[发明专利]矿用超声波管路流量测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿用超声波管路流量测量装置、以及采用所述矿用超声波管路流量装置的测量方法，不仅适用于煤矿井下含瓦斯及煤尘较多的危险易燃易爆的环境，也适用于煤炭、冶金、化工、污水处理等行业地面恶劣的环境。

背景技术

超声波管路流量装置为测量仪表，在现代社会中起着重要作用。一方面，超声波管路流量装置为流体物资贸易核算储运管理和污水废气排放控制的总量计量；另一方面，超声波管路流量装置为流程工业提高产品质量和生产效率、降低成本以及水利工程和环境保护等作必要的流量检测和控制。可见，关涉到国家经济命脉的石油、天然气的储运和关涉到民生和经济可持续性发展的水资源的管理等领域都涉及到流量计量问题。

目前超声波流量计设计方案大致可以分为采用大量分立器件与采用专用测量集成电路两类。采用分立器件方案中，元件数量众多、调试复杂、可靠性低。目前市场上专用测量集成电路很少，基本上依靠国外进口，价格昂贵。因此设计一款专用芯片不仅可以实现流量计的集成化，还可以降低流量计的成本，具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种矿用超声波管路流量测量装置，具有集成度高、功耗低、可靠性高、操作简单方便的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

矿用超声波管路流量测量装置，包括控制模块、时间数字转换模块、脉冲驱动模块、发射超声波换能器、接收超声波换能器、模拟开关模块、信号调理模块、通信接口模块和供电模块；控制模块通过SPI总线与时间数字转换模块连接，时间数字转换模块与脉冲驱动模块连接，脉冲驱动模块输出端与发射超声波换能器连接；模拟开关模块分别与发射超声波换能器、接收超声波换能器连接，控制模块通过控制模拟开关模块选择接收所述接收超声波换能器的信号；接收超声波换能器与信号调理模块连接，信号调理模块输出端与时间数字转换模块连接；通信接口模块连接到控制模块上。

进一步，上述供电模块采用24V本质安全电源。

进一步，上述流量测量装置安装在一个密闭的壳体中。

进一步，上述的壳体为金属或非金属制成的密闭容器。

进一步，上述脉冲驱动模块采用TC4426驱动芯片和TC4427驱动芯片。

进一步，上述模拟开关模块采用四通道模拟开关芯片，模拟开关芯片型号为DG403DYZ。

进一步，上述信号调理模块由放大电路和滤波电路组成。

进一步，上述控制模块上还连接有声光报警模块。

本发明的另一个目的在于提出一种矿用超声波管路流量测量方法，其采用如下技术方案：

采用上述矿用超声波管路流量测量装置的测量方法，包括如下步骤：

a、通过模拟开关模块选择位于流体上游的超声波传感器作为发射超声波换能器，位于流体下游的超声波传感器作为接收超声波传感器，两个超声波传感器位于流体的不同侧；

控制模块控制时间数字转换模块启动计时并向脉冲驱动模块发出脉冲信号，脉冲信号经过脉冲驱动模块到达发射超声波换能器；发射超声波换能器接收到上述脉冲信号后，发射超声波，接收超声波换能器处于接收状态，接收到的超声波信号经过信号调理模块功率放大和滤波之后进入时间数字转换模块，选择波形作为计时结束的信号；控制模块读取计时开始到计时结束之间超声波的飞行时间，测得顺流时的传播时间；

b、通过模拟开关模块选择位于流体下游的超声波传感器作为发射超声波换能器，位于流体上游的超声波传感器作为接收超声波传感器，两个超声波传感器位于流体的不同侧；

控制模块控制时间数字转换模块启动计时并向脉冲驱动模块发出脉冲信号，脉冲信号经过脉冲驱动模块到达发射超声波换能器；发射超声波换能器接收到上述脉冲信号后，发射超声波，接收超声波换能器处于接收状态，接收到的超声波信号经过信号调理模块功率放大和滤波之后进入时间数字转换模块，选择波形作为计时结束的信号；控制模块读取计时开始到计时结束之间超声波的飞行时间，测得逆流时的传播时间；

c、通过计算超声波在顺流和逆流时的传播时间差测得管路中流体的流速，继而得到管路中流体的流量。

本发明具有如下优点：

本发明包括控制模块、时间数字转换模块、脉冲驱动模块、一对超声波换能器、模拟开关模块、信号调理模块、通信接口模块和供电模块，并采用时差法测量原理计算管路中的流体流量，具有非接触式测量、集成度高、功耗低、可靠性高、操作简单方便的优点，可安装在煤矿井下、工矿企业有防爆要求的场所。

附图说明