CN202693089U

CN202693089U - 现场超声流量计声速检测装置

Info

Publication number: CN202693089U
Application number: CN 201220364473
Authority: CN
Inventors: 王池; 李文学; 孟涛; 李友平; 张亮
Original assignee: National Institute of Metrology; China Three Gorges Corp
Current assignee: National Institute of Metrology; China Three Gorges Corp
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-26

Abstract

本实用新型公开一种现场超声流量计声速检测装置，包括：水槽，其具有收纳空间；第一滑轨系统和第二滑轨系统，所述第一滑轨系统和第二滑轨系统位于所述水槽的收纳空间中；一对标准超声探头，分别位于第一滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；一对被测超声探头，分别位于第二滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；其特征在于：在一对标准超声探头之间具有的第一距离，在一对被测标准超声探头之间具有的第二距离，所述一对标准超声探头通过线路与标准流量计主机连接，所述一对被测超声探头通过线路与被测流量计主机连接。该装置可广泛适用于现场超声流量计产品的通用性时间测量准确度检测装置，且具有较高的计量准确性。

Description

现场超声流量计声速检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，尤特别是超声流量计的声速测量检测装置，使用该装置可以对超声流量计的时间测量准确性进行检测、校准。

背景技术

超声流量计被广泛用于流量测量领域，特别是在大口径管道水流量(如水电站)、方涵流量以及明渠流量测量等方面，已成为主要测量手段。流量计的准确度往往是使用者最为关心的技术指标。对于超声流量计计量性能的检测方法通常包含2大类：实流标定及非实流标定。

实流标定是目前较为通用的检测方法，它是使用流量标准装置，产生并得到标准流量信号，通过与被测流量计示值对比进行检测，该方法具有较高准确度，但该方法受限于流量标准装置的测量范围及安装条件，一般对于管径超过3m流量计、需现场安装换能器的流量计及非圆管型流量计无法进行检测；另外，实流标定需要在实验室进行，成本相对较高，对于流量计生产企业大规模的出厂检测经济压力较大。

非实流标定是近年来发展起来的一项超声流量计检测技术，是通过校准超声流量计计算公式(1)中的各个分量及计算公式的准确性来检测和校准流量计，需校准分量包括超声传播平均时间

\overset{&OverBar;}{v_{i}} = \frac{L_{i}}{2 \cos φ_{i}} (\frac{1}{t_{u, i}} - \frac{1}{t_{d, i}}) \approx \frac{L_{i}}{2 \cos φ_{i}} \frac{Δ t_{i}}{{\overset{&OverBar;}{t_{i}}}^{2}} - - - (1)

一般超声流量计都不直接给出平均时间量，但通常会给出实测声速值。在超声流量计探头间距测量准确的前提下，经计算可知流量计的时间测量相对误差为声速测量相对误差的相反数。因此可以通过检测和校准超声流量计声速测量数据来实现对其传播平均时间

的检测和校准。

\frac{δ t_{i}}{t_{c, i}} = \frac{\overset{&OverBar;}{t_{i}} - t_{c, i}}{t_{c, i}} \approx \frac{\overset{&OverBar;}{t_{i}} - t_{c, i}}{\overset{&OverBar;}{t_{i}}} = 1 - \frac{L_{c, i}}{\overset{&OverBar;}{t_{i}} c_{t}} = - \frac{δc}{c_{t}} - - - (2)

为流量计测得传播时间，t_c，i超声在水中传播的真实时间，其中L_c，i为校准后探头间的距离，c_t是理论声速。

目前专利中涉及的分量检测方法均为针对时间差Δt_i的检测方法，如“超声波流量计静态传输时间差实液标定装置”(CN1389711A)、“超声波流量计的干校验方法及其装置”(CN1172948A)，并无针对超声传播平均时间

的检测和校准方法。

目前现场超声流量计声速校准并未使用检测校准装置，在现场流量计的声速数据可以直接读取，标准声速一般通过从排水口取水，利用测量的水温按照纯水声速理论公式计算得到。但是现场管道中的水通常含有其它杂质，其实际声速与纯水理论声速有一定的差异，使检测结果可靠性降低。

发明内容

本实用新型的目的是一种新型现场超声流量计声速检测校准装置，能够实现现场高精度的流量计声速检测和校准。该检测装置可广泛适用于现场超声流量计产品的通用性时间测量准确度检测装置，且具有较高的计量准确性。

