积流量计测出流体的体积流量，并由另一密度计实时测出流体的密度，然后计算出流体的质量流量，由于流体的密度是随着流体的温度、压强等因素的变化而变化，所以测量系统也较复杂，实现难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对流体的声阻的测量来实现对流体流量的直接测量的测量流体质量流量的测量方法及其专用的声阻流量计，测量仪器结构简单，而且在当测量管路管径发生变化时能够有效的减小测量误差，且使用方便。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段实现的。

用于测量流体流量的方法，该方法包括以下步骤：

(a)声阻传感器沿与流体流速v的速度正向和与流体流速v的速度反向发射声波；

(b)在发射声波过程中，声阻传感器感收流体对正向声波的正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2，并将正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2转换为正向声电阻信号和反向声电阻信号，并得到正向声电阻信号和反向声电阻信号的差值ΔR_S；

(c)将电阻信号ΔR_S通过测量电路转换成电压信号U_C：

当测量电路由一个正向声阻传感器与一个反向声阻传感器串联并和另外两个电阻相等的串联电路电阻并联在电压两端组成半桥测量电路时，电桥激励电流采用交流恒流源I，流体流速为v，当v＝0时，u_c＝0；当v≠0时，

u_c＝2I_s*ΔR_S  由ΔR_S＝ΔS_RK_Z，可知：

u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z  ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)

其中，K_Z-声阻传感器的声电阻与声阻的变换系数；

ΔS_R-流动流体介质相对静止时对声源声发射的声阻增量；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

当测量电路由两个正向声阻传感器和两个负向声阻传感器组成，且四个传感器性能参数均相同，四个声阻传感器串在一起组成全桥式测量电路时，电桥激励电源采用交流恒流源I，R_S1、R_S1’分别为流体对两正向声阻传感器产生的声电阻；R_S2、R_S2’分别为流体对两反向声阻传感器产生的声电阻。流过两个串联电路中的声阻传感器的电流同为稳恒激励交流电流I_S，且I_S＝I/2。当流体流速v＝0时，R_S1＝R_S2＝R_S1’＝R_S2’，则输出量u_c＝0；当流体流速为v(v≠0)时，四个换能器声电阻发生变化，其变化量为

ΔR_S1＝ΔR_S1’＝-ΔR_S2＝-ΔR_S2’＝ΔR_S

根据电桥特性，则输出量为：

u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z    ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)式中，K_Z-声电阻与声阻的变换系数。

ΔS_R-正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2声阻差；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

(d)将电压信号U_C转换成流体的质量流量q_m，

当u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z  即ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_cA/(2I_sK_Z)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

当u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z   即ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_c/(4K_ZI_S)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

用于测量流体流量的方法，该方法还可以由以下步骤组成：

(a)声阻传感器沿与流体流速v的速度正向和与流体流速v的速度反向发射声波；

(b)在发射声波过程中，声阻传感器感收流体对正向声波的正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2，并将正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2转换为正向声电阻信号和反向声电阻信号，并得到正向声电阻信号和反向声电阻信号的差值ΔR_S；

(c)将电阻信号ΔR_S通过测量电路转换成电压信号U_C：

当测量电路由一个正向声阻传感器(1)与一个反向声阻传感器(2)串联并和另外两个电阻相等的串联电路电阻并联在电压两端组成的半桥测量电路时，电桥激励电流采用交流恒流源I，流体流速为v，当v＝0时，u_c＝0；当v≠0时，

u_c＝2I_s*ΔR_S  由ΔR_S＝ΔS_RK_Z，可知：

u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z  ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)

其中，K_Z-声阻传感器的声电阻与声阻的变换系数；

ΔS_R-流动流体介质相对静止时对声源声发射的声阻增量；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

当测量电路由两个正向声阻传感器和两个负向声阻传感器组成，且四个传感器性能参数均相同，四个声阻传感器串在一起组成全桥式测量电路时，电桥激励电源采用交流恒流源I，R_S1、R_S1’分别为流体对两正向声阻传感器产生的声电阻；R_S2、R_S2’分别为流体对两反向声阻传感器产生的声电阻。流过两个串联电路中的声阻传感器的电流同为稳恒激励交流电流I_S，且I_S＝I/2。当流体流速v＝0时，R_S1＝R_S2＝R_S1＝R_S2’，则输出量u_c＝0；当流体流速为v(v≠0)时，四个换能器声电阻发生变化，其变化量为

