技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體儀表技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)中，目前常用的家用氣體表主要為膜式氣體表，其計(jì)量精度受溫度和壓力的影響很大。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波流量計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，它是采用新型的測(cè)量技術(shù)，與傳統(tǒng)氣體表相比，具有不接觸被測(cè)介質(zhì)，精度高，穩(wěn)定性好，大量程比特征，構(gòu)造簡(jiǎn)單、機(jī)械性可動(dòng)部分少，體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)。

超聲波流量計(jì)流量測(cè)量采用的技術(shù)主要是聲速測(cè)量技術(shù)，基本原理是利用超聲波在流體中傳播時(shí)所載流體的流速信息來(lái)測(cè)量流體流量。其原理如圖1所示。超聲波流量計(jì)流量的測(cè)量方法按照測(cè)量原理分為：波束偏移法、相關(guān)法、噪聲法、多普勒效應(yīng)法和傳播時(shí)間差法。目前應(yīng)用最為廣泛的為傳播時(shí)間差法。傳播時(shí)間差法按照測(cè)量物理量的不同有：時(shí)差法、頻差法和相位差法。直接時(shí)差法、時(shí)差法、頻差法和相位差法又統(tǒng)稱為傳播速度差法。這種方法不會(huì)造成壓力損失，并且適用于大口徑，非導(dǎo)電性，抗腐蝕性強(qiáng)的氣體和液體。目前對(duì)于家用超聲波氣體表一般都選用時(shí)差法測(cè)量，時(shí)差法克服了超聲波傳輸速度隨流體溫度變化帶來(lái)的誤差，準(zhǔn)確度較高。

時(shí)差法測(cè)量的原理是：當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)與超聲波傳播順?lè)较驎r(shí)，超聲波傳播速度隨介質(zhì)流動(dòng)速度增加而增加，當(dāng)介質(zhì)流動(dòng)與超聲波傳播逆方向時(shí)，超聲波傳播速度隨介質(zhì)流動(dòng)速度增加而減小。最終，通過(guò)測(cè)量超聲波脈沖在流體中順流和逆流傳播時(shí)速度和時(shí)間之差來(lái)反映流體流速，其測(cè)量原理如圖2所示。

超聲波傳感器A、超聲波傳感器B設(shè)置在通氣管道腔體內(nèi)氣體流通路徑的上游和下游，上游的超聲波傳感器A發(fā)出超聲波給下游的超聲波傳感器B，可以得到傳送時(shí)間T1，然后由相反方向從下游的超聲波傳感器B向上游的超聲波傳感器A發(fā)出超聲波，可以得到傳送時(shí)間T2，然后通過(guò)以下方法可以得到氣體的流速U：

上游到下游的傳送時(shí)間：????????????????????????????????????????????????；

下游到上游的傳送時(shí)間：；

則氣體流速U為：；

其中L為超聲波傳感器A與超聲波傳感器B之間超聲波的傳播距離，C為超聲波在沒(méi)有氣體流動(dòng)時(shí)的通氣管道腔體內(nèi)的傳播速度，為氣體的流動(dòng)方向與超聲波傳感器A和超聲波傳感器B之間傳送超聲波路徑方向的夾角。

設(shè)通氣管道的截面積為S，氣體流動(dòng)時(shí)間為T，則氣體表的流量Q為：。

時(shí)差法測(cè)量雖然避免了溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)量精確度的影響，但是，由于在測(cè)量過(guò)程中，要得到穩(wěn)定清晰地超聲波波形，測(cè)量出時(shí)間差卻是一件很困難的事情，這主要是因?yàn)椋撼暡〞?huì)受到的噪聲干擾，這些噪聲主要來(lái)源于傳感器本身帶來(lái)的噪聲和電路板各相關(guān)電路產(chǎn)生的噪聲。基于前述原因，時(shí)差法測(cè)量的精度也非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的提供一種新的超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量測(cè)量方法，該方法盡可能地避免了溫度和噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種超聲波流量計(jì)的流量測(cè)量方法，具體步驟如下：將超聲波傳感器A和超聲波傳感器B分別安裝在超聲波流量計(jì)氣體流道的上游和下游，超聲波傳感器A和超聲波傳感器B的探頭位于超聲波流量計(jì)氣體流道的內(nèi)壁上；

S1：在控制計(jì)算單元中預(yù)設(shè)脈沖信號(hào)電壓閥值U₀，通過(guò)控制計(jì)算單元設(shè)置放大單元的增益和濾波單元的帶寬，控制計(jì)算單元中還存儲(chǔ)有超聲波流量計(jì)中超聲波脈沖信號(hào)在超聲波流量計(jì)氣體流道內(nèi)的傳輸距離L，氣體的流動(dòng)方向與超聲波路徑傳輸方向的夾角，超聲波流量計(jì)氣體流道的橫截面積S，、S和L均可通過(guò)測(cè)量獲得；

S2：測(cè)量氣體流向與超聲波傳播順?lè)较驎r(shí)，超聲波在氣體超聲波流量計(jì)流道中的傳送時(shí)間T₁，具體步驟如下：

??S21：處理器模塊的控制計(jì)算單元向測(cè)量計(jì)時(shí)模塊發(fā)出脈沖觸發(fā)控制信號(hào)，測(cè)量計(jì)時(shí)模塊根據(jù)接收到的脈沖觸發(fā)控制信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，此時(shí)，傳感器控制模塊控制超聲波傳感器A接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)出超聲波脈沖信號(hào)Us，超聲波傳感器B用于接收波信號(hào)Us；

S22：超聲波傳感器A接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)并發(fā)出超聲波脈沖信號(hào)Us時(shí)，向控制計(jì)算單元做出反饋，控制計(jì)算單元控制測(cè)量計(jì)時(shí)模塊開(kāi)始計(jì)時(shí)；

S23：信號(hào)調(diào)理模塊將超聲波傳感器B接收到的所有信號(hào)通過(guò)匹配單元進(jìn)行匹配、濾波單元進(jìn)行濾波和放大單元進(jìn)行放大處理，將超聲波傳感器B接受超聲波脈沖信號(hào)Us時(shí)接受到的噪聲進(jìn)行過(guò)濾；?