[发明专利]带有抗振操作模式的超声流量计

说明书

本发明公开了一种超声流量计(USM)，该超声流量计包括：仪表主体，该仪表主体包括用于使流体流过其中的管道节，该管道节包括第一超声换能器和第二超声换能器；执行机构，该执行机构包括外壳和PCB；控制器，该控制器通过发射器和/或接收器耦接到超声换能器；以及加速度计和/或声学传感器，该加速度计和/或声学传感器用于感测管道节上的振动并且用于提供耦接到控制器的输出信号。电子器件通信地耦接到仪表主体，并且外壳机械地联接到仪表主体。控制器分析输出信号以识别≥1的振动频率，并且将振动频率与USM的预定敏感频率范围进行比较。当确定振动频率处于预定频率范围内时，控制器通过在测量流体流量时增加测量时间和/或添加额外的数据处理任务来实现抗振操作模式。

技术领域

本发明所公开的方面涉及超声流量计(USM)。

背景技术

在涉及产品流量的多种行业中，需要能够在任何给定时间精确地测量流动的产品的量。存在若干不同类型的已知流量计。此类已知的流量计包括机械流量计(例如，活塞式流量计、螺翼式流量计或喷射流量计，它们均通过一些机械装置来测量流体流量)、涡流流量计(其中涡流是通过阻塞流体路径的一部分而产生，从而产生电压脉冲，可测量其频率并因此可确定流量)、磁性流量计(测量外加磁场产生的导电流体的电势差，并可确定流量)、涡轮流量计以及旋转流量计。还存在包括USM在内的静态(意味着没有移动部件)流量计。

USM在流体流量计量方面越来越受欢迎，因为它们能够测量各种不同的流量，仅引起极小的压降，并且它们也不具有移动部件，因此与大多数常规流量计类型相比，它们提供更少的机械维护和更好的可靠性。USM中的关键硬件部件是超声换能器，也称为超声传感器，其包括至少压电晶体或压电陶瓷，通常包含锆钛酸铅(PZT)。如物理学中已知的，压电效应是某些材料响应于施加的机械应力而生成电荷的能力，以及相反的过程。尽管USM可包括单个超声换能器，但USM通常包括至少一对超声换能器，其通过转换以脉冲电驱动信号形式提供的电能来操作，该脉冲电驱动信号被传送至超声换能器，该超声换能器将接收的电能转换成超声信号，该超声信号被传输并导向被测量的流体，在用作超声接收器时反之亦然。

此类USM可包括外部壳体，并且在外壳内可存在印刷电路板(PCB)，该印刷电路板包括控制器，诸如微控制器单元(MCU)或数字信号处理器，以及通常其他电子器件。USM通常由电池供电和/或由外部线路供电，并且可包括射频(RF)单元以及用于无线通信的天线，该射频单元包括发射器和接收器。超声换能器对包括第一超声换能器和第二超声换能器。在一种常规超声换能器布置方式中，第一换能器和第二换能器被配置在管道的同一侧上，以在穿过待测量的流体之后使用离开管道的单次反射来产生V形超声信号路径。另一种已知的超声换能器布置方式是不涉及任何信号反射的直接传输路径类型。存在多种其他已知的换能器布置方式，并且取决于管道直径和成本限制，换能器的数量总计可高达约16个或甚至更多个。

一种已知的USM布置方式包括通常被描述性地称为执行机构的装置，该执行机构包括外壳、具有包括处理器(诸如MCU)的电子器件的PCB、电池组以及机械耦接和电耦接到仪表主体的显示器，该仪表主体包括具有第一超声换能器和至少第二超声换能器的管道件。执行机构的外壳和仪表主体之间的连接包括用于通信的线材和用于物理连接的金属接头。

发明内容

提供本发明内容以介绍简化形式的公开概念的简要选择，其在下文包括所提供附图的具体实施方式中被进一步描述。该发明内容不旨在限制所要求保护的主题的范围。