ΔR_S1＝ΔR_S1’＝-ΔR_S2＝-ΔR_S2’＝ΔR_S

根据电桥特性，则输出量为：

u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z   ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)

式中，K_Z-声电阻与声阻的变换系数。

ΔS_R-正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2声阻差；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

(d)将电压信号U_C转换成流体的质量流量q_m，

当u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z  即ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_cA/(2I_sK_Z)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

当u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z   即ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_c/(4K_ZI_S)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

(e)经过向流体中发射一定时间为t₁的声波后，经过一定时间t₂的中断，即声阻传感器向流体中发射声波的周期为T，

T＝t₁+t₂且

t₁≥2L/c

t₂＞t₁

L-测量段长度；c-声速；

(f)重复步骤(a)到(e)。

用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，包括振荡器、恒流电路、能够沿与流体流速正向发射声波的正向声阻传感器和能够沿与流体流速的反向发射声波的与正向声阻传感器性能参数相一致的反向声阻传感器、由正、反向声阻传感器组成的测量电路、前置放大器、相敏检波电路、滤波器、射极跟随器和指示器，振荡器的输出端与恒流电路输入端相连，所述的正、反向声阻传感器串联在一起并组成桥式测量电路，恒流电路的输出端同时与测量电路和相敏检波电路的输入端相连，测量电路的电压输出端与前置放大器的输入端相连，前置放大器的信号输出端与相敏检波电路的信号输入端相连，相敏检波电路的信号输出端与滤波器的信号输入端相连，滤波器的信号输出端与指示器的信号输入端相连。

此用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计中，正、反向声阻传感器各为一个，且在所述的桥式测量电路中还设有两个阻值相等的电阻R₁和R₂，R₁、R₂串联在一起，并与两个相串联的正、反向传感器组成半桥式测量电路并连接在恒流电路的输出端。

此用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计中，正、反声阻传感器还可以各为两个，且四个传感器性能参数相同，此四个声阻传感器连接在一起组成全桥式测量电路并连接在恒流电路的输出端。

此用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计中，在恒流电路的输出端与测量电路的输入端和相敏检波器的输入端之间还可以连接有模拟开关，模拟开关的信号输入端连接有一采样脉冲发生器。

此用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计中振荡器由振荡电路、跟随器组成，振荡电路中，电源的正极通过负载电阻R₃与三极管BG₁的集电极相连，分压电阻R₁和R₂串联，且R₁和R₂的连接点与三极管BG₁的基极相连，电阻R₄与电容C₁并联，并与三极管BG₁的发射极串联，谐振电容C2与C3串联后与谐振电惑线圈L并联，且一端与三极管BG₁的集电极相连，三极管BG₁的发射极与电容C₂和C₃的连接点相连；跟随器的三极管BG₂的集电极与电源正极相连，基极与负载电阻R₃和三极管BG₁集电极的连接点相连，发射极通过电阻R₅接地；所述的恒流电路(8)中场效应管T₁的栅极通过偏置电阻R₁₈与电源正极极相连，偏极通过耦合电容C₄连接于三极管BG₂和电阻R₅的接点，源极与电流采样电阻R₆相连，隔离放大器IC₁的两输入端分别连接在电流采样电阻R₆的两端，其输出端通过整流二极管D₁与反馈电阻R₈相连，并与偏置电阻R₁₈组成一回路；所述的测量电路(13)是由声阻传感器(1)(2)组成的桥式测量电路，其做为恒流电流的输入端与采样电阻R₆的输出端相连；前置放大器(4)中放大器IC₂的负输入端和正向输入端分别通过电组R₁₁、耦合电容C₈以及电阻R₁₂与测量电路(13)的两输出端相连，反馈电阻R₁₄连接于放大器IC₂的负输入端与输出端；所述的相敏检波电路(5)的场效应管T₃的栅极与采样电阻R₆的输出端相连，偏极与放大器IC₂的输出端相连，源极通过负载电阻R₁₅接地；滤波器(6)中，电容C₉通过滤波电阻R₁₆场效应管T3的源极相连；射极跟随器(9)的基极与电阻R₁₆的输出端相连，集电极与电源的正极相连，发射极同时与负载电阻R₁₇和指示器(7)的输入端相连。

