用於測量流體流量的方法及其專用的聲阻流量計的製作方法
2023-05-24 14:11:26 2
專利名稱：用於測量流體流量的方法及其專用的聲阻流量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用聲波測量流體質量流量的測量方法並涉及一種該方法專用的聲阻流量計。
背景技術：
流體質量流量的測量是現代工業生產和貿易活動中經常遇到的測量項目。質量流量的測量目前採用的方法有直接測量法和間接測量法。屬於直接測量法的測量儀器主要有兩種一種是差壓式質量流量計，一種是哥力奧利力式流量計。這兩種直接式質量流量計的共同特點是都具有機械運動部件，結構複雜，因而妨礙了其在工業生產中的普遍應用。
屬於間接法進行質量流量的測量是由一體積流量計測出流體的體積流量，並由另一密度計實時測出流體的密度，然後計算出流體的質量流量，由於流體的密度是隨著流體的溫度、壓強等因素的變化而變化，所以測量系統也較複雜，實現難度較大。
發明內容
本發明的目的在於提供一種通過對流體的聲阻的測量來實現對流體流量的直接測量的測量流體質量流量的測量方法及其專用的聲阻流量計，測量儀器結構簡單，而且在當測量管路管徑發生變化時能夠有效的減小測量誤差，且使用方便。
為實現上述目的，本發明是通過以下技術手段實現的。
用於測量流體流量的方法，該方法包括以下步驟(a)聲阻傳感器沿與流體流速v的速度正向和與流體流速v的速度反向發射聲波；(b)在發射聲波過程中，聲阻傳感器感收流體對正向聲波的正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2，並將正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2轉換為正向聲電阻信號和反向聲電阻信號，並得到正向聲電阻信號和反向聲電阻信號的差值ΔRS；(c)將電阻信號ΔRS通過測量電路轉換成電壓信號UC當測量電路由一個正向聲阻傳感器與一個反向聲阻傳感器串聯並和另外兩個電阻相等的串聯電路電阻並聯在電壓兩端組成半橋測量電路時，電橋激勵電流採用交流恆流源I，流體流速為v，當v＝0時，uc＝0；當v≠0時，uc＝2Is*ΔRS由ΔRS＝ΔSRKZ，可知uc＝2Is*ΔSRKZΔSR＝uc/(2IsKZ)其中，KZ-聲阻傳感器的聲電阻與聲阻的變換係數；ΔSR-流動流體介質相對靜止時對聲源聲發射的聲阻增量；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；當測量電路由兩個正向聲阻傳感器和兩個負向聲阻傳感器組成，且四個傳感器性能參數均相同，四個聲阻傳感器串在一起組成全橋式測量電路時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，RS1、RS1』分別為流體對兩正向聲阻傳感器產生的聲電阻；RS2、RS2』分別為流體對兩反向聲阻傳感器產生的聲電阻。流過兩個串聯電路中的聲阻傳感器的電流同為穩恆激勵交流電流IS，且IS＝I/2。當流體流速v＝0時，RS1＝RS2＝RS1』＝RS2』，則輸出量uc＝0；當流體流速為v(v≠0)時，四個換能器聲電阻發生變化，其變化量為ΔRS1＝ΔRS1』＝-ΔRS2＝-ΔRS2』＝ΔRS根據電橋特性，則輸出量為uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZΔSR＝uc/(4KZIS)式中，KZ-聲電阻與聲阻的變換係數。
ΔSR-正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2聲阻差；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；(d)將電壓信號UC轉換成流體的質量流量qm，當uc＝2Is*ΔSRKZ即ΔSR＝uc/(2IsKZ)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝ucA/(2IsKZ)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；當uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZ即ΔSR＝uc/(4KZIS)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝uc/(4KZIS)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；用於測量流體流量的方法，該方法還可以由以下步驟組成(a)聲阻傳感器沿與流體流速v的速度正向和與流體流速v的速度反向發射聲波；(b)在發射聲波過程中，聲阻傳感器感收流體對正向聲波的正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2，並將正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2轉換為正向聲電阻信號和反向聲電阻信號，並得到正向聲電阻信號和反向聲電阻信號的差值ΔRS；(c)將電阻信號ΔRS通過測量電路轉換成電壓信號UC當測量電路由一個正向聲阻傳感器(1)與一個反向聲阻傳感器(2)串聯並和另外兩個電阻相等的串聯電路電阻並聯在電壓兩端組成的半橋測量電路時，電橋激勵電流採用交流恆流源I，流體流速為v，當v＝0時，uc＝0；當v≠0時，uc＝2Is*ΔRS由ΔRS＝ΔSRKZ，可知uc＝2Is*ΔSRKZΔSR＝uc/(2IsKZ)其中，KZ-聲阻傳感器的聲電阻與聲阻的變換係數；ΔSR-流動流體介質相對靜止時對聲源聲發射的聲阻增量；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；當測量電路由兩個正向聲阻傳感器和兩個負向聲阻傳感器組成，且四個傳感器性能參數均相同，四個聲阻傳感器串在一起組成全橋式測量電路時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，RS1、RS1』分別為流體對兩正向聲阻傳感器產生的聲電阻；RS2、RS2』分別為流體對兩反向聲阻傳感器產生的聲電阻。流過兩個串聯電路中的聲阻傳感器的電流同為穩恆激勵交流電流IS，且IS＝I/2。當流體流速v＝0時，RS1＝RS2＝RS1＝RS2』，則輸出量uc＝0；當流體流速為v(v≠0)時，四個換能器聲電阻發生變化，其變化量為ΔRS1＝ΔRS1』＝-ΔRS2＝-ΔRS2』＝ΔRS根據電橋特性，則輸出量為uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZΔSR＝uc/(4KZIS)式中，KZ-聲電阻與聲阻的變換係數。
ΔSR-正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2聲阻差；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；(d)將電壓信號UC轉換成流體的質量流量qm，當uc＝2Is*ΔSRKZ即ΔSR＝uc/(2IsKZ)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝ucA/(2IsKZ)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；當uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZ即ΔSR＝uc/(4KZIS)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝uc/(4KZIS)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；(e)經過向流體中發射一定時間為t1的聲波後，經過一定時間t2的中斷，即聲阻傳感器向流體中發射聲波的周期為T，T＝t1+t2且t1≥2L/ct2＞t1L-測量段長度；c-聲速；
(f)重複步驟(a)到(e)。
用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，包括振蕩器、恆流電路、能夠沿與流體流速正向發射聲波的正向聲阻傳感器和能夠沿與流體流速的反向發射聲波的與正向聲阻傳感器性能參數相一致的反向聲阻傳感器、由正、反向聲阻傳感器組成的測量電路、前置放大器、相敏檢波電路、濾波器、射極跟隨器和指示器，振蕩器的輸出端與恆流電路輸入端相連，所述的正、反向聲阻傳感器串聯在一起並組成橋式測量電路，恆流電路的輸出端同時與測量電路和相敏檢波電路的輸入端相連，測量電路的電壓輸出端與前置放大器的輸入端相連，前置放大器的信號輸出端與相敏檢波電路的信號輸入端相連，相敏檢波電路的信號輸出端與濾波器的信號輸入端相連，濾波器的信號輸出端與指示器的信號輸入端相連。
