CN2491806Y - 多通道超声波速差法气体流量计 - Google Patents
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Abstract
多通道超声波速差法气体流量计是一种新型的流量计,涉及超声波流量计的制造技术,适用于一般气体流量的测量以及脉动大口径大流量气体的计量测定。本流量计采用多对超声探头,在单片机的控制下对被测气体的顺流和逆流声速进行测试,计算机根据被测气体的声速差换算出被测气体的流速和流量,在探头管的测管上设有球阀,实现在测状态下更换探头。本实用新型不受温度、压力、气体成分变化的影响,结构简单,测试方便,计量精度高。
Description
技术领域
多通道超声波速差法气体流量计，涉及超声波流量计的制造技术，可用于一般气体流量的测量亦可用于脉动的大口径、大流量气体的流量测定。
背景技术
现在使用的超声波流量计，一般采用时差法，相差法和频差法来计量测定。由于这些方法本身的不足，使得这些流量计在实际使用中存在不足，例如，时差法和相差法中流量与声速的平方成正比，因此这类超声波流量计易受环境温度、压力和气体成分变化的影响，而频差法流量计在计量测定时需要较长时间平均才能满足一定的测量精度，并且在频率的周期中还必须扣除由电缆、触发电平、探头等造成的延时，才能使得计量结果准确，使用较麻烦。而且现有的气体流量计由于超声信号频率相对较高，因此对气体介质的要求也较高，如二氧化碳浓度过高或气体含有其它杂质气体流量计就不能正确测量。
发明内容
针对现有测量仪器的不足，本实用新型提供一种不受环境温度、压力、气体成分改变的影响，且计量速度快，精度高，不仅能对一般气体进行测量，还能对脉动大口径大流量气体及介质情况较恶劣的气体进行测定计量的多通道超声波速差法气体流量计。
本实用新型通过测量气体顺流声速和逆流声速的声速差来换算出被测气体的流量。它由探头和仪器两部分组成，探头部分由多对超声探头和标准测量短管构成。多对工作频率相同的超声探头通过标准测量短管的侧管固定在直径为D的标准测量短管上，探头的超声传播方向与标准测量短管中轴线的夹角为θ。工作时轮流发射超声信号和接受回波。在标准测量短管的侧管后端设有球阀使得流量计可在带气在测状态下更换探头。仪器部分由计算机和8031微处理单片机组成。在单片机中有多个独立的发射电路，放大电路和过零电平检测电路，它们分别和各自的探头连接。单片机轮流触发发射和测定气体顺流、逆流传播的声时，标准测量短管内的温度、压力，并把测得的数据通过RS232串行口传给计算机。计算机用内存的管道直径D、超声传播方向与标准测量短管的夹角θ、每个探头的声程及延时、计量流量的标准温度、压力和单片机传来的原始数据实时计算出管道内气流的流速、流量，并据此计算出瞬时流量和各班、日、月、年的双向累积流量，在屏幕上以图表和数据表格形式显示、储存、并可随时打印以及通过Modem利用电话线实现将测量数据进行远程传输。
本实用新型的优点在于：由于采用了多对超声探头，通过对气体的顺流声速与逆流声速的测量来计量被测气体的流速和流量、整个计量测定不受环境温度、压力、气体成分变化的影响，而且在线测量速度快，精度高并可利用电话线进行测量数据远程传输。
附图说明
附图是本实用新型的实施例，其中：
图1、是本实用新型工作原理图，
图2、是本实用新型中探头部分结构示意图，
图3、是本实用新型发射部分的电路原理图。
具体实施方式
结合上述附图对本实用新型作进一步的描述。