此测量流体流量的方法专用的声阻流量计中，采样脉冲发生器(9)主要由多谐振荡器组成，多谐振荡器由两个与非门G₁、G₂和两个可调电阻R₉、R₁₀以及两个电容C₆、C₇组成，R₉、R₁₀、分别并联于与非门G₁、G₂的输出与输入端，耦合电容C₆、C₇分别连接于一个与非门的输出端与另一与非门的输入端，所述的模拟开关(8)中场效应管T₂的偏极与采样电阻R₆的输出端相连，栅极与与非门G₂的输出端相连，源极与测量电桥的输入端、场效应管T₃的栅极相连。

当采用一对正、反向声阻传感器时，RS₁和RS₂分别是所述的正、反向声阻传感器的声电阻，其中一个声电阻与电阻R₁的连接点与电阻R₆的输出端相连，两声电阻的连接点与两电阻R₁、R₂的连接点构成电压的两个输出端。

当采用两对正、反向声阻传感器时，RS₁、RS_1’、RS₂、RS_2’分别是所述的正、反向声电阻传感器(1)(1’)(2)(2’)的声电阻，其中一对正、反向声电阻的连接点与电阻R₆的输出端相连，此对中的正向声电阻与另外一个反向声电阻的连接点与此对中反向声电阻与另外一个正向声电阻构成电压的两个输出端。

本发明采用通过测量流动的流体相对其静止时对声源所表现出的声阻的增量来进行流体流束的流量的测量，此流量计结构简单，使用方便，测量不受流体压力温度变化的影响，由于采用脉冲发生器对流体进行间歇发射声波，从而进行间歇测量，使得对于测量管路管径发生变化时，可消除由于在测量管断与非测量管断管径变化处产生的反射波对声波的影响，使得测量结果更为精确。

附图说明

下面结合附图对本发明的的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的专用的声阻流量计的电路原理图；

图2为本发明测量流体流量的方法的程序框图；

图3为本发明声阻传感器为两个时在测量管段内的安置图；

图4为本发明声阻传感器为两个时的测量电路图；

图5为本发明声阻传感器为四个时再测量管段内的安置图；

图6为本发明声阻传感器为四个时的测量电路图；

图7为本发明采用间歇发射声波时的原理说明图；

图8为本发明采用间歇发射声波时的波形图。

具体实施方式

一、本发明用于测量流体流量的方法的具体实施方式：

实施方式一：

a、选择好用一对性能参数相同的正、反向声阻传感器或两对性能参数相同的正、反向传感器，由声阻传感器沿与流体流速v的速度正向和与流体流速v的速度反向发射声波；

b、在发射声波过程中，声阻传感器感收流体对正向声波的正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2，并将正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2转换为正向声电阻信号和反向声电阻信号，并得到正向声电阻信号和反向声电阻信号的差值ΔR_S；

c、根据图4和图6所示的测量电路图，将电阻信号ΔR_S通过测量电路(13)转换成电压信号U_C：

当测量电路(13)由一个正向声阻传感器(1)与一个反向声阻传感器(2)串联并和另外两个电阻相等的串联电路电阻并联在电压两端组成的半桥转换电路时，电桥激励电源采用交流恒流源I，流体流速为v，当v＝0时，u_c＝0；当v≠0时，

u_c＝2I_s*ΔR_S  由ΔR_S＝ΔS_RK_Z，可知：

u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z    ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)

其中，K_Z-声阻传感器的声电阻与声阻的变换系数；

ΔS_R-流动流体介质相对静止时对声源声发射的声阻增量；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

当测量电路(13)由两个正向声阻传感器(1)(1’)和两个反向声阻传感器(2)(2’)组成，且四个传感器性能参数均相同，传感器(1)(2)串联并与串联在一起的传感器(1’)(2’)组成的全桥式测量电路时，电桥激励电源采用交流恒流源I，R_S1、R_S1’分别为流体声阻两正向声阻传感器产生的声电阻；R_S2、R_S2’分别为流体对两反向声阻传感器产生的声电阻。流过两个串联电路中的声阻传感器的电流同为稳恒激励交流电流I_S，且I_S＝I/2。当流体流速v＝0时，R_S1＝R_S2＝R_S1’＝R_S2’，则输出量u_c＝0；当流体流速为v(v≠0)时，四个换能器声电阻发生变化，其变化量为

ΔR_S1＝ΔR_S1’＝-ΔR_S2＝-ΔR_S2’＝ΔR_S

根据电桥特性，则输出量为：

u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z  ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)

