創(chuàng)意無(wú)極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利——超聲波流量計(jì)量表及用于該儀表的星形軌跡檢測(cè)方法。該專利由威海市天罡儀表股份有限公司申請(qǐng)，并于2018年6月29日獲得授權(quán)公告。
本發(fā)明涉及流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種超聲波流量計(jì)量?jī)x表及用于該儀表的星形軌跡檢測(cè)方法。
發(fā)明背景
眾所周知，超聲波時(shí)差法測(cè)速是目前廣泛的應(yīng)用在超聲波儀表的流量流速計(jì)量中，其原理是安裝在超聲波測(cè)量管體的成對(duì)超聲波換能器交替發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，超聲波按一定的軌跡傳播，通過(guò)電子器件記錄處理順逆流超聲波傳播的時(shí)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(cè)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(dòng)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(guò)經(jīng)驗(yàn)或CFD模擬進(jìn)行確定；流體流動(dòng)狀態(tài)則與實(shí)際工況有關(guān)，為無(wú)規(guī)律變化(如表前有變徑，則管道內(nèi)局部流速會(huì)較快，其他部會(huì)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(dá)到30%以上波動(dòng)。
現(xiàn)有市場(chǎng)的超聲波流量?jī)x表(超聲波熱量表/水表/流量計(jì))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(guò)管道軸線的超聲波軌跡，其測(cè)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(guò)多個(gè)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(duì)以上乃至十幾對(duì)換能器才能達(dá)到目的，除去換能器對(duì)和計(jì)算器的成本增加，其中平行支架式多聲道需要在測(cè)量管體內(nèi)排布過(guò)多的反射面支架大大堵塞測(cè)量管體管道，Z型、V型、W型需要在測(cè)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(cè)量管體橫截面的大部分區(qū)域，從而通過(guò)一對(duì)換能器有效測(cè)得截面大部分區(qū)域速度。但該發(fā)明的測(cè)量管體截面為正方形，增大了測(cè)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(hào)，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(cè)精度高、成本低廉，并使超聲波信號(hào)沿著星形軌跡傳播反射、對(duì)復(fù)雜的不均勻的流動(dòng)狀態(tài)流體流速進(jìn)行計(jì)量的超聲波流量計(jì)量?jī)x表，同時(shí)，還提供一種方法獨(dú)特、互不干擾的星形軌跡檢測(cè)方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種超聲波流量計(jì)量?jī)x表，包括測(cè)量管體、一對(duì)換能器和反射面，所述一對(duì)換能器包括反射換能器和接收換能器，其特征在于所述測(cè)量管體內(nèi)壁圓周設(shè)有反射面，所述測(cè)量管體側(cè)壁至少設(shè)有一對(duì)換能器安裝座，所述一對(duì)換能器分別安裝在一對(duì)換能器安裝座內(nèi)，所述一對(duì)換能器與測(cè)量管體的中心交點(diǎn)在同一縱切面上，且所述一對(duì)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(hào)的折射夾角，通過(guò)超聲波信號(hào)沿著測(cè)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(cè)量管體內(nèi)的整個(gè)流通區(qū)域，使測(cè)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(cè)量管體的圓管形狀，并通過(guò)通過(guò)一對(duì)換能器有效測(cè)得截面大部分區(qū)域速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)不均勻的復(fù)雜流動(dòng)的準(zhǔn)確測(cè)量。
本發(fā)明所述測(cè)量管體內(nèi)的反射面呈狹長(zhǎng)的長(zhǎng)方形，所述測(cè)量管體內(nèi)壁是由n個(gè)反射面沿測(cè)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(cè)量管體軸線，以利于支持多聲道的復(fù)合型測(cè)量，當(dāng)測(cè)量管體上設(shè)有多組換能器時(shí)，只需要增加換能器安裝座，使多個(gè)聲道共用反射面面進(jìn)行星形軌跡的信號(hào)傳播，互不干擾，大大提高了流體的測(cè)量精度。
本發(fā)明所述反射面的寬度為10mm-20mm。通過(guò)一對(duì)換能器的超聲波全方位掃描測(cè)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(dòng)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(cè)量管體前為0直管段安裝環(huán)境下正常工作，精確測(cè)量流體流速，使測(cè)量精度進(jìn)一步達(dá)到±1%的作用。
本發(fā)明由于采用上述結(jié)構(gòu)和檢測(cè)方法，具有加工方便、安裝快捷、檢測(cè)精度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
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