本实用新型提供了一种现场超声流量计声速检测装置，包括：水槽，其具有收纳空间；第一滑轨系统和第二滑轨系统，所述第一滑轨系统和第二滑轨系统位于所述水槽的收纳空间中；一对标准超声探头，分别位于第一滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；一对被测超声探头，分别位于第二滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；其特征在于：在一对标准超声探头之间具有的第一距离，在一对被测标准超声探头之间具有的第二距离，所述一对标准超声探头通过线路与标准流量计主机连接，所述一对被测超声探头通过线路与被测流量计主机连接。

其中，该水槽内具有液体，且该水槽为对液体温度进行控制的保温水槽。

其中，该水槽具有注水口和排水口。

其中，该装置进一步包括多个温度传感器，其分别探测水槽中不同位置处的液体温度，该多个温度传感器探测得到的温度数据输出到温度采集器。

其中，在所述滑动探头夹装机构的中部与固定探头夹装机构的中部均有半球型顶头。

其中，所述第一距离与第二距离相同。

其中，在相对的一对半球型顶头间设置有石英棒。

本实用新型的装置可以实现在现场对超声流量计进行高准确度的声速测量误差检测和校准工作。且具有较大的通用性，适用于不同厂家的流量计，解决了非实流校准中关键技术问题，可在计量检测机构及超声流量计生产厂家中推广使用。

附图说明

图1本实用新型的超声流量计检测装置示意图；

图2滑轨系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并结合实际实施例，对本实用新型进一步详细说明，下述的实施方式只是为了便于理解本实用新型，而不应当理解为对实用新型内容的具体限定。

如图1所示的装置包括一水槽1，该水槽1为密闭容器，优选该密闭容器为不锈钢或防腐、防潮类材料制成，在其内部具有预定的收纳空间，且在该水槽1上具有带开关的注水口2和带开关功能的排水口3，水槽1通过注水口2注入液体，当液体注满水槽1时，自动从该排水口3的位置处溢出，该被注入的液体可以是水或其它实际工业生产中需要通过流量管道输送的液体。该液体为能够通过超声流量计测速的一切合适的液体。

如图1所示，水槽1优选为能够对其中的液体温度进行控制的保温水槽，其可以避免在测量时产生过大的温度变化，影响测量的准确性，在该水槽1中设置有多个温度传感器，其分别探测水槽中不同位置处的液体温度，多个温度传感器探测得到的温度数据输出到温度采集器中。

在该水槽1中具有第一滑轨系统4和第二滑轨系统5，该第一滑轨系统4和第二滑轨系统5为具有很高直线度的轨道。在第一滑轨系统4的滑轨上具有1个滑动探头夹装机构12和1个固定探头夹装机构13，在滑动探头夹装机构12的顶部固定有超声探头6，在固定探头夹装机构13的顶部固定有超声探头7，其中该超声探头6和超声探头7为标准超声流量计探头，两个标准超声探头通过线路与标准流量计主机8连接。

在第二滑轨系统5的滑轨上具有1个滑动探头夹装机构14和1个固定探夹装机构15，在滑动探头夹装机构14的顶部固定有被超声探头9，在固定探头夹装机构15的顶部固定有被测超声探头10，其中该超声探头9和超声探头10为被测超声流量计探头，两个待测超声探头通过线路与被测流量计主机11连接。

其中，该固定探头夹装机构在滑轨上被固定在一预定位置，其位置保持固定不变，滑动探头夹装机构相对于固定探头夹装机构在滑轨上位置可相对发生移动，以图2所示滑轨系统4的水平方向为例，固定探头夹装机构13位于滑轨的右侧位置，滑动探头夹装机构12相对固定探头夹装机构13向左移动任意的预定距离；当然，作为图2中未示出的情况，固定探头夹装机构13位于滑轨的左侧位置，滑动探头夹装机构12可相对固定探头夹装机构13向右移动任意的预定距离；只要保证滑动探头夹装机构12与固定探头夹装机构13的滑动距离能够达到实验中所需的最大长度即可。对于滑轨系统5的结构与滑轨系统4相类似，不再赘述。