式中，K_Z-声电阻与声阻的变换系数。

ΔS_R-正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2声阻差；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

d、将电压信号U_C转换成流体的质量流量q_m，

当u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z即ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_cA/(2I_sK_Z)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

当u_c＝4I_SΔR_S＝4I_SΔS_RK_Z即ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_c/(4K_ZI_S)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

实施方式二：

a、选择好用一对性能参数相同的正、负声阻传感器或两对性能参数相同的正、负传感器，由声阻传感器沿与流体流速v的速度正向和与流体流速v的速度反向发射声波；

b、在发射声波过程中，声阻传感器感收流体对正向声波的正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2，并将正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2转换为正向声电阻信号和反向声电阻信号，并得到正向声电阻信号和反向声电阻信号的差值ΔR_S；

c、根据图4和图6所示的测量电路图，将电阻信号ΔR_S通过测量电路(13)转换成电压信号U_C：

当测量电路(13)由一个正向声阻传感器(1)与一个反向声阻传感器(2)串联并和另外两个电阻相等的串联电路电阻并联在电压两端组成的半桥转换电路时，流体流速为v，当v＝0时，u_c＝0；当v≠0时，

u_c＝2I_s*ΔR_S  由ΔR_S＝ΔS_RK_Z，可知：

u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z    ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)

其中，K_Z-声阻传感器的声电阻与声阻的变换系数；

ΔS_R-流动流体介质相对静止时对声源声发射的声阻增量；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

当测量电路(13)由两个正向声阻传感器(1)(1’)和两个反向声阻传感器(2)(2’)组成，且四个传感器性能参数均相同，传感器(1)(2)串联并与串联在一起的传感器(1’)(2’)组成的全桥式测量电路时，电桥激励电源采用交流恒流源I，R_S1、R_S1’分别为流体声阻两正向声阻传感器产生的声电阻；R_S2、R_S2’分别为流体对两反向声阻传感器产生的声电阻。流过两个串联电路中的声阻传感器的电流同为稳恒激励交流电流I_S，且I_S＝I/2。当流体流速v＝0时，R_S1＝R_S2＝R_S1’＝R_S2’，则输出量u_c＝0；当流体流速为v(v≠0)时，四个换能器声电阻发生变化，其变化量为

ΔR_S1＝ΔR_S1’＝-ΔR_S2＝-ΔR_S2’＝ΔR_S

根据电桥特性，则输出量为：

u_c＝4IS ΔR_S＝4I_SΔS_RK_Z    ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)

式中，K_Z-声电阻与声阻的变换系数。

ΔS_R-正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2声阻差；

I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

d、将电压信号U_C转换成流体的质量流量q_m，

当u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z  即ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_cA/(2I_sK_Z)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

当u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z  即ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_c/(4K_ZI_S)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

e、根据图7、图8所示的间歇发射声波的方法，经过向流体中发射一定时间为t₁的声波后，经过一定时间t₂的中断。即声阻传感器向流体中发射声波的周期为T，

T＝t₁+t₂且

t₁≥2L/c

t₂＞t₁

L-测量段长度；c-声速；

(f)重复步骤(a)和(e)。

二、本发明用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计的具体实施方式：

根据图2所示的测量流体流量的方法的程序框图可知：声阻流量计包括振荡器(3)、恒流电路(8)、能够沿与流体流速的正向发射声波的正向声阻传感器(1)和能够沿与流体流速的反向发射声波的与正向声阻传感器性能参数相一致的反向声阻传感器(2)、由正、反向声阻传感器(1)(2)组成的测量电路(13)、前置放大器(4)、相敏检波电路(5)、滤波器(6)、射极跟随器(9)和指示器(7)，振荡器(3)的输出端与恒流电路(8)的输入端相连，所述的正、负声阻传感器(1)(2)串联在一起组成桥式测量电路(13)，恒流电路(8)的输出端同时与测量电路(13)和相敏检波电路(5)的输入端相连，测量电路(13)的电压输出端与前置放大器(4)的输入端相连，前置放大器(4)的信号输出端与相敏检波电路(5)的信号输入端相连，相敏检波电路(5)的信号输出端与滤波器(6)的信号输入端相连，滤波器(6)的信号输出端与指示器(7)的信号输入端相连。

