創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項國家發(fā)明授權(quán)專利——超聲波流量計量表及用于該儀表的星形軌跡檢測方法。該專利由威海市天罡儀表股份有限公司申請，并于2018年6月29日獲得授權(quán)公告。
本發(fā)明涉及流量計量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種超聲波流量計量儀表及用于該儀表的星形軌跡檢測方法。
發(fā)明背景
眾所周知，超聲波時差法測速是目前廣泛的應(yīng)用在超聲波儀表的流量流速計量中，其原理是安裝在超聲波測量管體的成對超聲波換能器交替發(fā)射和接收超聲波信號，超聲波按一定的軌跡傳播，通過電子器件記錄處理順逆流超聲波傳播的時間差得到超聲波軌跡上流體的線平均速度，但是該速度并非測量管體橫截面的面平均速度；且兩者之間的比值系數(shù)與溫度、流量、流體流動狀態(tài)相關(guān)。其中溫度和流量引發(fā)的系數(shù)變化可通過經(jīng)驗或CFD模擬進行確定；流體流動狀態(tài)則與實際工況有關(guān)，為無規(guī)律變化(如表前有變徑，則管道內(nèi)局部流速會較快，其他部會較慢)，由于不同的工況，線平均速度與面平均速度的比值系數(shù)的可能引發(fā)達到30%以上波動。
現(xiàn)有市場的超聲波流量儀表(超聲波熱量表/水表/流量計)的超聲波傳播軌跡一般采用平行支架式、Z型、V型、W型及這四種形式的多聲道復(fù)合型，這四種基礎(chǔ)形式的均是過管道軸線的超聲波軌跡，其測的先平均速度均不能有效反映速度不規(guī)則的面平均速度；多聲道復(fù)合形式通過多個聲道軌跡的線速度擬合，能夠有效的反映不規(guī)則的面平均速度，但是常常需要4對以上乃至十幾對換能器才能達到目的，除去換能器對和計算器的成本增加，其中平行支架式多聲道需要在測量管體內(nèi)排布過多的反射面支架大大堵塞測量管體管道，Z型、V型、W型需要在測量管體上加工、安裝高精度、高難度的換能器安裝座和超聲波反射面也大大增加了產(chǎn)品的成本。
近期有一種三維多反射聲道的產(chǎn)品采用七次反射，使得超聲波軌跡均勻涵蓋測量管體橫截面的大部分區(qū)域，從而通過一對換能器有效測得截面大部分區(qū)域速度。但該發(fā)明的測量管體截面為正方形，增大了測量管體的壓損與加工難度；其中兩組反射面為三維角度，加工工藝與裝配工藝及其復(fù)雜，若有微小誤差，則不能有效反射超聲波信號，可推廣應(yīng)用性低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種加工方便、安裝快捷、檢測精度高、成本低廉，并使超聲波信號沿著星形軌跡傳播反射、對復(fù)雜的不均勻的流動狀態(tài)流體流速進行計量的超聲波流量計量儀表，同時，還提供一種方法獨特、互不干擾的星形軌跡檢測方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種超聲波流量計量儀表，包括測量管體、一對換能器和反射面，所述一對換能器包括反射換能器和接收換能器，其特征在于所述測量管體內(nèi)壁圓周設(shè)有反射面，所述測量管體側(cè)壁至少設(shè)有一對換能器安裝座，所述一對換能器分別安裝在一對換能器安裝座內(nèi)，所述一對換能器與測量管體的中心交點在同一縱切面上，且所述一對換能器橫向方向的中心軸線的夾角等于所述換能器發(fā)出的超聲波信號的折射夾角，通過超聲波信號沿著測量管體內(nèi)壁的反射面反復(fù)折射形成星形軌跡傳播，使得超聲波軌跡均勻涵蓋測量管體內(nèi)的整個流通區(qū)域，使測量管體內(nèi)反射面不存在三維角度，易于加工制造且不影響測量管體的圓管形狀，并通過通過一對換能器有效測得截面大部分區(qū)域速度，實現(xiàn)對不均勻的復(fù)雜流動的準(zhǔn)確測量。
本發(fā)明所述測量管體內(nèi)的反射面呈狹長的長方形，所述測量管體內(nèi)壁是由n個反射面沿測量管體內(nèi)壁圓周陣列而形成的多邊形內(nèi)鏡，且反射面面平行于測量管體軸線，以利于支持多聲道的復(fù)合型測量，當(dāng)測量管體上設(shè)有多組換能器時，只需要增加換能器安裝座，使多個聲道共用反射面面進行星形軌跡的信號傳播，互不干擾，大大提高了流體的測量精度。
本發(fā)明所述反射面的寬度為10mm-20mm。通過一對換能器的超聲波全方位掃描測量管體內(nèi)流體全部的流通空間，使本發(fā)明能夠在較大流量、溫度、不規(guī)則流動變化范圍內(nèi)，及在量程比250:1情況下、4℃至150℃溫度變化范圍內(nèi)、測量管體前為0直管段安裝環(huán)境下正常工作，精確測量流體流速，使測量精度進一步達到±1%的作用。
本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)和檢測方法，具有加工方便、安裝快捷、檢測精度高、成本低廉等優(yōu)點。
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