此用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計中，正、反向聲阻傳感器各為一個，且在所述的橋式測量電路中還設有兩個阻值相等的電阻R1和R2，R1、R2串聯在一起，並與兩個相串聯的正、反向傳感器組成半橋式測量電路並連接在恆流電路的輸出端。
此用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計中，正、反聲阻傳感器還可以各為兩個，且四個傳感器性能參數相同，此四個聲阻傳感器連接在一起組成全橋式測量電路並連接在恆流電路的輸出端。
此用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計中，在恆流電路的輸出端與測量電路的輸入端和相敏檢波器的輸入端之間還可以連接有模擬開關，模擬開關的信號輸入端連接有一採樣脈衝發生器。
此用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計中振蕩器由振蕩電路、跟隨器組成，振蕩電路中，電源的正極通過負載電阻R3與三極體BG1的集電極相連，分壓電阻R1和R2串聯，且R1和R2的連接點與三極體BG1的基極相連，電阻R4與電容C1並聯，並與三極體BG1的發射極串聯，諧振電容C2與C3串聯後與諧振電惑線圈L並聯，且一端與三極體BG1的集電極相連，三極體BG1的發射極與電容C2和C3的連接點相連；跟隨器的三極體BG2的集電極與電源正極相連，基極與負載電阻R3和三極體BG1集電極的連接點相連，發射極通過電阻R5接地；所述的恆流電路(8)中場效應管T1的柵極通過偏置電阻R18與電源正極極相連，偏極通過耦合電容C4連接於三極體BG2和電阻R5的接點，源極與電流採樣電阻R6相連，隔離放大器IC1的兩輸入端分別連接在電流採樣電阻R6的兩端，其輸出端通過整流二極體D1與反饋電阻R8相連，並與偏置電阻R18組成一迴路；所述的測量電路(13)是由聲阻傳感器(1)(2)組成的橋式測量電路，其做為恆流電流的輸入端與採樣電阻R6的輸出端相連；前置放大器(4)中放大器IC2的負輸入端和正向輸入端分別通過電組R11、耦合電容C8以及電阻R12與測量電路(13)的兩輸出端相連，反饋電阻R14連接於放大器IC2的負輸入端與輸出端；所述的相敏檢波電路(5)的場效應管T3的柵極與採樣電阻R6的輸出端相連，偏極與放大器IC2的輸出端相連，源極通過負載電阻R15接地；濾波器(6)中，電容C9通過濾波電阻R16場效應管T3的源極相連；射極跟隨器(9)的基極與電阻R16的輸出端相連，集電極與電源的正極相連，發射極同時與負載電阻R17和指示器(7)的輸入端相連。
此測量流體流量的方法專用的聲阻流量計中，採樣脈衝發生器(9)主要由多諧振蕩器組成，多諧振蕩器由兩個與非門G1、G2和兩個可調電阻R9、R10以及兩個電容C6、C7組成，R9、R10、分別並聯於與非門G1、G2的輸出與輸入端，耦合電容C6、C7分別連接於一個與非門的輸出端與另一與非門的輸入端，所述的模擬開關(8)中場效應管T2的偏極與採樣電阻R6的輸出端相連，柵極與與非門G2的輸出端相連，源極與測量電橋的輸入端、場效應管T3的柵極相連。
當採用一對正、反向聲阻傳感器時，RS1和RS2分別是所述的正、反向聲阻傳感器的聲電阻，其中一個聲電阻與電阻R1的連接點與電阻R6的輸出端相連，兩聲電阻的連接點與兩電阻R1、R2的連接點構成電壓的兩個輸出端。
當採用兩對正、反向聲阻傳感器時，RS1、RS1』、RS2、RS2』分別是所述的正、反向聲電阻傳感器(1)(1』)(2)(2』)的聲電阻，其中一對正、反向聲電阻的連接點與電阻R6的輸出端相連，此對中的正向聲電阻與另外一個反向聲電阻的連接點與此對中反向聲電阻與另外一個正向聲電阻構成電壓的兩個輸出端。
本發明採用通過測量流動的流體相對其靜止時對聲源所表現出的聲阻的增量來進行流體流束的流量的測量，此流量計結構簡單，使用方便，測量不受流體壓力溫度變化的影響，由於採用脈衝發生器對流體進行間歇發射聲波，從而進行間歇測量，使得對於測量管路管徑發生變化時，可消除由於在測量管斷與非測量管斷管徑變化處產生的反射波對聲波的影響，使得測量結果更為精確。
下面結合附圖對本發明的的具體實施方式
作進一步詳細的說明。