根据图1所示的次声阻流量计的电路原理图可知，振荡器(3)由振荡电路、跟随器组成，振荡电路中，电源的正极通过负载电阻R₃与三极管BG₁的集电极相连，分压电阻R₁和R₂串联，且R₁和R₂的连接点与三极管BG₁的基极相连，电阻R₄与电容C₁并联，并与三极管BG₁的发射极串联，谐振电容C2与C3串联后与谐振电惑线圈L并联，且一端与三极管BG₁的集电极相连，三极管BG₁的发射极与电容C₂和C₃的连接点相连；跟随器的三极管BG₂的集电极与电源正极相连，基极与负载电阻R₃和三极管BG₁集电极的连接点相连，发射极通过电阻R₅接地；所述的恒流电路(8)中场效应管T₁的栅极通过偏置电阻R₁₈与电源正极相连，偏极通过耦合电容C₄连接于三极管BG₂和电阻R₅的接点，源极与电流采样电阻R₆相连，隔离放大器IC₁的两输入端分别连接在电流采样电阻R₆的两端，其输出端通过整流二极管D₁与反馈电阻R₈相连，并与偏置电阻R₁₈组成一回路；所述的测量电路(13)是由声阻传感器(1)(2)组成的桥式测量电路，其做为恒流电流的输入端与采样电阻R₆的输出端相连；前置放大器(4)中放大器IC₂的负输入端和正向输入端分别通过电组R₁₁、耦合电容C₈以及电阻R₁₂与测量电路(13)的两输出端相连，反馈电阻R₁₄连接于放大器IC₂的负输入端与输出端；所述的相敏检波电路(5)的场效应管T₃的栅极与采样电阻R₆的输出端相连，偏极与放大器IC₂的输出端相连，源极通过负载电阻R₁₅接地；滤波器(6)中，电容C₉通过滤波电阻R₁₆场效应管T3的源极相连；射极跟随器(9)的基极与电阻R₁₆的输出端相连，集电极与电源的正极相连，发射极同时与负载电阻R₁₇和指示器(7)的输入端相连。当采用采样脉冲发生器(9)时，采样脉冲发生器(9)主要由多谐振荡器组成，多谐振荡器由两个与非门G₁、G₂和两个可调电阻R₉、R₁₀以及两个电容C₆、C₇组成，R₉、R₁₀、分别并联于与非门G₁、G₂的输出与输入端，耦合电容C₆、C₇分别连接于一个与非门的输出端与另一与非门的输入端，所述的模拟开关(8)中场效应管T₂的偏极与采样电阻R₆的输出端相连，栅极与与非门G₂的输出端相连，源极与测量电桥的输入端、场效应管T₃的栅极相连。

根据图3、图4可知，当采用一对正、反向声阻传感器时，RS₁和RS₂分别是所述的正、反向声阻传感器的声电阻，其中一个声电阻与电阻R₁的连接点与电阻R₆的输出端相连，两声电阻的连接点与两电阻R₁、R₂的连接点构成电压的两个输出端。

根据图5、图6可知，当采用两对正、反向声阻传感器时，RS₁、RS_1’、RS₂、RS_2’分别是所述的正、反向声电阻传感器(1)(1’)(2)(2’)的声电阻，其中一对正、反向声电阻的连接点与电阻R₆的输出端相连，此对中的正向声电阻与另外一个反向声电阻的连接点与此对中反向声电阻与另外一个正向声电阻构成电压的两个输出端。

在使用过程中，将正、反向声阻传感器放置在被测管路的管内或管外，由振荡器的振荡电路产生振荡电信号，振荡电信号经过恒流电路产生恒流交流激励信号，从而激励测量电路中声阻传感器产生声波，并提供测量电路中所需的恒流源，测量电路中的声阻传感器在发射声波的同时感受流体对声波的声阻抗，并把声阻抗信号转化为声电阻信号，声电阻信号通过测量电路转化成电压信号，电压信号经过前置放大器进行信号放大处理，经过放大后的信号经过相敏检波电路后，将携带有流量信息的交流载波信号进行解调，转变成带有流量信息的直流电压信号，直流电压信号经过滤波器，滤除残余载波信号，通过指示器进行指示。

当测量管断在管径不变而且有限长的情况下，可以根据测量管段的测量点与管径变化点之间的长度级L，根据t1和t2之间的关系且T＝t1+t2，确定声波发射周期T，，从而确定采用脉冲发生器的脉冲控制周期和模拟开关进行间歇测量的周期，此时，模拟开关根据间歇测量周期T控制恒源电路向测量电路和相敏检波电路发射信号的开闭，从而实现间歇测量。

