一种流量计及流体测量方法
【专利摘要】本发明公开一种流量计及流体流量测量方法，该流量计包括设置于管道壁上的第一换能器、第二换能器及第三换能器。第三换能器和第一换能器位于管道的同一横截面上，第二换能器位于与第三换能器和第一换能器所在横截面不同的另一横截面上。其中，第一换能器设置成用于发送第一声波而第三换能器设置成用于接收第一声波，以便计算声波在静止流体中的基本速度；第一换能器设置成用于发送第二声波而第二换能器设置成用于接收第二声波，以便测量信号的第一飞行时间；第二换能器设置成用于发送第三声波而第一换能器设置成用于接收第三声波，以便测量信号的第二飞行时间。该流量计基于基本速度、第一飞行时间和第二飞行时间来计算管道内流体的流量。
【专利说明】一种流量计及流体测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种流量计及流体测量方法。
【背景技术】
[0002] 为测量流体流量，通常在用户的进流体管道处安装流体测量计。比如为测量水流 量，通常在每户的进水管上安装自来水表，现在的自来水表一般采用数字式旋翼湿式水表， 其采用数字式计数取代指针式计数器记录水量，在壳体内，采用转换齿轮使数字式计数器 与减速齿轮相配合，在壳体上面的表盘开一窗口，便于数字式计数器记录的数据显示，其不 足是：结构复杂，成本高，检修维护繁琐，使用寿命短，并且该结构由于计数器直接与水接 触，很容易使水垢沉淀在字轮表面，影响水表读数，同时，这种水表长期使用，容易导致齿轮 磨损，测量精度降低。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种流量计及流体测量方法。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供一种流量计，其包括设置于管道壁上的第一换能器、 第二换能器及第三换能器。第三换能器和第一换能器位于管道的同一横截面上，第二换能 器位于与第三换能器和第一换能器所在横截面不同的另一横截面上。其中，第一换能器设 置成用于发送第一声波而第三换能器设置成用于接收第一声波，以便计算声波在静止流体 中的基本速度；第一换能器设置成用于发送第二声波而第二换能器设置成用于接收第二声 波，以便测量信号的第一飞行时间；第二换能器设置成用于发送第三声波而第一换能器设 置成用于接收第三声波，以便测量信号的第二飞行时间。该流量计基于基本速度、第一飞行 时间和第二飞行时间来计算管道内流体的流量。
[0005] 可选择地，第二换能器在管道内流体流动方向上位于第三换能器和第一换能器的 下游，第一换能器为顺流换能器，第二换能器为逆流换能器，第三换能器为横向换能器，第 一飞行时间为顺流飞行时间，第二飞行时间为逆流飞行时间。
[0006] 可选择地，第二换能器在管道内流体流动方向上位于第三换能器和第一换能器的 上游，第一换能器为逆流换能器，第二换能器为顺流换能器，第三换能器为横向换能器，第 一飞行时间为逆流飞行时间，第二飞行时间为顺流飞行时间。
[0007] 根据本发明的另一个方面，提供一种流体流量测量方法，该方法包括：（1)、在管道 壁上设置第一换能器、第二换能器及第三换能器，其中，第三换能器和第一换能器位于管道 的同一横截面上，第二换能器位于与第三换能器和第一换能器所在横截面不同的另一横截 面上；（2)、控制第一换能器发送第一声波并控制第三换能器接收第一声波，以便计算声波 在静止流体中的基本速度；(3)、控制第一换能器发送第二声波并控制第二换能器接收第二 声波，以便测量信号的第一飞行时间；(4)、控制第二换能器发送第三声波并控制第一换能 器接收第三声波，以便测量信号的第二飞行时间；以及（5)、基于基本速度、第一飞行时间 和第二飞行时间来计算管道内流体的流量。
[0008] 可选择地，根据本发明实施例提供一种流量计，包括：顺流换能器、逆流换能器及 横向换能器，其中顺流换能器、逆流换能器及横向换能器处于经过管道径向轴心的同一平 面上，横向换能器和逆流换能器沿着平行于管道径向轴心的方向设置，横向换能器和逆流 换能器的直线距离为X，横向换能器与顺流换能器的直连线垂直于管道径向轴心且与该管 道径向轴心线相交，横向换能器与顺流换能器的直连线距离为管道直径D，顺流换能器、逆 流换能器及横向换能器的两两直连线就构成了一个直角三角形。
[0009] 可选择地，根据本发明实施例还提供一种流体测量方法，该方法应用流量计来实 现，所述流量计包括顺流换能器、逆流换能器及横向换能器，其中顺流换能器、逆流换能器 及横向换能器处于经过管道径向轴心的同一平面上，横向换能器和逆流换能器沿着平行于 管道径向轴心的方向设置，横向换能器和逆流换能器的直线距离为X，横向换能器与顺流换 能器的直连线垂直于管道径向轴心且与该管道径向轴心线相交，横向换能器与顺流换能器 的直连线距离为管道直径D，顺流换能器、逆流换能器及横向换能器的两两直连线构成一个 直角三角形，其中横向换能器和逆流换能器的直连线X、横向换能器和顺流换能器的直连线 Y分别构成该直角三角形的两个直角边，而顺流换能器与逆流换能器的直连线L作为该直 角三角形的斜边，Y的长度等于管道直径D;利用测量所得的声音速度和顺流/逆流时间差， 计算水流速度，用水流速度乘以管道截面积得到流体在单位时间内的流量。
[0010] 可选地,所述流量计为液体流量计。
[0011] 可选地，所述流量计为水表。
[0012] 可选地,所述流量计为热量计。
[0013] 可选地，所述声波为超声波。
