一種流量計及流體測量方法
2023-05-14 13:27:46 1
一種流量計及流體測量方法
【專利摘要】本發明公開一種流量計及流體流量測量方法，該流量計包括設置於管道壁上的第一換能器、第二換能器及第三換能器。第三換能器和第一換能器位於管道的同一橫截面上，第二換能器位於與第三換能器和第一換能器所在橫截面不同的另一橫截面上。其中，第一換能器設置成用於發送第一聲波而第三換能器設置成用於接收第一聲波，以便計算聲波在靜止流體中的基本速度；第一換能器設置成用於發送第二聲波而第二換能器設置成用於接收第二聲波，以便測量信號的第一飛行時間；第二換能器設置成用於發送第三聲波而第一換能器設置成用於接收第三聲波，以便測量信號的第二飛行時間。該流量計基於基本速度、第一飛行時間和第二飛行時間來計算管道內流體的流量。
【專利說明】一種流量計及流體測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種流量計及流體測量方法。
【背景技術】
[0002] 為測量流體流量，通常在用戶的進流體管道處安裝流體測量計。比如為測量水流 量，通常在每戶的進水管上安裝自來水錶，現在的自來水錶一般採用數字式旋翼溼式水錶， 其採用數字式計數取代指針式計數器記錄水量，在殼體內，採用轉換齒輪使數字式計數器 與減速齒輪相配合，在殼體上面的錶盤開一窗口，便於數字式計數器記錄的數據顯示，其不 足是：結構複雜，成本高，檢修維護繁瑣，使用壽命短，並且該結構由於計數器直接與水接 觸，很容易使水垢沉澱在字輪表面，影響水錶讀數，同時，這種水錶長期使用，容易導致齒輪 磨損，測量精度降低。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於提供一種流量計及流體測量方法。
[0004] 根據本發明的一個方面，提供一種流量計，其包括設置於管道壁上的第一換能器、 第二換能器及第三換能器。第三換能器和第一換能器位於管道的同一橫截面上，第二換能 器位於與第三換能器和第一換能器所在橫截面不同的另一橫截面上。其中，第一換能器設 置成用於發送第一聲波而第三換能器設置成用於接收第一聲波，以便計算聲波在靜止流體 中的基本速度；第一換能器設置成用於發送第二聲波而第二換能器設置成用於接收第二聲 波，以便測量信號的第一飛行時間；第二換能器設置成用於發送第三聲波而第一換能器設 置成用於接收第三聲波，以便測量信號的第二飛行時間。該流量計基於基本速度、第一飛行 時間和第二飛行時間來計算管道內流體的流量。
[0005] 可選擇地，第二換能器在管道內流體流動方向上位於第三換能器和第一換能器的 下遊，第一換能器為順流換能器，第二換能器為逆流換能器，第三換能器為橫向換能器，第 一飛行時間為順流飛行時間，第二飛行時間為逆流飛行時間。
[0006] 可選擇地，第二換能器在管道內流體流動方向上位於第三換能器和第一換能器的 上遊，第一換能器為逆流換能器，第二換能器為順流換能器，第三換能器為橫向換能器，第 一飛行時間為逆流飛行時間，第二飛行時間為順流飛行時間。
[0007] 根據本發明的另一個方面，提供一種流體流量測量方法，該方法包括：（1)、在管道 壁上設置第一換能器、第二換能器及第三換能器，其中，第三換能器和第一換能器位於管道 的同一橫截面上，第二換能器位於與第三換能器和第一換能器所在橫截面不同的另一橫截 面上；（2)、控制第一換能器發送第一聲波並控制第三換能器接收第一聲波，以便計算聲波 在靜止流體中的基本速度；(3)、控制第一換能器發送第二聲波並控制第二換能器接收第二 聲波，以便測量信號的第一飛行時間；(4)、控制第二換能器發送第三聲波並控制第一換能 器接收第三聲波，以便測量信號的第二飛行時間；以及（5)、基於基本速度、第一飛行時間 和第二飛行時間來計算管道內流體的流量。