Claims (10)

1、用于测量流体流量的方法，该方法包括以下步骤：

(a)声阻传感器沿与流体流速v的速度正向和与流体流速v的速度反向发射声波；

(b)在发射声波过程中，声阻传感器感收流体对正向声波的正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2，并将正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2转换为正向声电阻信号和反向声电阻信号，并得到正向声电阻信号和反向声电阻信号的差值ΔR_S；

(c)将电阻信号ΔR_S通过测量电路(13)转换成电压信号U_C：

当测量电路(13)由一个正向声阻传感器(1)与一个反向声阻传感器(2)串联并和另外两个电阻相等的串联电路电阻并联在电压两端组成的半桥测量电路(13)时，电桥激励电源采用交流恒流源I，流体流速为v，当v＝0时，u_c＝0；当v≠0时，

u_c＝2I_s*ΔR_S  由ΔR_S＝ΔS_RK_Z，可知：

        u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z     ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)

其中，K_Z-声阻传感器的声电阻与声阻的变换系数；

      ΔS_R-流动流体介质相对静止时对声源声发射的声阻增量；

      I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

当测量电路(13)由两个正向声阻传感器(1)(1’)和两个负向声阻传感器(2)(2’)组成，且四个传感器性能参数均相同，传感器(1)(2)串联并与串联在一起的传感器(1’)(2’)组成的全桥式测量电路(13)时，电桥激励电源采用交流恒流源I，R_S1、R_S1’分别为流体对两正向声阻传感器产生的声电阻；R_S2、R_S2’分别为流体对两逆向声阻传感器产生的声电阻。流过两个串联电路中的声阻传感器的电流同为稳恒激励交流电流I_S，且I_S＝I/2。当流体流速v＝0时，R_S1＝R_S2＝R_S1’＝R_S2’，则输出量u_c＝0；当流体流速为v(v≠0)时，四个换能器声电阻发生变化，其变化量为

       ΔR_S1＝ΔR_S1’＝-ΔR_S2＝-ΔR_S2’＝ΔR_S

根据电桥特性，则输出量为：

       u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)

式中，K_Z-声电阻与声阻的变换系数。

     ΔS_R-正向声阻信号S_R1和反向声阻信号S_R2声阻差；

     I_s-正向声阻传感器和反向声阻传感器串联路段的电流；

(d)将电压信号U_C转换成流体的质量流量q_m，

当u_c＝2I_s*ΔS_RK_Z 即 ΔS_R＝u_c/(2I_sK_Z)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔS_RA＝u_cA/(2I_sK_Z)

其中，A-测量段流束的有效横截面积；

当u_c＝4I_S ΔR_S＝4I_S ΔS_RK_Z 即ΔS_R＝u_c/(4K_ZI_S)时，

根据q_m＝ρvA＝ΔSR_A＝u_c/(4K_ZI_S)

其中，A-测量段流束的有效横截面积。

2、根据权利要求1所述的用于测量流体流束的质量流量的方法，其特征在于：在步骤(f)后进一步由以下步骤组成：

(e)经过向流体中发射一定时间为t₁的声波后，经过一定时间t₂的中断，即声阻传感器向流体中发射声波的周期为T，

                 T＝t₁+t₂且

                 t₁≥2L/c

                 t₂＞t₁

L-测量段长度；c-声速；

(f)重复步骤(a)至(e)。

3、用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：所述的声阻流量计包括振荡器(3)、恒流电路(8)、能够沿与流体流速的正向发射声波的正向声阻传感器(1)和能够沿与流体流速的反向发射声波的与正向声阻传感器性能参数相一致的反向声阻传感器(2)、由正、反声阻传感器(1)(2)组成的测量电路(13)、前置放大器(4)、相敏检波电路(5)、滤波器(6)、射极跟随器(9)和指示器(7)，振荡器(3)的输出端与恒流电路(8)的输入端相连，所述的正、反声阻传感器(1)(2)串联在一起组成桥式测量电路(13)，恒流电路(8)的输出端同时与测量电路(13)和相敏检波电路(5)的输入端相连，测量电路(13)的电压输出端与前置放大器(4)的输入端相连，前置放大器(4)的信号输出端与相敏检波电路(5)的信号输入端相连，相敏检波电路(5)的信号输出端与滤波器(6)的信号输入端相连，滤波器(6)的信号输出端与指示器(7)的信号输入端相连。