圖1為本發明的專用的聲阻流量計的電路原理圖；圖2為本發明測量流體流量的方法的程序框圖；圖3為本發明聲阻傳感器為兩個時在測量管段內的安置圖；圖4為本發明聲阻傳感器為兩個時的測量電路圖；圖5為本發明聲阻傳感器為四個時再測量管段內的安置圖；圖6為本發明聲阻傳感器為四個時的測量電路圖；圖7為本發明採用間歇發射聲波時的原理說明圖；圖8為本發明採用間歇發射聲波時的波形圖。
具體實施例方式
一、本發明用於測量流體流量的方法的
具體實施例方式實施方式一a、選擇好用一對性能參數相同的正、反向聲阻傳感器或兩對性能參數相同的正、反向傳感器，由聲阻傳感器沿與流體流速v的速度正向和與流體流速v的速度反向發射聲波；b、在發射聲波過程中，聲阻傳感器感收流體對正向聲波的正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2，並將正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2轉換為正向聲電阻信號和反向聲電阻信號，並得到正向聲電阻信號和反向聲電阻信號的差值ΔRS；c、根據圖4和圖6所示的測量電路圖，將電阻信號ΔRS通過測量電路(13)轉換成電壓信號UC當測量電路(13)由一個正向聲阻傳感器(1)與一個反向聲阻傳感器(2)串聯並和另外兩個電阻相等的串聯電路電阻並聯在電壓兩端組成的半橋轉換電路時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，流體流速為v，當v＝0時，uc＝0；當v≠0時，uc＝2Is*ΔRS由ΔRS＝ΔSRKZ，可知uc＝2Is*ΔSRKZΔSR＝uc/(2IsKZ)其中，KZ-聲阻傳感器的聲電阻與聲阻的變換係數；ΔSR-流動流體介質相對靜止時對聲源聲發射的聲阻增量；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；當測量電路(13)由兩個正向聲阻傳感器(1)(1』)和兩個反向聲阻傳感器(2)(2』)組成，且四個傳感器性能參數均相同，傳感器(1)(2)串聯並與串聯在一起的傳感器(1』)(2』)組成的全橋式測量電路時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，RS1、RS1』分別為流體聲阻兩正向聲阻傳感器產生的聲電阻；RS2、RS2』分別為流體對兩反向聲阻傳感器產生的聲電阻。流過兩個串聯電路中的聲阻傳感器的電流同為穩恆激勵交流電流IS，且IS＝I/2。當流體流速v＝0時，RS1＝RS2＝RS1』＝RS2』，則輸出量uc＝0；當流體流速為v(v≠0)時，四個換能器聲電阻發生變化，其變化量為ΔRS1＝ΔRS1』＝-ΔRS2＝-ΔRS2』＝ΔRS根據電橋特性，則輸出量為uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZΔSR＝uc/(4KZIS)式中，KZ-聲電阻與聲阻的變換係數。
ΔSR-正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2聲阻差；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；d、將電壓信號UC轉換成流體的質量流量qm，當uc＝2Is*ΔSRKZ即ΔSR＝uc/(2IsKZ)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝ucA/(2IsKZ)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；當uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZ即ΔSR＝uc/(4KZIS)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝uc/(4KZIS)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；實施方式二a、選擇好用一對性能參數相同的正、負聲阻傳感器或兩對性能參數相同的正、負傳感器，由聲阻傳感器沿與流體流速v的速度正向和與流體流速v的速度反向發射聲波；b、在發射聲波過程中，聲阻傳感器感收流體對正向聲波的正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2，並將正