雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置的製作方法

2023-04-30 03:45:16

專利名稱：雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲流量計的檢測裝置，特別是超聲流量計的流速測量檢測裝置，使用該裝置可以對超聲流量計的時間差及流速測量準確性進行檢測、校準。
背景技術：
時差法超聲流量計是近年來技術發展迅速的一種速度式流量測量儀表，其被廣泛應用於天然氣流量、水電站流量、河道流量、汙水流量等計量領域，其計量準確性備受關注。超聲流量計被廣泛用於流量測量領域，特別是在大口徑水流量(如水電站)、天然氣流量以及明渠流量測量等方面，已成為主要測量手段。流量計的準確度往是使用者最為關心的技術指標。在現有技術中，如專利CN1389711A公開了一種標定裝置，其可進行流量計的時間差標定，該裝置包括一個「T」形的封閉液槽，將流量計超聲波發射探頭及2個接收探頭分別安裝在液槽的3個埠處，液槽的中心位置裝有超聲波的反射透鏡，使由發射探頭髮出的超聲波各約50%分別透射、反射到2個接收探頭，2個接收探頭的位置可調整， 使超聲波到2個接收探頭的行程不同，從而產生時間差，該裝置還包含有一個標定控制電路，其核心為一個三刀雙擲開關，用來控制切換發射探頭與接收探頭。但該裝置在使用上存在一定的局限性(1)聲路長度難以準確測量。標準時間差是由聲道長度差值計算得到， 由於通常需要檢測的時間差非常小，達到微秒量級，因此要求長度的測量準確度需要達到 0. 1mm，甚至0. 01mm，但該裝置中在探頭安裝好後是無法直接對聲路長度進行直接測量的， 而由反射形成的折線聲路長度測量難度更大；( 其利用反射與透射將超聲信號分成2路， 但由於信號強度減少一半，可能會造成有些流量計無法接收到信號；C3)通用性受限，由於探頭要密封在液槽埠上，不同廠家、不同型號的探頭大小、材質可能會不同，需要重新設計埠機械結構；其標定控制電路需已知超聲流量計上、下遊探頭髮送規則，否則無法實現對發射、接收端的切換控制，而每個流量計生產企業均有自己的發送規則，不盡相同。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中檢測裝置的局限性，形成一套可廣泛適用於現有超聲流量計產品的通用型流速模擬檢測裝置，該裝置可進行量值溯源，且具有較高的計量準確性。本發明提供了一種雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其包括一待測超聲流量計；與該待測超聲超聲流量計的一端連接的第一信號分離模塊，與該待測超聲超聲流量計的另一端連接的第二信號分離模塊；位於第一信號分離模塊與第二信號分離模塊之間設置在液體容器中的第一換能器、第二換能器、第三換能器、第四換能器；其特徵在於所述第一換能器與所述第二換能器位於第一通道，所述第三換能器與所述第四換能器位於第二通道。其中，所述第一通道為正向傳播通道，所述第二通道為逆向傳播通道。
其中，在所述液體容器中進一步包括有定位裝置，其用於對四個換能器進行安裝和定位。其中，所述定位裝置為滑軌系統，該滑軌系統包括一條軌道和兩個可滑動組件。其中，所述第一換能器發射超聲信號，所述第二換能器接收該超聲信號；所述第三換能器發射超聲信號，所述第四換能器接收該超聲信號。其中，從第一換能器到第二換能器的超聲傳播距離與第三換能器到第四換能器的超聲傳播距離不同。其中，換能器通過緊固件固定到可滑動組件上。其中，所述第一信號分離模塊與所述第二信號分離模塊的信號發送和接收為獨立的通道。其中，所述定位裝置位於所述液液體容器中，在所述液體容器中具有液體介質，所述液體介質具有預定的流速。本發明的檢測裝置中帶有可固定超聲換能器的可滑動組件的滑軌系統2條，在每條滑軌上，2個可滑動組件間的距離在滑軌範圍內可調；信號分離模塊能夠使超聲波信號發射信號及接收信號單向導通。在超聲流量計的聲道上安裝上的2對超聲換能器均平行對準，同一聲道上的兩個換能器的中心位於同一個軸線上，保證超聲波傳輸聲道的水平，形成雙通道，通過信號分離模塊控制超聲流量計正向傳輸信號和逆向傳輸信號分別通過獨立的傳輸通道，滑軌系統可調整2個通道的聲路長度，對聲路長度之間設置一個差值，使超聲波正向傳輸和逆向傳輸產生時間差，流量計將產生流速信號，通過幾何方法可準確測得聲路長度並計算得到理論時間差(及流速)，從而實現流量計流速檢測。對流量計流速測量準確性進行測量是非實流校準方法中最重要的一個手段。本發明的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置將流量計的正向、逆向超聲信號分開為2個通道，並通過幾何方法使正向、逆向超聲信號行程不同，模擬一個標準流速，可準確、高效地對流量計的流速示值進行檢測。該裝置具有較大的通用性，適用於不同廠家的流量計，裝置能夠通過對幾何參數的溯源實現量值傳遞，具有較高準確度，解決了非實流校準中關鍵技術問題，可在計量檢測機構及超聲流量計生產廠家中推廣使用。


