[发明专利]在流动介质环境中实时测量静态声速的装置及其应用方法

说明书

本发明涉及声速测量技术领域，具体是一种在流动介质环境中实时测量静态声速的装置，包括声波换能器、反射器和测量室，声波换能器和反射器设在测量室内，测量室上设有介质迟滞交流通道，介质迟滞交流通道既能够迟滞介质的运动速度，又允许介质通过。相对于现有技术，本发明在流动介质环境中实时测量静态声速的装置的有益效果为：介质能够通过介质迟滞交流通道进出测量室，使得测量室内外介质的成分和温度保持一致；介质迟滞交流通道能够极大地降低介质的运动速度，从而减小介质运动速度对声速测量结果的影响，声波通过反射器的反射可以进一步减小介质运动速度对声速测量结果的影响，从而精确地实时测量在流动介质环境中的静态声速。

技术领域

本发明涉及声速测量技术领域，具体是一种在流动介质环境中实时测量静态声速的装置及其应用方法。

背景技术

声波经常作为测量信号应用于流体计量仪表的设计中，这些仪表包括但不限于对流体介质的运动速度、距离、质量、体积和流量等物理量的测量，这些物理量的测量结果往往受介质温度、成分或者组份的影响，而静态流体介质中的声速与介质的成分和温度相关，对声速的准确测量可以用于感知介质温度和组份的变化。为了能够对上述物理量的测量结果进行补偿或者修正，对静态流体介质中的声速进行实时的快速准确测量是必要的。

在实时测量中经常遇到的困难是受测流体介质经常处于非静止状态，或者难以确保介质的全部或者局部处于完全静止中，而介质的流速会影响到声波的传播速度。

声波在处于静止状态的弹性介质中单位时间传播的距离称为介质的静态声速，简称声速，通常用c表示。以理想气体为例，介质的声速与介质的成分和温度有关。

图1示出了现有的一种测量静态声速的装置，在静止状态的介质中放置一声源10，在相距一定距离S的地方放置一声波接收器11，通过时间测量系统12准确测量声波从声源10到声波接收器11的传播时间t就可以用下面的公式(1)计算出声速：

图2是图1装置的改进，采用反射器13将声源10信号反射到接收器11。如果采用既可以做发射器，又能做接收器的声波换能器，系统可以进一步简化。反射器13既可以是平面，又可以是对声束进行会聚的曲面。

如果介质不是静止的，存在一个运动速度v，则介质的运动速度v和声波传播速度c就会叠加在一起，图1装置测得的声波传播时间：

图2装置测得的声波传播时间：

从公式(2)、(3)可知，在变量v未知且无法忽略的情况下，利用图1、图2两个装置均无法通过测量声波传播时间t得到准确的静态声速c。

声音在介质中的速度与介质的成分和温度有关，实时测量声速时需要对介质的组份和温度实时动态感知，声速测量区域必须和其外部测量空间的介质有动态交流，因此，将测量区域的介质隔离在一个不流动的密闭区间实现静态声速测量的方法在现场实时测量中是不现实的。

发明内容