CN202814922U - 超声波检测甲烷浓度的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波检测甲烷浓度的检测装置，包括供待测气体流过的测量管，该测量管上固连有两个与测量管相连通的供测量管中的待测气体自由扩散的静速管，两静速管的长度相差两倍，在两个静速管上分别布置有用于在静速管中测量超声波传播速度的超声波换能器。本实用新型所提供的检测装置采用声波测量，可以同时避免受水汽或其他杂质的干扰，而采用双静速管的结构可以进一步得高测量精度。同时上述检测装置使用功耗小，可以直接应用在煤矿井下等测量场所，实现对甲烷浓度的在线检测，避免测量结果延迟而导致危险系数提高。

Description

超声波检测甲烷浓度的检测装置

技术领域

本实用新型属于甲烷浓度检测技术领域，具体涉及一种使用超声波检测甲烷浓度的检测装置。

背景技术

煤矿井下环境中甲烷浓度的测量一般采用催化元件，在实际应用中由于易受到水汽和其它气体的干扰，必须至少7天标校一次，工作量大、维护繁琐；另外，矿井下的瓦斯抽采管道内的瓦斯含量较高，对它的监测则常采用热导方法和红外测量方法，但这两种方法测量结果极易受水汽和粉尘的影响，由于瓦斯抽采管道内的气体是从煤层中抽出来的，势必含尘、含水，因此，上述两种方法在这样的环境下应用是有很大的局限性的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供超声波检测甲烷浓度的检测装置，以解决现有技术中测量的甲烷浓度结果易受水汽和其它杂质干扰的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的超声波检测甲烷浓度的检测装置的技术方案是：超声波检测甲烷浓度的检测装置，包括供待测气体流过的测量管，该测量管上固连有两个与测量管相连通的供测量管中的待测气体自由扩散的静速管，两静速管的长度相差两倍，在两个静速管上分别布置有用于在静速管中测量超声波传播速度的超声波换能器。

所述的两个静速管中的至少一个静速管中安装有用于检测静速管中的待测气体的温度的温度传感器。

所述的两个静速管中的其中一个静速管通过第一扩散管与测量管相连通、另一个静速管通过第二扩散管与测量管相连通。

所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器中的其中一个为发射元件、另一个为接收元件。

所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器呈收发一体结构、且相互交替作为发射和接收元件。

所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器呈收发一体结构，所述静速管上的呈收发一体结构的超声波换能器布置在静速管轴向一端，在静速管轴向另一端布置有用于反射从超声波换能器中发射的超声波的反射部。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的检测装置中在测量管上固连有供测量管中的待测气体自由扩散的两个静速管，在每个静速管中均布置有用于测量超声波在待测气体中的传播速度的超声波换能器。使待测气体在流过测量管时自由扩散到两个静速管中，静速管中不存在压差，这样在静速管中可以直接测量计算得到的超声波在静止状态下的待测气体中的传播速度，由于静速管和测量管的环境因素如气体组分、温度、压力等均一致，可以认为在静速管中测量计算得到的超声波传播速度即为超声波在测量管中的待测流体静态下的传播速度，避免气体组分对超声波传播速度测量计算时的影响，省去需要进行针对各环境因素而进行的补偿计算。并且在测量时两个静速管同时工作，两静速管上的超声波换能器对应的测量出各自静速管中的超声波的传播速度C_f1和C_f2，然后利用在两个静速管中测得的超声波传播速度C_f1和C_f2进行相关运算，得到最终的精确更高的超声波传播速度C_f，然后再将C_f代入相应计算公式中后，即可得到待测的甲烷浓度。本实用新型所提供的检测装置采用声波测量，可以同时避免受水汽或其他杂质的干扰，而采用双静速管的结构可以进一步得高测量精度。同时上述检测装置使用功耗小，可以直接应用在煤矿井下等测量场所，实现对甲烷浓度的在线检测，避免测量结果延迟而导致危险系数提高。

附图说明

图1是本实用新型所提供的超声波检测甲烷浓度的检测装置一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种超声波检测甲烷浓度的检测装置的实施例，该实施例中的检测装置包括供待测气体流过的测量管2，该测量管2上固连有两个与测量管相连通的供测量管中的待测气体自由扩散的静速管，两静速管的长度相差两倍，两静速管为第一静速管3和第二静速管6，其中，第一静速管3通过第一扩散管5固连在测量管上，且第一静速管通过第一扩散管与测量管相连通，而第二静速管6通过第二扩散管8固连在测量管2上，且第二静速管通过第二扩散管与测量管相连通，此处的第一扩散管和第二扩散管均分别沿静速管轴向布置有两个，且相距较近以防止静速管中出现气体波动。在第一静速管3上布置有向对应的静速管中发射并接收超声波以用于测量超声波传播速度的超声波换能器4.而在第二静速管6上布置有向对应的静速管中发射并接收超声波以用于测量超声波传播速度的超声波换能器7，此处的两个静速管中的超声波换能器4、7采用相同的布置方式：静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器中的其中一个为发射元件、另一个为接收元件。在第一静速管3上具有由该静速管中的超声波换能器4布置确定的第一测量声程，在第二静速管6上具有由该静速管中的超声波换能器7布置确定的第二测量声程，此处的第一测量声程与第二测量声程的长度相差一倍。