本發明附圖的簡要說明如下圖1時間差檢測裝置示意2滑軌系統示意圖
具體實施例方式為了本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖並結合實際實施例，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，雙聲道時差超聲流量計的結構示意圖。超聲流量計形成A、B兩個通道，通過兩個通道的時間差獲得流速。具體而言，測量裝置中設置液體容器，優選該液體容器可為液體槽1，在該液體槽1中具有流動的液體介質，可傳輸超聲波信號，一般與超聲流量計測量介質相同，該液體介質在液體槽中具有標準的流速，其流動方向相對於圖1來說可向左或向右，只要保證其流速的穩定以及流動的方向符合檢測要求即可。在液體槽1中設置用於放置超聲流量計的換能器的定位裝置，優選該定位裝置為圖1中所示的滑軌系統 21、22，滑軌系統21、22放置於液體槽1中，在液體槽1中液體的液面高於滑軌系統的高度， 保證實驗用液體介質完全浸沒滑軌系統，且滑軌系統對液晶介質的流動速度的影響可以忽略不計。如圖2所示為滑軌系統21的側面圖，在滑軌系統21上設置有兩個可滑動組件 211、212，該兩個可滑動組件可被固定在滑軌上，優選通過鎖緊機構215、216將該可滑動組件固定到滑軌上，採用緊固件213將換能器31安裝到可滑動組件211上，使用緊固件214 將換能器32安裝到可滑動組件212上，各種不同型號和結構的換能器能夠通過緊固件精確地安裝到可滑動組件上。對於待檢測、標定的超聲流量計5來說，其通常具有一對換能器，每個換能器同時具有發射超聲和接收超聲的功能，正向(以液體流動方向為正向)和逆向傳播的超聲聲路為同一條聲道。在本發明中為了提高測量的準確性，採用雙通道進行測量，就是採用兩對換能器，將正向超聲聲道和逆向超聲聲道分離開來，形成獨立的兩個通道，即如圖1所示的A 通道和B通道。假定超聲流量計5的埠 51為其連接上遊超聲換能器的埠，埠 52為其連接下遊超聲換能器的埠，其中，超聲流量計5的上遊埠 51及下遊埠 52上分別連接有信號分離模塊41、42，正是通過信號分離模塊，從埠 51發出和接收的信號被分成兩個通道，使原超聲流量計使用狀態的單條超聲通道變為雙通道，信號分離模塊採用電學方法， 使單條通道雙向傳播的超聲信號分離，埠 51發出的正向傳播(上遊埠至下遊埠)信號被信號分離模塊41分離到A通道，A通道的信號通過一對換能器31、32傳播到下遊位置處的信號分離模塊42處，該信號分離模塊42將接收到的A通道信號發送到下遊埠 52，從而將信號傳遞到流量計5處，實現了正向傳播的超聲信號的測量。對於逆向傳播的超聲信號來說，其具有與A通道信號相似的工作方式，與埠 52相連的信號分離模塊42將從埠 52發出的信號與其從A通道接收的信號分離開，相應的從埠 52發出的信號被信號分離模塊42分離到B通道中，B通道的信號通過一對換能器34、33傳播到上遊位置處的信號分離模塊41處，該信號分離模塊41將接收到的B通道信號發送到上遊埠 51，從而將信號傳遞到流量計5處，實現了逆向傳播的超聲信號的測量。上述信號分離模塊41、42區分發送和接收信號，將信號分離到正確的傳播聲道，優選該信號分離模塊41的一端通過電纜與埠 51連接，優選該信號分離模塊42的一端通過電纜與埠 52連接，信號分離模塊41的另一端與A通道中的換能器31、32相連接，信號分離模塊42的另一端與B通道的換能器33、34 相連接。由於採用雙通道，對於兩個滑軌系統21、22來說，優選可以將兩個滑軌系統平行放置，且兩個滑軌上均具有長度刻度值，能夠進行高精度的長度微調。對於A通道中的一對超聲換能器31、32安裝在滑軌系統21上，換能器31通過可滑動組件211被固定在滑軌系統21的上遊一端，換能器32通過可滑動組件212被固定在滑軌系統21的下遊一端，在換能器31和換能器32之間具有長度L2，該長度L2可通過移動位於滑軌系統21兩端的換能器31、32的固定位置來進行調整，從而實現超聲正向傳播長度L2的可調節；對於B通道中的一對超聲換能器33、34安裝在滑軌系統22上，換能器33通過可滑動組件221被固定在滑軌系統22的上遊一端，換能器34通過可滑動組件222被固定在滑軌系統22的下遊一端， 在換能器33和換能器34之間具有長度Li，該長度Ll可通過移動位於滑軌系統22兩端的換能器33、34的固定位置來進行調整，從而實現超聲逆向傳播長度Ll的可調節；優選超聲流量計正向傳播的長度L2大於其逆向傳播的長度Li，為便於調整和比較傳播長度，優選可以將滑軌系統21、22 —端的換能器設置在同一水平位置，且優選在兩個滑軌上具有相同的起始刻度值，而對滑軌系統21、22另一端的換能器進行位置調整，使位於不同滑軌上的兩個換能器的位置刻度值不相同，從而產生不同聲道超聲波的傳輸時間差。