[发明专利]三通道超声时差流速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声流速测量技术，特别是涉及多对超声换能器安装在已经布置在位的管道外侧的情况下，用于提高流速测量精度的三通道超声时差流速测量方法。 

背景技术

利用超声波测量流体的流速，与其他方法比，它具有无可动部件、无压损、成本对口径变动不敏感，因此在工业生产中具有一次投资多次、多管道测量的明显优势。 

目前，基于超声波时差法原理的超声波流速测量方法，以其原理简单、测量精度高的特点，广受欢迎，成为超声波流速测量的主流。 

申请号为“01100097.X”名称为“超声波多通道流量测量方法”的专利申请，公开的是同一管道截面安装多个测量通道，在不能十分精确地测量流体流动截面和由于管道是椭圆形使管道内径偏差的情况下，该方法能增强流量测量的精度。 

申请号为“03114624.4”名称为“一种小管径超声波流量测量装置及方法”的专利申请，公开的是换能器“V”型安装方式，流速计算过程中使用了超声在流体介质中的速度，并把它当着恒量使用，在实际工业生产过程中，超声在流体介质中的速度是随温度、介质密度等变化而变化的，不是恒量，而是变量，因此在流速测量过程中产生了误差。 

申请号为“200710125204.8”名称为“一种超声波流量检测系统及检测方法”的专利申请，公开的是换能器“Z”型安装方式，流速计算过程中没有考虑超声在声楔材料和管壁中的传播时间，把换能器收发时间差等同于超声在流体介质中传播的时间，因此在流速测量过程中产生了误差。 

专利号为“200820038526.9”名称为“同步收发时差式超声波流量计”的专利申请，公开的仍然是换能器“Z”型安装方式，在信号抗干扰方面做了改进，并采用信号同时收发，以提高测量速度，但并未从测量原理上提高测量精度。 

如图1所示，传统时差法：“V”型安装 

“V”型安装时，超声在声楔材料中传播速度为 、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；管壁中传播速度为、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；流体中传播速度为、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；超声顺流时收发时间差为，逆流时收发时间差为。

可得：顺流时间为

逆流时间为

由于声楔材料与管壁处于相对静止状态，故对超声没有速度的影响。所以当超声入射角一定时，顺、逆流时超声在声楔材料与管壁中速度与时间相等。故：,

令

此法不足是需要知道的值，在实际测量过程中随着温度等外界因素的变化，不是一个恒定值，是一个变量。

如图2所示，改进时差法：“Z”型安装 

为了改善“V”型中需要知道值的不足，改进时差法常用“Z”型安装方法。

“Z”型安装时，超声在声楔材料中传播速度为、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；管壁中传播速度为、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；流体中传播速度为、顺流时传播时间为，逆流时传播时间为；超声顺流时收发时间差为，逆流时收发时间差为。 

由于声楔材料与管壁处于相对静止状态，故对超声没有速度的影响。所以当超声入射角一定时，顺、逆流时超声在声楔材料与管壁中速度与时间相等。 

故：,

顺流时超声波在流体中的传播速度为：

逆流时超声波在流体中的传播速度为：

两式相减，并考虑到，可以得到：

实际上用、代替了、，产生了误差。若，则代替和代替均产生了误差，

。

发明内容

本发明的目的是要提供一种有效地减小由于声楔材料和管壁带来的误差，提高测量时间差的精度的三通道超声时差流速测量方法。