基于超声波流量计的导波方法和装置与流程

本发明涉及流体测量，具体而言，涉及一种基于超声波流量计的导波方法和装置。

背景技术：

1、在流体测量领域，超声波流量计因其非接触式测量、无阻碍流体流动及适用范围广等优点，被广泛应用于气体、液体流量的精确计量。

2、传统的超声波流量计，采用了一对传感器通过发射和接收超声波信号来测量流体流速，进而推算出流量。这种设计的基本原理在于，超声波信号从一侧传感器发出，穿过流体介质，经管道底部反射后，再由对侧传感器接收。同时，另一侧的传感器也执行相同的操作，以实现双向测量，从而利用超声波在流体中传播的时间差来计算流速。然而，传统超声波流量计在实际应用中面临着显著的技术挑战。首先，由于管道内部通常为圆弧形状，超声波在到达管道底部时会产生复杂的散射效应。这种散射导致超声波信号在管壁内部经过多次折射，仅有一小部分信号能够按照最短路径直接到达接收传感器，而大部分信号则因散射和折射而显著衰减。这种信号衰减不仅降低了信号的强度，还增加了信号处理的复杂性和误差来源，使得超声波时差测量的准确性难以保证。其次，超声波流量计的工作频率范围通常在80khz至180khz之间，这一频段的选择直接影响了超声波的穿透力和能量。高频超声波虽然波长较短，有利于提高测量精度，但其穿透力相对较弱，特别是在气体介质中，高频超声波的衰减更为显著。相反，低频超声波虽然发射能量较低，但其穿透力同样不足，难以满足高精度测量的需求。因此，在频率确定的前提下，如何优化超声波的传播路径和信号质量，成为提高测量精度的关键。此外，超声波流量计在实际应用中还容易受到环境噪音和干扰波的影响。这些噪音和干扰波可能来源于流体流动本身的湍流、管道振动、外部电磁干扰等多种因素，它们会叠加在超声波信号上，进一步降低信号的质量和测量的准确性。

3、综上所述，如何通过优化超声波的传播路径和信号质量提高超声波流量计测量精度是本技术领域急需攻克的难题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于超声波流量计的导波方法和装置，以解决传统的超声波流量计难以通过优化超声波的传播路径和信号质量提高超声波流量计测量精度和稳定性的问题，从而达到改善超声波流量计测量精度和稳定性的效果。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种基于超声波流量计的导波方法和装置，以达到改善超声波流量计测量精度和稳定性的效果。

3、第一方面，本发明提供一种基于超声波流量计的导波方法，所述方法包括：

4、获取超声波流量计，所述超声波流量计包括：流量计壳体、上游传感器和下游传感器，所述流量计壳体呈内部贯通圆柱体，将所述上游传感器和所述下游传感器成对轴向呈v型对称安装在流量计壳体顶部，其中，所述上游传感器和下游传感器用于发射超声波和接收超声波；

5、将导波板轴向设置于所述流量计壳体的底部，其中，所述导波板用于反射所述上游传感器和所述下游传感器发射的超声波；

6、将衬胶均匀涂抹在所述流量计壳体内壁，其中，所述衬胶用于吸收不规则的超声波避免杂音对主流超声波的干扰；

7、使流动介质通过所述超声波流量计，将所述上游传感器发射的超声波由所述下游传感器接收过程所用的时间记为第一时间段，将所述下游传感器发射的超声波由所述上游传感器接收过程所用的时间记为第二时间段；

8、根据所述第一时间段和所述第二时间段及所述流量计壳体的壳体内径，计算得到所述流动介质的介质流速；

9、根据所述介质流速，计算得到流量值，其中，所述流量值用于指示单位时间内流动介质通过所述超声波流量计的体积。

10、可选地，所述上游传感器和所述下游传感器中心线夹角大于0°小于等于80°。

11、可选地，所述导波板所在的平面与所述上游传感器和所述下游传感器中心线形成的平面垂直。

12、可选地，所述衬胶为环氧树脂材料，所述衬胶均匀涂抹在所述流量计壳体内壁的厚度为2.5mm。

13、可选地，所述使流动介质通过所述超声波流量计，将所述上游传感器发射的超声波由所述下游传感器接收过程所用的时间记为第一时间段，将所述下游传感器发射的超声波由所述上游传感器接收过程所用的时间记为第二时间段，包括：

14、使流动介质通过所述超声波流量计从所述上游传感器所在的第一端流向所述下游传感器所在的第二端；

15、将所述上游传感器发射的超声波穿过所述流动介质经导波板反射再次穿过所述流动介质后由所述下游传感器接收所用的时间记为第一时间段，其中，所述第一时间段用于指示超声波顺流传输时间；