根據流量計實際工作聲道長度以及需要檢測流速點，按照公知的時差法超聲流量計工作原理可計算得到2個聲道理論長度值L'刺『2的，2個通道的長度差的相對大小決定了所產生的時間差的大小(理論流速的大小)；可滑動組件211、212，通過幾何方法調整、測量換能器探頭31、32聲道長度(間距)使Ll L'工；可滑動組件，通過幾何方法調整、測量換能器探頭33、34聲道長度(間距)使L2 L' 2 ；使用鎖緊機構215、216，將滑塊固定在滑軌上。在雙通道超聲流量計的測量過程中，保持超聲流量計5處於正常工作狀態，其正向傳輸信號通過上遊埠 51至信號分離模塊41，之後通過A通道，換能器探頭31發射超聲波，換能器探頭32接收，接收信號傳輸至信號分離模塊42，傳回流量計5的下遊埠 52 ； 其逆向傳輸信號通過下遊埠 52至信號分離模塊42，通過B通道，換能器探頭34發射超聲波，換能器探頭33接收，接收信號傳輸至信號分離模塊41，傳回流量計5的上遊埠 51 ；由於流量計5正向發出的超聲波傳播距離L2與逆向發出的超聲波傳播距離Ll和不同，流量計5將顯示流速值(時間差)，與通過L1、L2計算得到的理論流速值相比較，從而實現對流量計流速(時間差)進行檢測。本發明的檢測裝置具有較大的通用性，適用於不同廠家的流量計，其能夠通過對幾何參數的溯源實現量值傳遞，具有較高準確度，解決了非實流校準中關鍵技術問題，可在計量檢測機構及超聲流量計生產廠家中推廣使用。雖然本發明是參考其優選實施例示出和描述的，但本領域的普通技術人員應該理解，在不脫離附屬的權利要求書所限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以進行形式和細節的各種改變。
權利要求
1.一種雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其包括一待測超聲流量計；與該待測超聲超聲流量計的一端連接的第一信號分離模塊，與該待測超聲超聲流量計的另一端連接的第二信號分離模塊；位於第一信號分離模塊與第二信號分離模塊之間設置在液體容器中的第一換能器、第二換能器、第三換能器、第四換能器；其特徵在於所述第一換能器與所述第二換能器位於第一通道，所述第三換能器與所述第四換能器位於第二通道。
2.如權利要求1所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於在所述液體容器中進一步包括有定位裝置，其用於對四個換能器進行安裝和定位。
3.如權利要求2所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述定位裝置為滑軌系統，該滑軌系統包括一條軌道和兩個可滑動組件。
4.如權利要求2或3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述第一換能器發射超聲信號，所述第二換能器接收該超聲信號；所述第三換能器發射超聲信號，所述第四換能器接收該超聲信號。
5.如權利要求2或3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於從第一換能器到第二換能器的超聲傳播距離與第三換能器到第四換能器的超聲傳播距離不同。
6.如權利要求3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於換能器通過緊固件固定到可滑動組件上。
7.如權利要求2或3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述第一信號分離模塊與所述第二信號分離模塊的信號發送和接收為獨立的通道。
8.如權利要求2或3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述定位裝置位於所述液液體容器中，在所述液體容器中具有液體介質。
9.如權利要求2或3所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述第一通道為正向傳播通道，所述第二通道為逆向傳播通道。
10.如權利要求8所述的雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其特徵在於所述液體介質具有預定的流速。
全文摘要
本發明提供了一種雙通道法超聲流量計時間差檢測裝置，其包括一待測超聲流量計；與該待測超聲超聲流量計的一端連接的第一信號分離模塊，與該待測超聲超聲流量計的另一端連接的第二信號分離模塊；位於第一信號分離模塊與第二信號分離模塊之間設置在液體容器中的第一換能器、第二換能器、第三換能器、第四換能器；其特徵在於所述第一換能器與所述第二換能器位於第一通道，所述第三換能器與所述第四換能器位於第二通道。該檢測裝置具有較大的通用性，適用於不同廠家的流量計，裝置能夠通過對幾何參數的溯源實現量值傳遞，具有較高準確度。
文檔編號G01F25/00GK102288265SQ201110246889
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者孟濤, 張亮, 王池, 胡鶴鳴, 高峰 申請人:中國計量科學研究院