[0008] 可選擇地，根據本發明實施例提供一種流量計，包括：順流換能器、逆流換能器及 橫向換能器，其中順流換能器、逆流換能器及橫向換能器處於經過管道徑向軸心的同一平 面上，橫向換能器和逆流換能器沿著平行於管道徑向軸心的方向設置，橫向換能器和逆流 換能器的直線距離為X，橫向換能器與順流換能器的直連線垂直於管道徑向軸心且與該管 道徑向軸心線相交，橫向換能器與順流換能器的直連線距離為管道直徑D，順流換能器、逆 流換能器及橫向換能器的兩兩直連線就構成了一個直角三角形。
[0009] 可選擇地，根據本發明實施例還提供一種流體測量方法，該方法應用流量計來實 現，所述流量計包括順流換能器、逆流換能器及橫向換能器，其中順流換能器、逆流換能器 及橫向換能器處於經過管道徑向軸心的同一平面上，橫向換能器和逆流換能器沿著平行於 管道徑向軸心的方向設置，橫向換能器和逆流換能器的直線距離為X，橫向換能器與順流換 能器的直連線垂直於管道徑向軸心且與該管道徑向軸心線相交，橫向換能器與順流換能器 的直連線距離為管道直徑D，順流換能器、逆流換能器及橫向換能器的兩兩直連線構成一個 直角三角形，其中橫向換能器和逆流換能器的直連線X、橫向換能器和順流換能器的直連線 Y分別構成該直角三角形的兩個直角邊，而順流換能器與逆流換能器的直連線L作為該直 角三角形的斜邊，Y的長度等於管道直徑D;利用測量所得的聲音速度和順流/逆流時間差， 計算水流速度，用水流速度乘以管道截面積得到流體在單位時間內的流量。
[0010] 可選地,所述流量計為液體流量計。
[0011] 可選地，所述流量計為水錶。
[0012] 可選地,所述流量計為熱量計。
[0013] 可選地，所述聲波為超聲波。
[0014] 本發明的有益效果是：只需精確測算聲波速度，再加上順流和逆流的聲波傳輸時 間差，即可計算流體速度，而順流和逆流傳輸時間中的系統誤差則被抵消了，而且不需要校 準時鍾，所以，測試簡單，易於控制，且精度高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1示出了本發明實施例的聲波流量計的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 請參照圖1，為本發明實施例的聲波流量計的示意圖，該流量計以水錶為例，聲波 以超聲波為例來說明，該流量計包括3個超聲波換能器：順流換能器11、逆流換能器12及 橫向換能器13。其中順流換能器11、逆流換能器12及橫向換能器13處於經過管道徑向軸 心的同一平面上，橫向換能器13和逆流換能器12沿著平行於管道徑向軸心的方向設置，橫 向換能器13和逆流換能器12的直線距離為X，橫向換能器13與順流換能器11的直連線 垂直於管道徑向軸心且與該管道徑向軸心線相交，橫向換能器13與順流換能器11的直連 線距離為管道直徑D。這樣，順流換能器11、逆流換能器12及橫向換能器13的兩兩直連線 就構成了一個直角三角形，其中橫向換能器13和逆流換能器12的直連線X、橫向換能器13 和順流換能器11的直連線Y分別構成該直角三角形的兩個直角邊，而順流換能器11與逆 流換能器12的直連線L作為該直角三角形的斜邊。Y的長度等於管道直徑D。
[0017] 如圖1所示，假定流體的流動速度為V，管道直徑為D，流體流動的方向為沿著管道 徑向從橫向換能器13到逆流換能器12的方向。
[0018] 一方面通過橫向換能器13與逆流換能器12測試出實時的聲音速度，另一方面，通 過斜角設置的順流換能器11與逆流換能器12,測試順流和逆流兩個方向聲波的傳輸時間 差，由此即可計算流體流動的速度，進而可以計算流體的流量。
