[发明专利]涡流流量计

说明书

本发明涉及一种涡流流量计，这种流量计利用传播时间随卡曼涡流变化的超声波信号计算穿过一条流路流动的测量流体的流量，更具体地说，本发明涉及一种改进的涡流流量计，从而即使由于涡流大造成相位改变，也可以以一种稳定的方式检测涡流。

图1示出了一种现有技术的涡流流量计的结构。该图显示了一种涡流流量计，这种流量计通过检测传播时间的变化来计算一种测量流体的流量，通过把超声波作为一种连续波发射给涡流来得到所述传播时间，关于这种涡流流量计可参看美国专利UPS 5，503，035“超声流体振动流量计。”

通过从时钟脉冲发生器10给驱动器11发送参考时钟脉冲信号CL₁，驱动器11与参考时钟脉冲CL₁同步地给超声波发送器12发送频率比卡曼涡流频率更高的驱动信号DS₁。的下游侧，并且垂直于涡流喷射器14和管道13的轴线固定在该管道壁上。超声波接收器15和超声波发送器12相对固定在上述管道壁上。

驱动信号DS₁使得超声波发送器12向测量流体发射超声波，并且用超声波接收器15接收由在连接超声波发送器12和超声波接收器15方向上的卡曼涡流的速度分量所调制的超声波，然后，把该超声波作为超声波信号S_U1输出给放大器16。进而把超声波信号S_U1输出给相位检测器18，作为被转换为脉冲形成器17中的脉冲的超声波信号S_U2。

同时，把参考时钟脉冲CL₁从时钟脉冲发生器10施加给参考信号发生器19，并且与这个时钟脉冲同步地从参考信号发生器19把参考信号S_R1输出给相位检测器18。这样，相位检测器18以参考信号S_R1作参考进行超声波信号S_U2的相敏检测，以便把它们输出给滤波器20。

滤波器20给史密特触发电路21以及移相器22发送出滤波过的信号。移相器22控制参考信号发生器19，从而使该发生器输出参考信号S_R1，参考信号S_R1的相位移动了π，这取决于相位检测器18的初相值。

史密特触发电路21以一个预定的阈值作参考，把由卡曼涡流重现的涡流波形输出给输出端23，该卡曼涡流是在滤波器20的输出端得到的。

下面，用数字表达式更详细地解释上面的说明。超声波信号S_U1的传播时间T如下表达为时间t的函数：T=D/[C-V_vsin(2πf_v·t)]                (1)这里分别设测量流体中的声速为C，设涡流环流流动的速度为V_v，涡流频率为f_v、而测量用管道13的直径(大小)为D。

并且，如果超声波信号S_U1的频率是f_s，则在超声波信号S_U1和参考信号S_R1之间的相位φ如下：φ=2πf_sD/[C-V_vsin(2πf_v·t)]=2πf_sD/C+2πf_sDV_vsin(2πf_v·t)/c²               (2)

公式(2)中的第一项和第二项分别代表初始相位和由于涡流产生的相移。这里，尽管因为测量流体中的温度变化和诸如此类的因素造成的声速C的改变使得初始相位变化，但由于这个相移与涡流造成的相移相比极慢，就可以认为它近似为恒量。为此，可用相位检测器18测量相位φ的移动，这样，可用滤波器20重现涡流。

在这种情况下，如果初始相位是在O或2π附近，因为由涡流造成的相位变化(既使它不大)易于超出相位检测器18的处理范围，所以使参考信号变换到另一个参考信号，这另一个参考信号的相位与所给的参考信号的相位在移相器22中相差恒定的初始相位π，以便使它进入相位检测器18的处理范围。

由于通过滤波器20的输出，以一种模拟方式重现涡流，如果由涡流造成的相位变化不大，可通过用史密特触发电路21把滤波器20的输出转化为脉冲，在输出端重现脉冲涡流信号。