[实用新型]用于燃油终端结算的超声波流量测量的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种测量液体燃油的体积流量的装置，具体说，涉及用于提高燃油体积流量测量的精度稳定性和系统可靠性的装置。 

背景技术

超声波流量测量技术是近年来流量测控领域发展最快的技术之一，最显著的特点是其技术正在从一般的过程控制和水处理应用向高精度和贸易计量方向拓展。在天然气和油类产品的贸易计量中，DN100mm以上的大口径管道输送应用中已越来越广泛地采用了超声波流量测量装置，较小口径的燃油计量结算中应用高精度超声波流量测量的研究也已经开始成为技术前沿。超声波流量测量装置的最大优点是没有机械运动部件，磨损小，长期的精度稳定性很好，流阻小，节约能量。超声波流量测量装置在实际贸易计量应用中所遇到的主要问题是需要的被测流量过程较长或体积量较大，不适于计量流量脉动较大和标定体积较小的应用对象，相关的国外标准为此特别放宽了对超声波流量计量装置的最小体积标定的要求。在常用的小口径燃油终端结算设备中，由于流量脉动和小体积标定的本身行业特性，需要超声波流量测量的响应速度和抑制随机性的能力有进一步的提高。 

超声波流量测量的主要优点是可以做到无直接接触，流阻小，测量流速范围大，长期精度稳定性好，维护少，使用灵活且寿命长等。特别是在腐蚀性，非导电流体和较大口径管道的应用中更是具有其它流量测量技术不可比拟的优势，近年来随着集成电路技术迅速发展开始得到广泛应用，在流量测量领域成为增长最快的一种技术，并且在很多应用中有取代其它种类流量计的趋势。以前超声波流量计多用于以水和污水为主的应用场合，精度要求和稳定性相对较低，技术发展到本世纪初石油天然气行业开始全面接受超声波流量计并在近期通过了一系列行业标准。随着技术的进步和相关标准的实施，高精度超声波流量 测量的应用得到迅猛发展，超声波气体流量计已成为天然气主干管道和支线网贸易计量的首选方案，在油类液体的管道输送和贸易计量中也开始大量采用高精度超声波流量测量装置。 

由于管道经济性的要求，绝大多数实际应用中的被测流体处于紊流状态，瞬时超声波测量的流速有很大的随机性。现有的高精度超声波流量测量装置无论是针对气体还是液体的应用都无一例外地采用了多声道(一般三个声道以上)、基于飞行时差法的技术方案，要解决的技术难题也是共同的，即：瞬时飞行时间测量的随机性和对流速分布场的流量计算补偿。对于常用的车用燃油结算终端设备其口径一般为DN20和DN35，在同一管道截面上设计多道超声波传感器因存在机械尺寸上的限制而无法实现，另一方面由于管道直径小造成有效超声波声道长度较小，更不利于对瞬时测量随机性的抑制，针对小管径应用出现了使管道弯曲而声波传播方向与流体流动方向平行的装置，常成为U形管或π形管，如附图1所示，这种装置的有效超声波声道长度大大增加，瞬时流速测量的随机性也得以减小，但实验和理论分析表明，由于声波传播速度的限制有效超声波声道长度L和系统的响应速度存在矛盾，单个U形管或π形管装置仍然无法满足燃油结算终端的流量测量要求，在燃油结算终端装置中常见的压力脉动和局部气泡也会对测量产生很大影响。 

一般精度较高的超声波流量测量是基于飞行时差法的基本原理，其常用的表达式是： 

V=C22*L*ΔT---(1)]]>

其中：V为计算得到的声道流速，C为流体的声速，L为有效声道长度，ΔT为顺流和逆流的声波传播时间差，即飞行时差。此处的声道流速是直接由飞行时差直接导出的沿声道的流场积分效果，一般情况下并不等于流经管道的平均流速，声道流速与平均流速的关系与声道设计、流体状态和流速分布都有关系。如图2、3所示，a为初始状态区，B为紊流分布过渡区，y1为理论紊流分布曲线，y2为理论层流分布曲线，由于管道设计的经济性要求，绝大多数应用中的流体是处于紊流状态的。封闭管道中的紊流流速分布可以表示为：