[发明专利]非接触式超声波水流流速计及非接触式流速检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种非接触式超声波水流流速计及非接触式流速检测方法。

背景技术

目前的工业流量测量普遍存在着大管径、大流量测量困难的问题，这是因为一般流量计随着测量管径的增大会带来制造和运输上的困难，造价提高、能损加大、安装不便这些缺点。由于现有的超声波流量计在河道、明渠测量中需要于不同深度安装探头，导致安装不便、安装位置精度低、不方便调试维护、测量误差大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非接触式超声波水流流速计及非接触式流速检测方法，能改善现有技术存在的问题，通过采用超声波发射换能器和超声波接收器，分别安装在待测管道外壁上，无需再流体内安装探头，可进行敞开水流的流量测，并且不用在流体中安装测量元件，而且不会改变流体的流动状态。

本发明通过以下技术方案实现：

一种非接触式超声波水流流速计，包括超声波换能器、电子线路和流量显示累计系统；

超声波换能器，包括超声波发射换能器和超声波接收器，超声波发射换能器用于将电能转换为超声波能量，并将其发射到被测流体中，超声波接收器用于接收超声波信号，并发送到电子线路；

电子线路，包括发射单元、接收单元、信号处理单元，所述的接收单元用于接收超声波接收器发送的超声波信号并将其发送到信号处理单元进行信号处理，所述的发射单元将信号处理单元处理的信号发送到流量显示累计系统；

流量显示累计系统，用于显示流量数据信息，将信号处理单元处理的信息进行显示和积算，并存储信息。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的超声波换能器为压电换能器，所述的超声波发射换能器采用逆压电效应，所述的超声波接收器采用压电效应。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的压电换能器为锆钛酸铅制成。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的超声波换能器为圆形薄片，沿厚度震动。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的圆形薄片的直径大于其厚度的10倍。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的超声波发射换能器和超声波接收器外部分别设置有声楔形成探头结构，所述的声楔固定连接在待检测管道外壁上。

进一步地，为更好地实现本发明，所述的声楔为有机玻璃制成。

本发明还公开了一种非接触式流速检测方法，包括以下步骤：

S1：积算水流平均速度：利用速度面积法，由雷达水流测速仪检测水面流速并传输到主机，计算流速修正系数K，测出水平平均速度，并通过液位计提供的数据得出水流断面面积，最后计算出流量，发送到信号处理单元；

S2：安装超声波换能器：将超声波发射换能器和超声波接收器分别按照一定距离附着在待检测管道外壁上，利用两次声程的V法，四次声程的W法，或者采用声波直接穿过被测管路的相对安装的Z法，记录超声波在超声波发射换能器和超声波接收器之间传播的时间，计算时间差值；

S3：计算流速：步骤S2得到的时间差值与流体的流速成正比，利用如下公式计算流速。

θ为声束与液体流动方向的夹角；

M为声束在液体的直线传播次数；

D为管道内径；

Tup为声束在正方向上的传播时间；

Tdown为声束在逆方向上的传播时间ΔT=Tup–Tdown。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本发明通过采用在待测管道外部安装超声波发射换能器和超声波接收器，安装时相对位置精度低，方便调试维护，测量误差小，具有安装快速准确，调试维护方便的特点，并且根据流体力学合理调整传感器角度，提高了测量值的稳定性和准确性；

（2）本发明直接安装，无需开孔或破坏管道、不停流、无压力损失、安装简便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步详细介绍，但本发明的实施方式不限于此。