上述实施例中的测量声程是指超声波由作为发射元件的超声波换能器发出，然后由作为接收元件的超声波换能器接收所经过的路程。测量声程由静速管中的超声波换能器的布局确定，在将超声波换能器安装在静速管上后，该静速管中的测量声程即为确定值。

上述实施例中，在所述的两个静速管中均安装有温度传感器，以对静速管中的待测气体进行温度测量。

测量时，待测量管中的待测气体自由扩散到两静速管3、6后，两静速管中的超声波换能器开始工作，进而在两个静速管中测量计算得到两个超声波在待测气体中的超声波传播速度C_f1和C_f2，对所测量计算得到的超声波传播速度C_f1和C_f2代入如下计算公式中：

$C_f={2k}_3\frac{C_{f1}{C}_{f2}}{C_{f1}+C_{f2}}---\left(1\right)$

即可得到超声波在待测气体中的超声波传播速度C_f，然后再将C_f，其中k₃为补偿系数，其取值范围为0.9-1.1，将计算得到的C_f代入如下甲烷浓度计算公式中：

$p=\frac{C_f-C_{\mathrm{air}}}{k_1+k_{2}t}---\left(2\right)$

即可得到待测气体的甲烷浓度，其中t为测量管中待测气体的当前温度，C_air为测量得到的温度t下空气中的超声波传播速度，k₁、k₂为校正系数；

其中，上述k₁、k₂两个校正系数通过如下两点校准的方法计算得到：测量在温度为t、甲烷浓度为p_A的甲烷与空气的混合气体中的超声波传播速度C_fA，测量在温度为t、甲烷浓度为p_B的甲烷与空气的混合气体中的超声波传播速度C_fB，将p_A、p_B、C_fA、C_fB、C_air及t带入上述计算公式（1）中，得到如下两个方程式；

$p_A=\frac{C_{\mathrm{fA}}-C_{\mathrm{air}}}{k_1+k_{2}t}---\left(3\right)$

$p_B=\frac{C_{\mathrm{fB}}-C_{\mathrm{air}}}{k_1+k_{2}t}---\left(4\right)$

然后将上述两方程式（2）、（3）联合求解得到k₁和k₂。

上述实施例中，两静速管上的超声波换能器的布置方式还可以为：所述静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器呈收发一体结构、且相互交替作为发射和接收元件。

或者采用如下布置方式：所述静速管上的超声波换能器呈收发一体结构，所述静速管上的呈收发一体结构的超声波换能器布置在静速管轴向一端，在静速管轴向另一端布置有用于反射从超声波换能器中发射的超声波的反射部。

在上述列举的布局中，静速管上的超声波换能器均采用对射结构，在其他实施例中，静速管上的超声波换能器还可以采用V型反射结构布局或其他布局，只要可以测量出超声波在静速管中的声程及传播时间即可。

上述实施例中，在两个静速管中均安装一个温度传感器，在其他实施例中，也可以在其中一个静速管中安装用于检测温度的温度传感器。

Claims (6)

1.超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，包括供待测气体流过的测量管，该测量管上固连有两个与测量管相连通的供测量管中的待测气体自由扩散的静速管，在两个静速管上分别布置有用于在静速管中测量超声波传播速度的超声波换能器，两静速管中分别具有由对应静速管中的超声波换能器布置确定的测量声程，所述两静速管上的两测量声程的长度相差1倍。

2.根据权利要求1所述的超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，所述的两个静速管中的至少一个静速管中安装有用于检测静速管中的待测气体的温度的温度传感器。

3.根据权利要求1所述的超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，所述的两个静速管中的其中一个静速管通过第一扩散管与测量管相连通、另一个静速管通过第二扩散管与测量管相连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器中的其中一个为发射元件、另一个为接收元件。

5.根据权利要求1或2或3所述的超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器在静速管轴向两端布置有两个，所述静速管上的两个超声波换能器呈收发一体结构、且相互交替作为发射和接收元件。

6.根据权利要求1或2或3所述的超声波检测甲烷浓度的检测装置，其特征在于，所述的两个静速管或其中一个静速管上的超声波换能器采用如下的布置方式：静速管上的超声波换能器呈收发一体结构，所述静速管上的呈收发一体结构的超声波换能器布置在静速管轴向一端，在静速管轴向另一端布置有用于反射从超声波换能器中发射的超声波的反射部。

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