4、根据权利要求3所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：所述的正、反声阻传感器(1)(2)各为一个，且在所述的桥式测量电路中还设有两个阻值相等的电阻R₁和R₂，R₁、R₂串联在一起，并与两个相串联的正、反传感器(1)(2)组成半桥式测量电路(13)并连接在恒流电路(8)的输出端。

5、根据权利要求3所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：所述的正、反声阻传感器(1)(2)各为两个相同的传感器(1)(1’)(2)(2’)，正、反向声阻传感器(1)(2)串联在一起，并与正、反传感器(1’)(2’)组成的串联电路组成全桥式测量电路(13)并连接在恒流电路(8)的输出端。

6、根据权利要求3所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：在恒流电路(8)的输出端与测量电路(13)和相敏检波电路(5)的输入端之间串接有模拟开关(8)，模拟开关(8)的信号输入端连接有一采样脉冲发生器(9)。

7、根据根据权利要求3所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：所述的振荡器(3)由振荡电路、跟随器组成，振荡电路中，电源的正极通过负载电阻R₃与三极管BG₁的集电极相连，分压电阻R₁和R₂串联，且R₁和R₂的连接点与三极管BG₁的基极相连，电阻R₄与电容C₁并联，并与三极管BG₁的发射极串联，谐振电容C2与C3串联后与谐振电惑线圈L并联，且一端与三极管BG₁的集电极相连，三极管BG₁的发射极与电容C₂和C₃的连接点相连；跟随器的三极管BG₂的集电极与电源正极相连，基极与负载电阻R₃和三极管BG₁集电极的连接点相连，发射极通过电阻R₅接地；所述的恒流电路(8)中场效应管T₁的栅极通过偏置电阻R₁₈与电源正极相连，偏极通过耦合电容C₄连接于三极管BG₂和电阻R₅的接点，源极与电流采样电阻R₆相连，隔离放大器IC₁两输入端分别连接在电流采样电阻R₆的两端，其输出端通过整流二极管D₁与反馈电阻R₈相连，并与偏置电阻R₁₈组成一回路；所述的测量电路(13)是由声阻传感器(1)(2)组成的桥式测量电路，其做为恒流电流的输入端与采样电阻R₆的输出端相连；前置放大器(4)中放大器IC₂的负输入端和正向输入端分别通过电组R₁₁、耦合电容C₈以及电阻R₁₂与测量电路(13)的两输出端相连，反馈电阻R₁₄连接于放大器IC₂的负输入端与输出端；所述的相敏检波电路(5)的场效应管T₃的栅极与采样电阻R₆的输出端相连，偏极与放大器IC₂的输出端相连，源极通过负载电阻R₁₅接地；滤波器(6)中，电容C₉通过滤波电阻R₁₆场效应管T3的源极相连；射极跟随器(9)的基极与电阻R₁₆的输出端相连，集电极与电源的正极相连，发射极同时与负载电阻R₁₇和指示器(7)的输入端相连。

8、根据权利要求6所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：所述的采样脉冲发生器(9)主要由多谐振荡器组成，多谐振荡器由两个与非门G₁、G₂和两个可调电阻R₉、R₁₀以及两个电容C₆、C₇组成，R₉、R₁₀、分别并联于与非门G₁、G₂的输出与输入端，耦合电容C₆、C₇分别连接于一个与非门的输出端与另一与非门的输入端，所述的模拟开关(8)中场效应管T₂的偏极与采样电阻R₆的输出端相连，栅极与与非门G₂的输出端相连，源极与测量电桥的输入端、场效应管T₃的栅极相连。

9、根据权利要求4所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：RS₁和RS₂分别是所述的正、反向声阻传感器的声电阻，其中一个声电阻与电阻R₁的连接点与电阻R₆的输出端相连，两声电阻的连接点与两电阻R₁、R₂的连接点构成电压的两个输出端。

10、根据权利要求5所述的用于测量流体流量的方法专用的声阻流量计，其特征在于：RS₁、RS_1’、RS₂、RS_2’分别是所述的正、反向声电阻传感器(1)(1’)(2)(2’)的声电阻，其中一对正、反向声电阻的连接点与电阻R₆的输出端相连，此对中的正向声电阻与另外一个反向声电阻的连接点与此对中反向声电阻与另外一个正声电阻的连接点构成电压的两个输出端。

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