[发明专利]用于测量气体流速和/或由其推导出的参量的方法及装置

说明书

本发明涉及一种声学流量测量方法，用于测量气体流速和/或由其推导出的参量，其中，长波声信号被发送进入一个测量管中，由和测量管相连的，彼此按规定距离放置的两个声信号探测器检测在气流上游和下游所通过的声信号，利用所说信号极性的相关性来确定在测量管中所流动的气体流速，并在这个方法中，在确定的最小和最大频率之间，扫描发送进入测量管中的声信号的频率。

本发明进而涉及一种测量装置，该装置用于测量气体流速和/或由其推导出的参量，例如体积流量和质量流量，该装置包括一个测量管，其中通过被测的气体流，该装置包括用作声信号发送器的扩音器和用作声信号探测器的微音器，所说的微音器与在所说的扩音器之间的测量管相连，所说的微音器相互隔开规定的已知距离，该装置包括一个或一些频率扫描信号发生器，通过这些装置将频率一-扫描电信号输入给所说的扩音器，该装置包括一个极性相关器，其输入的是从所说的微音器所接收的信号。

从芬兰技术研究中心（Valtion    tutkimuskeskus    VTT）的NO.76，885号FI专利已知一种声学流量测量的方法和装置，其通过采用通过下游和上游的声波来测量在一管道中或一等效波管中的气体，液体，和/或多相悬浮液的流速，体积流量，和/或质量流量。在这个已有技术的方法和装置中，来自声源的宽频声信号要以平面波的模式通过测量管道或等效的波管的下游和上游，而且要根据由被测声信号的相关函数的最大值和/或最小值所获得的声信号传播时间及测量点之间相互间的距离来确定其流速。

在所说的FI专利所描述的一种技术解决方案中，声信号以频率扫描的形式输入测量管，声信号的传播时间通过一个极性相关器，由放置在测量距离端点的微音器的信号来确定。根据所测的向下游和上游的传播时间，能够高精度地测出在静止介质中的声速和平均流速。另外如果需要的话，根据流速和管道的横截面的面积，还能够计算出体积流率，并由此通过与压力和温度的测量结果的结合而进一步计算出质量流率。

实际实验已经表明，所说的FI专利的方法和装置按所需的方式操作所提供的发送进入管道中的频率扫描信号的声信号电平至少与管道中所产生的干扰噪声的电平相同。在很强的背景噪声存在的情况下，所需的声信号叠加在由噪声产生的信号上，在这种情况下，在极性相关器输入端的比较器电路的状态不能以所需的方式进行改变，这种现象将在后面结合附图3进行更详细的说明。除了环境噪声以外，在该测量方法和装置中所需的微音器和扩音器与测量管道的连接会在气流中产生紊流，众所周知，这会产生频谱较宽的噪声。此外，在流动管道中，象在阀门，节流阀，或弯管接头处的其它的不连续性也会在气流中产生制造噪声的紊流。偶尔地，由气流自身所产生的噪声可以含有功率极高的离散的频率。干扰声学流量测量系统的噪声也可以沿流动管道的壁和支承构件进入该系统。例如，天然气体的安全标准防碍了无论在任何情况下，声信号的输入功率都能提高到一个足够高的电平。这就是为什么要用一些其他的方法试图在声信号测量系统中必须提高信噪比。

在所说的FI专利所述的方法中，通过下游和上游的声信号也有互相干扰的倾向，即它们是相互关联的，在测量条件下它们就相对噪声而言具有可比性。这就是为什么声信号必须交替地向下游和上游发送，但是，这样会在迅速变化的流体的测量中产生测量误差。

本发明的目的在于进一步发展了所说的76.885号FI专利所述的流量测量的方法和装置，从而基本上克服了上述缺点。

本发明具体的目的是提供一种方法，这种方法更适合于在具有噪声的环境中进行测量，就象典型地用于例如天然气体的测量。

鉴于要实现上述和后面所表明的那些发明目的，本发明方法的主要特征在于由两个声信号检测器获得的信号要经过窄带滤波器或滤波器的系统，所说滤波器的通带和声信号发送的频率扫描被同步扫描，选择频率扫描的周期和所说滤波器的带宽，以便在测量程序进行时，由每个声信号检测器检测到的测量信号具有通过其滤波器而基本上没有衰减的通路，以及使得与滤波器的中心频率明显不同的干扰频率被显著地衰减。

另一方面，根据本发明的装置，其主要特征在于该装置包括两个频率一扫描滤波器或等效的滤波器系统，通过该滤波器系统来自所说的微音器的信号被输入给所说的极性相关器，而且该装置还包括控制频率扫描的装置，通过这种控制装置来控制频率一扫描信号发生器的频率和所说的窄带滤波器的频率扫描相互同步。