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2轉換為正向聲電阻信號和反向聲電阻信號，並得到正向聲電阻信號和反向聲電阻信號的差值ΔRS；c、根據圖4和圖6所示的測量電路圖，將電阻信號ΔRS通過測量電路(13)轉換成電壓信號UC當測量電路(13)由一個正向聲阻傳感器(1)與一個反向聲阻傳感器(2)串聯並和另外兩個電阻相等的串聯電路電阻並聯在電壓兩端組成的半橋轉換電路時，流體流速為v，當v＝0時，uc＝0；當v≠0時，uc＝2Is*ΔRS由ΔRS＝ΔSRKZ，可知uc＝2Is*ΔSRKZΔSR＝uc/(2IsKZ)其中，KZ-聲阻傳感器的聲電阻與聲阻的變換係數；ΔSR-流動流體介質相對靜止時對聲源聲發射的聲阻增量；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；當測量電路(13)由兩個正向聲阻傳感器(1)(1』)和兩個反向聲阻傳感器(2)(2』)組成，且四個傳感器性能參數均相同，傳感器(1)(2)串聯並與串聯在一起的傳感器(1』)(2』)組成的全橋式測量電路時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，RS1、RS1』分別為流體聲阻兩正向聲阻傳感器產生的聲電阻；RS2、RS2』分別為流體對兩反向聲阻傳感器產生的聲電阻。流過兩個串聯電路中的聲阻傳感器的電流同為穩恆激勵交流電流IS，且IS＝I/2。當流體流速v＝0時，RS1＝RS2＝RS1』＝RS2』，則輸出量uc＝0；當流體流速為v(v≠0)時，四個換能器聲電阻發生變化，其變化量為ΔRS1＝ΔRS1』＝-ΔRS2＝-ΔRS2』＝ΔRS根據電橋特性，則輸出量為uc＝4IS ΔRS＝4ISΔSRKZΔSR＝uc/(4KZIS)式中，KZ-聲電阻與聲阻的變換係數。
ΔSR-正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2聲阻差；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；d、將電壓信號UC轉換成流體的質量流量qm，當uc＝2Is*ΔSRKZ即ΔSR＝uc/(2IsKZ)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝ucA/(2IsKZ)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；當uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZ即ΔSR＝uc/(4KZIS)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝uc/(4KZIS)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；e、根據圖7、圖8所示的間歇發射聲波的方法，經過向流體中發射一定時間為t1的聲波後，經過一定時間t2的中斷。即聲阻傳感器向流體中發射聲波的周期為T，T＝t1+t2且t1≥2L/ct2＞t1L-測量段長度；c-聲速；
(f)重複步驟(a)和(e)。
二、本發明用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計的
具體實施例方式根據圖2所示的測量流體流量的方法的程序框圖可知聲阻流量計包括振蕩器(3)、恆流電路(8)、能夠沿與流體流速的正向發射聲波的正向聲阻傳感器(1)和能夠沿與流體流速的反向發射聲波的與正向聲阻傳感器性能參數相一致的反向聲阻傳感器(2)、由正、反向聲阻傳感器(1)(2)組成的測量電路(13)、前置放大器(4)、相敏檢波電路(5)、濾波器(6)、射極跟隨器(9)和指示器(7)，振蕩器(3)的輸出端與恆流電路(8)的輸入端相連，所述的正、負聲阻傳感器(1)(2)串聯在一起組成橋式測量電路(13)，恆流電路(8)的輸出端同時與測量電路(13)和相敏檢波電路(5)的輸入端相連，測量電路(13)的電壓輸出端與前置放大器(4)的輸入端相連，前置放大器(4)的信號輸出端與相敏檢波電路(5)的信號輸入端相連，相敏檢波電路(5)的信號輸出端與濾波器(6)的信號輸入端相連，濾波器(6)的信號輸出端與指示器(7)的信號輸入端相連。
