[发明专利]一种轴向多声道式超声流量测量装置

说明书

本发明涉及一种轴向多声道式超声流量测量装置，为解决目前多声道超声流量测量装置在高流速下声路易被吹偏、换能器相关结构加工复杂以及忽略径向速度差异产生测量误差等问题；该装置包括第一换能器组、流体管道、第二换能器组和控制运算部，其中流体管道包括三个管段，三个管段顺次连接且导通，流量测量管段为直管段；两组换能器位于测量管段两端且直接与待测流体接触，换能器声道与测量管段轴线平行；运算控制部计算每个轴向独立声道区域的流量后加和得到总流量；本发明装置换能器安装、定位简单，换能器结构对管道内流场影响小；声路与流线平行，基本不会被吹偏，保证接收端捕获到较强的信号；分声道区域测量流量可提高测量准确性。

技术领域

本发明涉及一种超声流量测量装置，尤其是涉及一种轴向多声道式超声流量测量装置。

背景技术

超声流量测量仪表是通过观测受流体影响、能够反映流体流速的超声波进行流量测量的仪表。“时间差法”是一种常见的测量原理，当管路内的待测流体流动时，发射端换能器产生的超声波在穿过介质过程中，实际的传播速度可看作静止流体中的声速与流体流速的矢量叠加。因此对于同一路程，声波在顺流与逆流情况下传播时间是不同的，通过精准测量顺逆流的渡越时间便可以求出待测流体流速进而得到流量。

当管路内径较大时，单声道的超声波流量测量方式由于测量区域受限而使得流量计测量精度下降。通过采用多声道的方式，可以获得不同区域的流体流速信息，提高测量精度。目前多声道流量计中换能器多为倾斜安置，声道与流体流线斜交，当流速较大时，超声波束在叠加流体流速后会严重偏离原声道位置，产生波束被“吹偏”的现象，从而使得接收端捕获的超声信号减弱。此外，管段上的声道开孔会干扰管内流场状态，增加测量难度。当管内流体流动状态接近层流，中心处流体流速最高，从中心向外沿径向流速递减，倾斜多声道忽略了这种速度差异，只获得声道上的平均流速，测量不够精确。

另一方面，当涉及多相流测量时，例如半导体行业中常用的氧化硅化学机械研磨液或者浸没式光刻机超纯水回收管路中的气液两相流的流量测量，液相中掺杂的固相颗粒或者气泡常常会阻挡超声波的传递，使用单声道测量流体流量的方式容易出现接收端换能器信号丢失的情况。通过密集布置小尺寸换能器形成多声道的方式实现冗余测量，只要有一个声道能够接收到超声波即可实现流量测量，从而减少了超声波信号丢失的概率，提高了测量的抗干扰性能。

发明内容

本发明的目的在于解决以下问题：

(1)现有多声道超声流量计在较高流体流速下，超声波束被吹偏导致接收端所捕获的信号减弱；

(2)现有多声道超声流量计中的换能器安装结构加工复杂，换能器结构对流场存在较大干扰；

(3)现有多声道超声流量计中倾斜声道忽略沿半径方向的速度差异，测量结果不够精确。

一种轴向多声道式超声流量测量装置，包括第一换能器组、流体管道、第二换能器组和控制运算部，所述的流体管道包括第一管段、第二管段、第三管段，第一管段、第二管段以及第三管段顺次连接且导通，第二管段为直管段；

所述的第一换能器组与第二换能器组每组至少包括2个超声换能器，使得超声流量测量装置至少包含两个声道；第一换能器组与第二换能器组分别位于第二管段两端，并与第二管段内待测流体直接接触；第一换能器组与第二换能器组中配对的超声换能器所形成的声道轴线与第二管段轴线平行或重合；第二换能器组中的超声换能器个数与第一换能器组中的超声换能器个数相等，且位置一一对应，两两成对布置，多个超声换能器将第二换能器组均匀分成多个声道区域；

所述的控制运算部为第一换能器组与第二换能器组中的超声换能器提供激励电信号并对接收电信号进行处理和计算得到总流量。