[发明专利]超声波流量计量仪表及用于该仪表的星形轨迹检测方法

说明书

本发明公开了一种超声波流量计量仪表，包括测量管体、换能器和反射面，其特征在于所述测量管体内壁圆周设有反射面，所述测量管体侧壁至少设有一对换能器，所述一对换能器与测量管体的中心交点在同一纵切面上，且所述一对换能器横向方向的中心轴线的夹角等于所述换能器发出的超声波信号的折射夹角，通过超声波信号沿着测量管体内壁的反射面反复折射形成星形轨迹传播，使得超声波轨迹均匀涵盖测量管体内的整个流通区域，使测量管体内反射面不存在三维角度，易于加工制造且不影响测量管体的圆管形状，并通过通过一对换能器有效测得截面大部分区域速度，实现对不均匀的复杂流动的准确测量。

技术领域

本发明涉及流量计量技术领域，具体地说是一种超声波流量计量仪表及用于该仪表的星形轨迹检测方法。

背景技术

众所周知，超声波时差法测速是目前广泛的应用在超声波仪表的流量流速计量中，其原理是安装在超声波测量管体的成对超声波换能器交替发射和接收超声波信号，超声波按一定的轨迹传播，通过电子器件记录处理顺逆流超声波传播的时间差得到超声波轨迹上流体的线平均速度，但是该速度并非测量管体横截面的面平均速度；且两者之间的比值系数与温度、流量、流体流动状态相关。其中温度和流量引发的系数变化可通过经验或CFD模拟进行确定；流体流动状态则与实际工况有关，为无规律变化（如表前有变径，则管道内局部流速会较快，其他部会较慢），由于不同的工况，线平均速度与面平均速度的比值系数的可能引发达到30%以上波动。

现有市场的超声波流量仪表（超声波热量表/水表/流量计）的超声波传播轨迹一般采用平行支架式、Z型、V型、W型及这四种形式的多声道复合型，这四种基础形式的均是过管道轴线的超声波轨迹，其测的先平均速度均不能有效反映速度不规则的面平均速度；多声道复合形式通过多个声道轨迹的线速度拟合，能够有效的反映不规则的面平均速度，但是常常需要4对以上乃至十几对换能器才能达到目的，除去换能器对和计算器的成本增加，其中平行支架式多声道需要在测量管体内排布过多的反射面支架大大堵塞测量管体管道，Z型、V型、W型需要在测量管体上加工、安装高精度、高难度的换能器安装座和超声波反射面也大大增加了产品的成本。

近期有一种三维多反射声道的产品采用七次反射，使得超声波轨迹均匀涵盖测量管体横截面的大部分区域，从而通过一对换能器有效测得截面大部分区域速度。但该发明的测量管体截面为正方形，增大了测量管体的压损与加工难度；其中两组反射面为三维角度，加工工艺与装配工艺及其复杂，若有微小误差，则不能有效反射超声波信号，可推广应用性低。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，提出一种加工方便、安装快捷、检测精度高、成本低廉，并使超声波信号沿着星形轨迹传播反射、对复杂的不均匀的流动状态流体流速进行计量的超声波流量计量仪表，同时，还提供一种方法独特、互不干扰的星形轨迹检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种超声波流量计量仪表，包括测量管体、一对换能器和反射面，所述一对换能器包括反射换能器和接收换能器，其特征在于所述测量管体内壁圆周设有反射面，所述测量管体侧壁至少设有一对换能器安装座，所述一对换能器分别安装在一对换能器安装座内，所述一对换能器与测量管体的中心交点在同一纵切面上，且所述一对换能器横向方向的中心轴线的夹角等于所述换能器发出的超声波信号的折射夹角，通过超声波信号沿着测量管体内壁的反射面反复折射形成星形轨迹传播，使得超声波轨迹均匀涵盖测量管体内的整个流通区域，使测量管体内反射面不存在三维角度，易于加工制造且不影响测量管体的圆管形状，并通过通过一对换能器有效测得截面大部分区域速度，实现对不均匀的复杂流动的准确测量。

本发明所述测量管体内的反射面呈狭长的长方形，所述测量管体内壁是由n个反射面沿测量管体内壁圆周阵列而形成的多边形内镜，且反射面面平行于测量管体轴线，以利于支持多声道的复合型测量，当测量管体上设有多组换能器时，只需要增加换能器安装座，使多个声道共用反射面面进行星形轨迹的信号传播，互不干扰，大大提高了流体的测量精度。