根據圖1所示的次聲阻流量計的電路原理圖可知，振蕩器(3)由振蕩電路、跟隨器組成，振蕩電路中，電源的正極通過負載電阻R3與三極體BG1的集電極相連，分壓電阻R1和R2串聯，且R1和R2的連接點與三極體BG1的基極相連，電阻R4與電容C1並聯，並與三極體BG1的發射極串聯，諧振電容C2與C3串聯後與諧振電惑線圈L並聯，且一端與三極體BG1的集電極相連，三極體BG1的發射極與電容C2和C3的連接點相連；跟隨器的三極體BG2的集電極與電源正極相連，基極與負載電阻R3和三極體BG1集電極的連接點相連，發射極通過電阻R5接地；所述的恆流電路(8)中場效應管T1的柵極通過偏置電阻R18與電源正極相連，偏極通過耦合電容C4連接於三極體BG2和電阻R5的接點，源極與電流採樣電阻R6相連，隔離放大器IC1的兩輸入端分別連接在電流採樣電阻R6的兩端，其輸出端通過整流二極體D1與反饋電阻R8相連，並與偏置電阻R18組成一迴路；所述的測量電路(13)是由聲阻傳感器(1)(2)組成的橋式測量電路，其做為恆流電流的輸入端與採樣電阻R6的輸出端相連；前置放大器(4)中放大器IC2的負輸入端和正向輸入端分別通過電組R11、耦合電容C8以及電阻R12與測量電路(13)的兩輸出端相連，反饋電阻R14連接於放大器IC2的負輸入端與輸出端；所述的相敏檢波電路(5)的場效應管T3的柵極與採樣電阻R6的輸出端相連，偏極與放大器IC2的輸出端相連，源極通過負載電阻R15接地；濾波器(6)中，電容C9通過濾波電阻R16場效應管T3的源極相連；射極跟隨器(9)的基極與電阻R16的輸出端相連，集電極與電源的正極相連，發射極同時與負載電阻R17和指示器(7)的輸入端相連。當採用採樣脈衝發生器(9)時，採樣脈衝發生器(9)主要由多諧振蕩器組成，多諧振蕩器由兩個與非門G1、G2和兩個可調電阻R9、R10以及兩個電容C6、C7組成，R9、R10、分別並聯於與非門G1、G2的輸出與輸入端，耦合電容C6、C7分別連接於一個與非門的輸出端與另一與非門的輸入端，所述的模擬開關(8)中場效應管T2的偏極與採樣電阻R6的輸出端相連，柵極與與非門G2的輸出端相連，源極與測量電橋的輸入端、場效應管T3的柵極相連。
根據圖3、圖4可知，當採用一對正、反向聲阻傳感器時，RS1和RS2分別是所述的正、反向聲阻傳感器的聲電阻，其中一個聲電阻與電阻R1的連接點與電阻R6的輸出端相連，兩聲電阻的連接點與兩電阻R1、R2的連接點構成電壓的兩個輸出端。
根據圖5、圖6可知，當採用兩對正、反向聲阻傳感器時，RS1、RS1』、RS2、RS2』分別是所述的正、反向聲電阻傳感器(1)(1』)(2)(2』)的聲電阻，其中一對正、反向聲電阻的連接點與電阻R6的輸出端相連，此對中的正向聲電阻與另外一個反向聲電阻的連接點與此對中反向聲電阻與另外一個正向聲電阻構成電壓的兩個輸出端。
在使用過程中，將正、反向聲阻傳感器放置在被測管路的管內或管外，由振蕩器的振蕩電路產生振蕩電信號，振蕩電信號經過恆流電路產生恆流交流激勵信號，從而激勵測量電路中聲阻傳感器產生聲波，並提供測量電路中所需的恆流源，測量電路中的聲阻傳感器在發射聲波的同時感受流體對聲波的聲阻抗，並把聲阻抗信號轉化為聲電阻信號，聲電阻信號通過測量電路轉化成電壓信號，電壓信號經過前置放大器進行信號放大處理，經過放大後的信號經過相敏檢波電路後，將攜帶有流量信息的交流載波信號進行解調，轉變成帶有流量信息的直流電壓信號，直流電壓信號經過濾波器，濾除殘餘載波信號，通過指示器進行指示。
當測量管斷在管徑不變而且有限長的情況下，可以根據測量管段的測量點與管徑變化點之間的長度級L，根據t1和t2之間的關係且T＝t1+t2，確定聲波發射周期T，，從而確定採用脈衝發生器的脈衝控制周期和模擬開關進行間歇測量的周期，此時，模擬開關根據間歇測量周期T控制恆源電路向測量電路和相敏檢波電路發射信號的開閉，從而實現間歇測量。
權利要求