[0014] 本发明的有益效果是：只需精确测算声波速度，再加上顺流和逆流的声波传输时 间差，即可计算流体速度，而顺流和逆流传输时间中的系统误差则被抵消了，而且不需要校 准时钟，所以，测试简单，易于控制，且精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1示出了本发明实施例的声波流量计的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 请参照图1，为本发明实施例的声波流量计的示意图，该流量计以水表为例，声波 以超声波为例来说明，该流量计包括3个超声波换能器：顺流换能器11、逆流换能器12及 横向换能器13。其中顺流换能器11、逆流换能器12及横向换能器13处于经过管道径向轴 心的同一平面上，横向换能器13和逆流换能器12沿着平行于管道径向轴心的方向设置，横 向换能器13和逆流换能器12的直线距离为X，横向换能器13与顺流换能器11的直连线 垂直于管道径向轴心且与该管道径向轴心线相交，横向换能器13与顺流换能器11的直连 线距离为管道直径D。这样，顺流换能器11、逆流换能器12及横向换能器13的两两直连线 就构成了一个直角三角形，其中横向换能器13和逆流换能器12的直连线X、横向换能器13 和顺流换能器11的直连线Y分别构成该直角三角形的两个直角边，而顺流换能器11与逆 流换能器12的直连线L作为该直角三角形的斜边。Y的长度等于管道直径D。
[0017] 如图1所示，假定流体的流动速度为V，管道直径为D，流体流动的方向为沿着管道 径向从横向换能器13到逆流换能器12的方向。
[0018] 一方面通过横向换能器13与逆流换能器12测试出实时的声音速度，另一方面，通 过斜角设置的顺流换能器11与逆流换能器12,测试顺流和逆流两个方向声波的传输时间 差，由此即可计算流体流动的速度，进而可以计算流体的流量。
[0019] 参看图1，控制顺流换能器11发射超声波，在逆流换能器12接收该顺流换能器11 发射的超声波，可以计算出超声波从顺流换能器11到达逆流换能器12的飞行时间，即 公式⑴；从逆流换能器12发射超声波，在顺流换能器11接收逆流换能器12发射的超声 波，可以计算出超声波从逆流换能器12到达顺流换能器的飞行时间Ττ#，即公式（2):
【权利要求】
1. 一种流量计，其特征在于，包括设置于管道壁上的第一换能器、第二换能器及第三换 能器，所述第三换能器和所述第一换能器位于管道的同一横截面上，所述第二换能器位于 与所述第三换能器和所述第一换能器所在横截面不同的另一横截面上，其中，所述第一换 能器设置成用于发送第一声波而所述第三换能器设置成用于接收第一声波，以便计算声波 在静止流体中的基本速度；所述第一换能器设置成用于发送第二声波而所述第二换能器设 置成用于接收第二声波，以便测量信号的第一飞行时间；所述第二换能器设置成用于发送 第三声波而所述第一换能器设置成用于接收第三声波，以便测量信号的第二飞行时间；所 述流量计基于所述基本速度、所述第一飞行时间和所述第二飞行时间来计算管道内流体的 流量。
2. 根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述第二换能器在管道内流体流动方 向上位于所述第三换能器和所述第一换能器的下游，所述第一换能器为顺流换能器，所述 第二换能器为逆流换能器，所述第三换能器为横向换能器，所述第一飞行时间为顺流飞行 时间，所述第二飞行时间为逆流飞行时间。
3. 根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述第二换能器在管道内流体流动方 向上位于所述第三换能器和所述第一换能器的上游，所述第一换能器为逆流换能器，所述 第二换能器为顺流换能器，所述第三换能器为横向换能器，所述第一飞行时间为逆流飞行 时间，所述第二飞行时间为顺流飞行时间。
4. 根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述流量计为液体流量计。
5. 根据权利要求4所述的流量计，其特征在于，所述流量计为水表。
6. 根据权利要求1所述的流量计，其特征在于，所述流量计为热量计。
7. 根据权利要求1?6中任一所述的流量计，其特征在于，所述声波为超声波。
8. -种流体流量测量方法，其特征在于，该方法包括：（1)、在管道壁上设置第一换能 器、第二换能器及第三换能器，其中，所述第三换能器和所述第一换能器位于管道的同一横 截面上，所述第二换能器位于与所述第三换能器和所述第一换能器所在横截面不同的另 一横截面上；（2)、控制所述第一换能器发送第一声波并控制所述第三换能器接收第一声 波，以便计算声波在静止流体中的基本速度；(3)、控制所述第一换能器发送第二声波并控 制所述第二换能器接收第二声波，以便测量信号的第一飞行时间；(4)、控制所述第二换能 器发送第三声波并控制所述第一换能器接收第三声波，以便测量信号的第二飞行时间；以 及（5)、基于所述基本速度、所述第一飞行时间和所述第二飞行时间来计算管道内流体的流 量。
9. 根据权利要求8所述的流体流量测量方法，其特征在于，设置所述第二换能器使其 在管道内流体流动方向上位于所述第三换能器和所述第一换能器的下游。
10. 根据权利要求8所述的流体流量测量方法，其特征在于，设置所述第二换能器使其 在管道内流体流动方向上位于所述第三换能器和所述第一换能器的上游。
【文档编号】G01F1/66GK104457871SQ201410579163
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】周斌 申请人:北京福星晓程电子科技股份有限公司