[0019] 參看圖1，控制順流換能器11發射超聲波，在逆流換能器12接收該順流換能器11 發射的超聲波，可以計算出超聲波從順流換能器11到達逆流換能器12的飛行時間，即 公式⑴；從逆流換能器12發射超聲波，在順流換能器11接收逆流換能器12發射的超聲 波，可以計算出超聲波從逆流換能器12到達順流換能器的飛行時間Ττ#，即公式（2):
【權利要求】
1. 一種流量計，其特徵在於，包括設置於管道壁上的第一換能器、第二換能器及第三換 能器，所述第三換能器和所述第一換能器位於管道的同一橫截面上，所述第二換能器位於 與所述第三換能器和所述第一換能器所在橫截面不同的另一橫截面上，其中，所述第一換 能器設置成用於發送第一聲波而所述第三換能器設置成用於接收第一聲波，以便計算聲波 在靜止流體中的基本速度；所述第一換能器設置成用於發送第二聲波而所述第二換能器設 置成用於接收第二聲波，以便測量信號的第一飛行時間；所述第二換能器設置成用於發送 第三聲波而所述第一換能器設置成用於接收第三聲波，以便測量信號的第二飛行時間；所 述流量計基於所述基本速度、所述第一飛行時間和所述第二飛行時間來計算管道內流體的 流量。
2. 根據權利要求1所述的流量計，其特徵在於，所述第二換能器在管道內流體流動方 向上位於所述第三換能器和所述第一換能器的下遊，所述第一換能器為順流換能器，所述 第二換能器為逆流換能器，所述第三換能器為橫向換能器，所述第一飛行時間為順流飛行 時間，所述第二飛行時間為逆流飛行時間。
3. 根據權利要求1所述的流量計，其特徵在於，所述第二換能器在管道內流體流動方 向上位於所述第三換能器和所述第一換能器的上遊，所述第一換能器為逆流換能器，所述 第二換能器為順流換能器，所述第三換能器為橫向換能器，所述第一飛行時間為逆流飛行 時間，所述第二飛行時間為順流飛行時間。
4. 根據權利要求1所述的流量計，其特徵在於，所述流量計為液體流量計。
5. 根據權利要求4所述的流量計，其特徵在於，所述流量計為水錶。
6. 根據權利要求1所述的流量計，其特徵在於，所述流量計為熱量計。
7. 根據權利要求1?6中任一所述的流量計，其特徵在於，所述聲波為超聲波。
8. -種流體流量測量方法，其特徵在於，該方法包括：（1)、在管道壁上設置第一換能 器、第二換能器及第三換能器，其中，所述第三換能器和所述第一換能器位於管道的同一橫 截面上，所述第二換能器位於與所述第三換能器和所述第一換能器所在橫截面不同的另 一橫截面上；（2)、控制所述第一換能器發送第一聲波並控制所述第三換能器接收第一聲 波，以便計算聲波在靜止流體中的基本速度；(3)、控制所述第一換能器發送第二聲波並控 制所述第二換能器接收第二聲波，以便測量信號的第一飛行時間；(4)、控制所述第二換能 器發送第三聲波並控制所述第一換能器接收第三聲波，以便測量信號的第二飛行時間；以 及（5)、基於所述基本速度、所述第一飛行時間和所述第二飛行時間來計算管道內流體的流 量。
9. 根據權利要求8所述的流體流量測量方法，其特徵在於，設置所述第二換能器使其 在管道內流體流動方向上位於所述第三換能器和所述第一換能器的下遊。
10. 根據權利要求8所述的流體流量測量方法，其特徵在於，設置所述第二換能器使其 在管道內流體流動方向上位於所述第三換能器和所述第一換能器的上遊。
【文檔編號】G01F1/66GK104457871SQ201410579163
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】周斌 申請人:北京福星曉程電子科技股份有限公司