[发明专利]一种超声波气体流量计量方法及装置

说明书

本发明涉及一种超声波气体流量计量方法及装置，属于流体流量检测技术领域，采用固定安装在流道上，分别位于上、下游的两个超声波换能器进行计量；在一个计量周期内，产生一路激励信号，将一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输的超声波信号；并且两路超声波信号由对向的超声波换能器接收；根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。解决了现有利用时差法进行流量检测所带来的检测精度低、能耗大和效率低的问题。

技术领域

本发明涉及一种超声波气体流量计量方法及装置，属于流体流量检测技术领域。

背景技术

气体超声波流量计量的原理，利用天然气流动对超声波脉冲的信号调制作用，通过检测信号的变化获得流量信息。随着超声波换能器性能的提升及价格下降，计算机技术、流体力学的发展，超声波计量技术在热工测量领域(天然气表、水表、热量表等)得到长足的发展和应用。

现有的超声波流量计得测量方法有很多，通常采用多普勒法、波束偏移法、时差法等，而其中时差法应用最为广泛。时差法超声波流量计的原理是：利用声波在流体中顺流、逆流传播相同距离时存在时间差，而传播时间差异与被测流体的流动速度有关系，那么，测出时间的差异就可以得出流体的速度。

但是现有的时差法的测量方式，在进行流量测量时，一般需要进行两次超声波信号的发射和接收，才能完成一次采样测量周期，如图1所示在一个测量周期内，超声波顺流方向传输的时间测定后，需要经过相应的发送时间间隔WT，然后再对逆流传输过程所用的时长进行测量，因而，传统的时差法普遍存在以下问题：

1)换能器工作时间较长：测量过程中需要进行顺流、逆流两次发送超声波信号，而在进行两次相反方向的测量之间，需要等待一段时间WT，增加换能器的工作时间，增加系统功耗。

2)两路超声波信号发送误差大：顺流逆流超声波信号在不同时刻发送，受环境温度、压力、气流流速等外部环境影响，外部环境的误差影响会被累计，影响测量精度；

因此，如何设计一种超声波气体流量计量方法及装置，以解决上述采用时差法进行流量检测所带来的问题，对提高现有流量检测精度和效率至关重要。

发明内容

为了解决上述提出的检测误差大的技术问题，本发明的目的是提供一种超声波气体流量计量方法及装置。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明提供了一种超声波气体流量计量方法，采用固定安装在流道上、分别位于上、下游的两个超声波换能器进行测量；包括如下步骤：

采用固定安装在流道上，分别位于上、下游的两个超声波换能器进行计量；包括如下步骤：

1)在一个计量周期内，产生一路激励信号，将所述一路激励信号通过一个发送放大电路同时发送给两个超声波换能器，并记录激励信号；

2)在激励信号作用下，两个超声波换能器同时向流道内发送两路相向传输的超声波信号；并且所述两路超声波信号由对向的超声波换能器接收；

3)根据激励信号和接收到的超声波信号，提取超声波相向传输的时间差；

4)根据提取的超声波相向传输的时间差，利用时差法计算气体流量/流速。

本发明通过产生一路激励信号，利用一个发送放大电路驱动设置在气体管路上、下游的两个超声波换能器同时产生对向传输的两路超声波信号，并同时启动接收回波信号，通过两个切换开关控制换能器发送和接收超声波过程的切换，并分别记录对应超声波在流体中经过相同路径所采用的时间，然后根据对应的时间差计算气体流量/流速。

基于上述方案所产生的有益效果是：