1.用於測量流體流量的方法，該方法包括以下步驟(a)聲阻傳感器沿與流體流速v的速度正向和與流體流速v的速度反向發射聲波；(b)在發射聲波過程中，聲阻傳感器感收流體對正向聲波的正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2，並將正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2轉換為正向聲電阻信號和反向聲電阻信號，並得到正向聲電阻信號和反向聲電阻信號的差值ΔRS；(c)將電阻信號ΔRS通過測量電路(13)轉換成電壓信號UC當測量電路(13)由一個正向聲阻傳感器(1)與一個反向聲阻傳感器(2)串聯並和另外兩個電阻相等的串聯電路電阻並聯在電壓兩端組成的半橋測量電路(13)時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，流體流速為v，當v＝0時，uc＝0；當v≠0時，uc＝2Is*ΔRS由ΔRS＝ΔSRKZ，可知uc＝2Is*ΔSRKZΔSR＝uc/(2IsKZ)其中，KZ-聲阻傳感器的聲電阻與聲阻的變換係數；ΔSR-流動流體介質相對靜止時對聲源聲發射的聲阻增量；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；當測量電路(13)由兩個正向聲阻傳感器(1)(1』)和兩個負向聲阻傳感器(2)(2』)組成，且四個傳感器性能參數均相同，傳感器(1)(2)串聯並與串聯在一起的傳感器(1』)(2』)組成的全橋式測量電路(13)時，電橋激勵電源採用交流恆流源I，RS1、RS1』分別為流體對兩正向聲阻傳感器產生的聲電阻；RS2、RS2』分別為流體對兩逆向聲阻傳感器產生的聲電阻。流過兩個串聯電路中的聲阻傳感器的電流同為穩恆激勵交流電流IS，且IS＝I/2。當流體流速v＝0時，RS1＝RS2＝RS1』＝RS2』，則輸出量uc＝0；當流體流速為v(v≠0)時，四個換能器聲電阻發生變化，其變化量為ΔRS1＝ΔRS1』＝-ΔRS2＝-ΔRS2』＝ΔRS根據電橋特性，則輸出量為uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZΔSR＝uc/(4KZIS)式中，KZ-聲電阻與聲阻的變換係數。ΔSR-正向聲阻信號SR1和反向聲阻信號SR2聲阻差；Is-正向聲阻傳感器和反向聲阻傳感器串聯路段的電流；(d)將電壓信號UC轉換成流體的質量流量qm，當uc＝2Is*ΔSRKZ即 ΔSR＝uc/(2IsKZ)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝ucA/(2IsKZ)其中，A-測量段流束的有效橫截面積；當uc＝4ISΔRS＝4ISΔSRKZ即ΔSR＝uc/(4KZIS)時，根據qm＝ρvA＝ΔSRA＝uc/(4KZIS)其中，A-測量段流束的有效橫截面積。
2.根據權利要求1所述的用於測量流體流束的質量流量的方法，其特徵在於在步驟(f)後進一步由以下步驟組成(e)經過向流體中發射一定時間為t1的聲波後，經過一定時間t2的中斷，即聲阻傳感器向流體中發射聲波的周期為T，T＝t1+t2且t1≥2L/ct2＞t1L-測量段長度；c-聲速；(f)重複步驟(a)至(e)。
3.用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於所述的聲阻流量計包括振蕩器(3)、恆流電路(8)、能夠沿與流體流速的正向發射聲波的正向聲阻傳感器(1)和能夠沿與流體流速的反向發射聲波的與正向聲阻傳感器性能參數相一致的反向聲阻傳感器(2)、由正、反聲阻傳感器(1)(2)組成的測量電路(13)、前置放大器(4)、相敏檢波電路(5)、濾波器(6)、射極跟隨器(9)和指示器(7)，振蕩器(3)的輸出端與恆流電路(8)的輸入端相連，所述的正、反聲阻傳感器(1)(2)串聯在一起組成橋式測量電路(13)，恆流電路(8)的輸出端同時與測量電路(13)和相敏檢波電路(5)的輸入端相連，測量電路(13)的電壓輸出端與前置放大器(4)的輸入端相連，前置放大器(4)的信號輸出端與相敏檢波電路(5)的信號輸入端相連，相敏檢波電路(5)的信號輸出端與濾波器(6)的信號輸入端相連，濾波器(6)的信號輸出端與指示器(7)的信號輸入端相連。
4.根據權利要求3所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於所述的正、反聲阻傳感器(1)(2)各為一個，且在所述的橋式測量電路中還設有兩個阻值相等的電阻R1和R2，R1、R2串聯在一起，並與兩個相串聯的正、反傳感器(1)(2)組成半橋式測量電路(13)並連接在恆流電路(8)的輸出端。
5.根據權利要求3所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於所述的正、反聲阻傳感器(1)(2)各為兩個相同的傳感器(1)(1』)(2)(2』)，正、反向聲阻傳感器(1)(2)串聯在一起，並與正、反傳感器(1』)(2』)組成的串聯電路組成全橋式測量電路(13)並連接在恆流電路(8)的輸出端。