16、将所述下游传感器发射的超声波穿过所述流动介质经导波板反射再次穿过所述流动介质后由所述上游传感器接收所用的时间记为第二时间段，其中，所述第二时间段用于指示超声波逆流传输时间。

17、可选地，所述根据所述第一时间段和所述第二时间段及所述流量计壳体的壳体内径，计算得到所述流动介质的介质流速，包括：

18、根据所述第一时间段和所述第二时间段及流量计壳体的壳体内径，采用如下公式计算得到所述流动介质的介质流速：

19、

20、其中，d是所述流量计壳体的壳体内径，是所述第一时间段，是所述第二时间段，是所述上游传感器和所述下游传感器中心线夹角。

21、可选地，所述根据所述介质流速，计算得到流量值，包括：

22、根据所述介质流速，采用如下公式，计算得到流量值：

23、

24、其中，d是所述流量计壳体的壳体内径，是所述第一时间段，是所述第二时间段，是所述上游传感器和所述下游传感器中心线夹角。

25、第二方面，本发明提供一种基于超声波流量计的导波装置，所述装置应用于第一方面中基于超声波流量计的导波方法，包括：

26、超声波流量计，所述超声波流量计包括：流量计壳体、上游传感器和下游传感器，所述流量计壳体呈内部贯通圆柱体，所述上游传感器和所述下游传感器成对轴向呈v型对称安装在流量计壳体顶部；

27、导波板，所述导波板轴向设置于所述流量计壳体的底部；

28、衬胶，所述衬胶均匀涂抹在所述流量计壳体内壁；

29、其中，所述上游传感器和下游传感器用于发射超声波和接收超声波，所述导波板用于反射所述上游传感器和所述下游传感器发射的超声波，所述衬胶用于吸收不规则的超声波避免杂音对主流超声波的干扰。

30、本技术提供的基于超声波流量计的导波方法和装置，该方法首先获取超声波流量计，所述超声波流量计包括：流量计壳体、上游传感器和下游传感器，所述流量计壳体呈内部贯通圆柱体，将所述上游传感器和所述下游传感器成对轴向呈v型对称安装在流量计壳体顶部；将导波板轴向设置于所述流量计壳体的底部，以便反射所述上游传感器和所述下游传感器发射的超声波；将衬胶均匀涂抹在所述流量计壳体内壁，以便吸收不规则的超声波避免杂音对主流超声波的干扰；使流动介质通过所述超声波流量计，将所述上游传感器发射的超声波由所述下游传感器接收过程所用的时间记为第一时间段，将所述下游传感器发射的超声波由所述上游传感器接收过程所用的时间记为第二时间段；根据所述第一时间段和所述第二时间段及所述流量计壳体的壳体内径，计算得到所述流动介质的介质流速；根据所述介质流速，计算得到流量值。解决了传统的超声波流量计难以通过优化超声波的传播路径和信号质量提高超声波流量计测量精度和稳定性的问题，从而达到改善超声波流量计测量精度和稳定性的效果。

技术特征：

1.一种基于超声波流量计的导波方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上游传感器（12）和所述下游传感器（13）中心线夹角大于0°小于等于80°。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导波板（20）所在的平面与所述上游传感器（12）和所述下游传感器（13）中心线形成的平面垂直。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬胶（30）为环氧树脂材料，所述衬胶（30）均匀涂抹在所述流量计壳体（11）内壁的厚度为2.5mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使流动介质通过所述超声波流量计（10），将所述上游传感器（12）发射的超声波由所述下游传感器（13）接收过程所用的时间记为第一时间段，将所述下游传感器（13）发射的超声波由所述上游传感器（12）接收过程所用的时间记为第二时间段，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一时间段和所述第二时间段及所述流量计壳体（11）的壳体内径，计算得到所述流动介质的介质流速，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述介质流速，计算得到流量值，包括：

8.一种基于超声波流量计的导波装置，其特征在于，所述装置应用于权利要求1-7任一项基于超声波流量计的导波方法，所述装置包括：

技术总结
本申请提供的基于超声波流量计的导波方法和装置，具体涉及流体测量技术领域。该方法采用内部贯通圆柱体的流量计壳体，在壳体顶部成对轴向V型对称安装上游传感器与下游传感器，在壳体底部轴向设置导波板反射超声波信号，同时在壳体内壁均匀涂抹衬胶以吸收不规则超声波，减少杂音干扰。通过测量上游传感器发射至下游传感器接收的超声波第一时间段，及下游传感器发射至上游传感器接收的第二时间段，结合壳体内径，精确计算出流动介质的流速，进而根据流速得出流量值。解决了传统的超声波流量计难以通过优化超声波的传播路径和信号质量提高超声波流量计测量精度和稳定性的问题，从而达到改善超声波流量计测量精度和稳定性的效果。

技术研发人员：黄学辉,靳国泉,周媛媛
受保护的技术使用者：西安国仪测控股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23