本实用新型包括显示屏1，计算机2，测定温度、压力、声时的单片机3，发射电路4A、4B、4C、4D，放大电路5A、5B、5C、5D，过零电平检测电路6A、6B、6C、6D，或门7，高速计时门8，石英晶振时标9，标准测量短管10，球阀11，密封套管12，探头13A、13B、13C、13D，温度传感器及变送器14，压力传感器及变送器15。温度传感器及变送器14、压力传感器及变送器15通过电缆与温度、压力、声时测试单片机3连接，单片机3轮流触发发射电路4A、4B、4C、4D以宽度恒定的方波发射，激发超声探头13A、13B、13C、13D以其共振频率发射声波。过零电平检测电路6A、6B、6C、6D从放大电路5A、5B、5C、5D传来的发射和接收回波信号中拣出接收回波到达的过零电平瞬刻，并产生一个由发射到接收回波到达瞬刻的正方波，这一方波通过或门7控制高速计时门8让石英晶振时标9通过，并由单片机的测时电路计时、多次平均后传给计算机2，计算机2用预存在计算机内的管径D、超声传播方向与探头管轴线之间的夹角θ、每对探头13A与13B、13C与13D间的超声超声传播距离以及电缆、探头、电路中的延时，标准工况的压力、温度算出标准工况下气体的流速及流量，并累积。根据要求可在屏幕上以图表和数字表格形式直观精确地显时瞬时温度、压力，标准工况下的瞬时流速(流量)，当班的流量，以及日、月、年双向流量数据，并可打印、储存及通过Modem利用电话线实现测量数据的远程传输。
探头13A、13B，13C、13D，通过固定在标准测量短管10侧管上的球阀11分别安装固定在标准测量短管10内，在探头的前端设置声耦合层16，用于探头和被测气体之间的声匹配，以增强超声信号，探头外壳采用声阻抗相差大的材料做成的多个接环17，18，19，20交替衔接而成，以防止管道上的声音传到探头上，以及一个探头发射的声波通过标准测量短管10直接传给另一个探头，影响测时，使从管道传出的声音不能传到探头。探头外壳的后端与连接管21连接。密封套管12套装在连接探头的连接管21外，一端固定在球阀11后端，另一端与连接管21的后端连接以固定探头。在探头13A、13B、13C、13D与标准测量短管10间设有间隙，防止探头13A、13B、13C、13D与标准测量短管10通过沉积物传声。影响测定计量。晶体管GB1、GB2分别受二个反相发射信号的驱动。发射信号可以是1～3个小方脉冲，脉冲正负宽度是探头共振频率周期的一半。当GB1受正脉冲激励导通，GB2受负脉冲激励截止，导致晶体管GB3、GB5导通GB4截止，反之导致GB3、GB5截止，GB4导通，通过电容C1在探头上产生一个高压的电脉冲(串)，这个电脉冲(串)驱动探头向气体发射声波。这一声波通过气体传到对面的探头产生一个声波到达的电信号。这一信号经过对面的限幅电阻R1、R2，电容C2传到对面的放大器上。限幅二极管GB6、GB7主要在发射时起作用，当信号超过0.7伏导通，导致超过部分的电压主要降在限幅电阻R2上，使传到放大器输入端上的电压≤0.7V，防止高压击穿。
Claims (1)
- 多通道超声波声速差法气体流量计，包括显示屏(1)，计算机(2)，温度、压力、声时测量单片机(3)，发射电路(4A)、(4B)、(4C)、(4D)，放大器(5A)、(5B)、(5C)、(5D)，过零电平检测电路(6A)、(6B)、(6C)、(6D)，或门(7)，高速计时门(8)，石英晶振时标(9)，标准测量短管(10)，球阀(11)，密封套管(12)，探头器(13A)、(13B)、(13C)、(13D)，温度传感器及变送器(14)，压力传感器及变送器(15)，其特征在于：a：探头(13A)、(13B)、(13C)、(13D)通过球阀(11)分别固定安装在标准测量短管(10)侧管内，在探头前端置有声耦合层(16)，探头外壳由声阻抗相差大的材料制成的接环(17)，(18)，(19)，(20)交替衔接构成，探头外壳的后端与连接管(21)连接，密封套管(12)套装在探头(13A)、(13B)、(13C)、(13D)后部的连接管(21)外，一端固定在球阀(11)后端，另一端与连接管(21)的后端连接；B：发射电路由三极管GB1、GB2、GB3，电阻R1、R2、R3、电容C1、C2，二极管GB6、GB7构成。
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