6.根據權利要求3所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於在恆流電路(8)的輸出端與測量電路(13)和相敏檢波電路(5)的輸入端之間串接有模擬開關(8)，模擬開關(8)的信號輸入端連接有一採樣脈衝發生器(9)。
7.根據根據權利要求3所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於所述的振蕩器(3)由振蕩電路、跟隨器組成，振蕩電路中，電源的正極通過負載電阻R3與三極體BG1的集電極相連，分壓電阻R1和R2串聯，且R1和R2的連接點與三極體BG1的基極相連，電阻R4與電容C1並聯，並與三極體BG1的發射極串聯，諧振電容C2與C3串聯後與諧振電惑線圈L並聯，且一端與三極體BG1的集電極相連，三極體BG1的發射極與電容C2和C3的連接點相連；跟隨器的三極體BG2的集電極與電源正極相連，基極與負載電阻R3和三極體BG1集電極的連接點相連，發射極通過電阻R5接地；所述的恆流電路(8)中場效應管T1的柵極通過偏置電阻R18與電源正極相連，偏極通過耦合電容C4連接於三極體BG2和電阻R5的接點，源極與電流採樣電阻R6相連，隔離放大器IC1兩輸入端分別連接在電流採樣電阻R6的兩端，其輸出端通過整流二極體D1與反饋電阻R8相連，並與偏置電阻R18組成一迴路；所述的測量電路(13)是由聲阻傳感器(1)(2)組成的橋式測量電路，其做為恆流電流的輸入端與採樣電阻R6的輸出端相連；前置放大器(4)中放大器IC2的負輸入端和正向輸入端分別通過電組R11、耦合電容C8以及電阻R12與測量電路(13)的兩輸出端相連，反饋電阻R14連接於放大器IC2的負輸入端與輸出端；所述的相敏檢波電路(5)的場效應管T3的柵極與採樣電阻R6的輸出端相連，偏極與放大器IC2的輸出端相連，源極通過負載電阻R15接地；濾波器(6)中，電容C9通過濾波電阻R16場效應管T3的源極相連；射極跟隨器(9)的基極與電阻R16的輸出端相連，集電極與電源的正極相連，發射極同時與負載電阻R17和指示器(7)的輸入端相連。
8.根據權利要求6所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於所述的採樣脈衝發生器(9)主要由多諧振蕩器組成，多諧振蕩器由兩個與非門G1、G2和兩個可調電阻R9、R10以及兩個電容C6、C7組成，R9、R10、分別並聯於與非門G1、G2的輸出與輸入端，耦合電容C6、C7分別連接於一個與非門的輸出端與另一與非門的輸入端，所述的模擬開關(8)中場效應管T2的偏極與採樣電阻R6的輸出端相連，柵極與與非門G2的輸出端相連，源極與測量電橋的輸入端、場效應管T3的柵極相連。
9.根據權利要求4所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於RS1和RS2分別是所述的正、反向聲阻傳感器的聲電阻，其中一個聲電阻與電阻R1的連接點與電阻R6的輸出端相連，兩聲電阻的連接點與兩電阻R1、R2的連接點構成電壓的兩個輸出端。
10.根據權利要求5所述的用於測量流體流量的方法專用的聲阻流量計，其特徵在於RS1、RS1』、RS2、RS2』分別是所述的正、反向聲電阻傳感器(1)(1』)(2)(2』)的聲電阻，其中一對正、反向聲電阻的連接點與電阻R6的輸出端相連，此對中的正向聲電阻與另外一個反向聲電阻的連接點與此對中反向聲電阻與另外一個正聲電阻的連接點構成電壓的兩個輸出端。
全文摘要
本發明涉及一種用於測量流體流量的方法及其專用的聲阻流量計，本發明的測量流體流量的方法是通過下述步驟實現的聲阻傳感器向流體中發射聲波的同時，感收流體對所發射聲波的聲阻抗，並把聲阻抗信號轉化為聲電阻信號，聲電阻信號經過測量電路轉換為電壓信號，電壓信號經過前置放大器、相敏檢波和過濾器的處理傳輸給指示器進行流量指示。本發明的專用聲阻流量計包括振蕩器、模擬開關、採樣脈衝發生器、聲阻傳感器、前置放大器、相敏檢波電路、濾波器和指示器。本發明涉及測量儀器適合流體的質量流量測量，其結構簡單，測量結果精確，且使用方便。
文檔編號G01F1/78GK1758031SQ20051001274
公開日2006年4月12日 申請日期2005年8月18日 優先權日2005年8月18日
發明者嶽中琰 申請人:嶽中琰