第一滑轨4和第二滑轨5上具有相类似的结构，对于具体的探头夹装机构来说，探头夹装机构的顶部为探头夹装板和探头锁紧螺栓，通过该夹装板可将超声流量计探头夹持定位，探头锁紧螺栓用于将超声流量计探头固定；在探头夹装机构的中部为半球型顶头，半球型顶头后部有弹簧，通过弹簧将该半球型顶头顶紧，且半球形顶头与探头夹装板间的相对位置不变；在滑动探头夹装机构下部为一滑块，可以使用锁紧螺栓将其固定在滑轨上。在所述滑动探头夹装机构与固定探头夹装机构相对的中部有半球型顶头，将固定探头夹装机构进行定位后，通过调整滑动探头夹装机构至预定位置处，使得所述滑动探头夹装机构与固定探头夹装机构相对的半球型顶头夹紧石英棒，该石英棒约10mm长，石英棒两端为平面，并且两平面具有极高的平行度，优选该石英棒可替换为其它的具有平整端面且具有精确长度的量具，使用石英棒装卡在滑动探头夹装机构与固定探头夹装机构间用于滑块间距的精确控制，将标准流量计的两探头放入探头夹装机构的探头夹装板中，将安装在滑动探头夹装机构与固定探头夹装机构上的两超声探头端面和另外一根两端面平行的约10mm长的石英棒两端贴合，并锁紧超声探头；此时，如果两根石英棒长度完全相同，则超声探头之间的距离与两个夹装机构之间的距离相同，超声探头之间的移动距离与夹装机构的移动距离同步，夹装机构在滑动轨道上的长度变化同步对应超声探头的长度变化；另外，如果两根石英棒的长度不完全相同时，通过两根短石英棒的长度差即可确定探头间距和探头夹装机构间距的相对差异。

在测量时，使用一根长约10mm的石英棒16夹装在固定探头夹装机构13和滑动探头夹装机构12之间，顶紧并将滑动探头夹装机构12固定在滑轨上；将标准流量计的超声探头6、7放入探头夹装机构的夹装板中，将两超声探头6、7的端面和另外一根两端面平行的约10mm长的石英棒两端贴合，并锁紧超声探头；此时通过两根短石英棒的长度差即可确定探头间距和探头夹装机构间距的相对差异。

之后，松开滑动探头夹装机构的锁紧螺栓，改变滑动探头夹装机构的位置，将一定长度的石英棒装卡在探头夹装机构12、13之间，顶紧锁死，通过两根短石英棒和此时夹装的石英棒可以计算出探头间的实际距离；按照同样的过程将被测超声流量计两超声探头9、10夹装在另外一根滑轨上并定位；从现场管道的注水口2引出超声流量计测量液体灌入恒温水箱中，当水箱灌满时打开排水口3继续充灌，直至恒温水箱中的水温变化小于0.1℃后，关闭进水阀和排水阀；等待恒温水箱内液体静止后开始测量，读取一段时间内被测流量计和标准流量计的声速数据，得到被测流量计的声速测量误差，从而得到其时间测量误差；改变恒温水箱中的液体温度，可以检测被测超声流量计在其它温度下的测量准确度。

在超声流量计的非实流校准中，对流量计的时间测量准确度进行检测和校准是一个重要的环节，通过设计的现场超声流量计声速检测装置可以实现在现场对超声流量计进行高准确度的声速测量误差检测和校准工作。

本实用新型的装置具有较大的通用性，适用于不同厂家的流量计，装置能够使用标准流量计对超声流量计的声速测量实现量值传递，具有较高准确度，解决了非实流校准中关键技术问题，可在计量检测机构及超声流量计生产厂家中推广使用。

本领域技术人员应该理解，本说明书中列举的具体实施方案或实施例，只不过是为了理解本实用新型的技术内容，在不背离本实用新型的主旨和范围的情况下，本实用新型在形式上和细节上可以进行多种改变，本领域技术人员能够根据具体的设计要求，对上述实施例中的各部件进行合理的选择和组合，以及在一定程度上进行的细节和形式上的变化，其依然将落在本实用新型所要求保护和公开的范围之内。

Claims

1.一种现场超声流量计声速检测装置，包括：水槽，其具有收纳空间；第一滑轨系统和第二滑轨系统，所述第一滑轨系统和第二滑轨系统位于所述水槽的收纳空间中；一对标准超声探头，分别位于第一滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；一对被测超声探头，分别位于第二滑轨系统的固定探头夹装机构和滑动探头夹装机构上；其特征在于：在一对标准超声探头之间具有的第一距离，在一对被测标准超声探头之间具有的第二距离，所述一对标准超声探头通过线路与标准流量计主机连接，所述一对被测超声探头通过线路与被测流量计主机连接。

2.如权利要求1所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：该水槽内具有液体，且该水槽为对液体温度进行控制的保温水槽。

3.如权利要求1所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：该水槽具有注水口和排水口。

4.如权利要求1所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：该装置进一步包括多个温度传感器，其分别探测水槽中不同位置处的液体温度，该多个温度传感器探测得到的温度数据输出到温度采集器。

5.如权利要求1所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：在所述滑动探头夹装机构的中部与固定探头夹装机构的中部均有半球型顶头。

6.如权利要求1所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：所述第一距离与第二距离相同。

7.如权利要求5所述的现场超声流量计声速检测装置，其特征在于：在相对的一对半球型顶头间设置有石英棒。