一种超声波测量蒸汽流量计的制作方法

本发明属于流量计仪表技术领域，尤其涉及一种超声波测量蒸汽流量计。

背景技术：

传统的蒸汽流量测量采用机械式流量计，主要有孔板流量计、旋进漩涡流量计和涡街流量计等流量计，需要将流量计与蒸汽直接接触，不便于安装测量并且由于机械转动部件容易使其磨损，或由于传感器受介质的污染乃至腐蚀，导致这些流量计的性能容易变差，并且其性能受被测流体温度、压力、粘度、密度等参数的影响较大。

相比较上述计量设备，超声波气体流量计在诸多方面占据优势，超声波测量采用无阻碍测量技术，不存在活动部件，在测量过程中能量消耗低，可长期保持足够高的流体测量精度，但由于市场上超声流量计的种类较多，成本较低，总体的测量性能不高，但对于一些结垢较厚的管道而言，超声波流量计存在不易接收到信号或者长时间测量中信号衰减的问题，影响测量的准确行。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供了一种超声波测量蒸汽流量计，无接触式测量，对被测蒸汽无阻力，无损害，能够可靠、稳定、准确地对蒸汽流量进行测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种超声波测量蒸汽流量计，包括蒸汽运输管道、超声换能器、超声波发射电路、模拟开关、超声波接收处理电路、单片机、温度测量模块、压力测量模块、显示模块和无线通讯模块，所述蒸气运输管道两侧设有安装底座，每个安装底座上设有两组超声换能器，所述超能换能器和蒸气运输管道之间设有耦合剂，所述超声换能器为收发一体式结构，包括超声波发射电路、超声波信号源、超声波传感器，且四组超声换能器分别连接到模拟开关上，通过单片机控制模拟开关切换超声换能器的工作状态。

作为本发明的一种优选技术方案，超声波发射电路包括高压脉冲发生电路、脉冲升压器，单片机发出信号控制高压脉冲发生电路发射高压脉冲信号，经脉冲升压器升压后作用在超声波信号源两端，发射出超声信号。

作为本发明的一种优选技术方案，所述超声波接收处理电路包括前置放大电路、带通滤波电路、自动增益控制电路、峰值保持电路、电压比较电路。

作为本发明的一种优选技术方案，所述四组超声换能器呈x型分布安装在蒸汽运输管道上，所述超声换能器的轴线与蒸汽运输管道的轴线夹角均为45°。

作为本发明的一种优选技术方案，所述单片机的stm32系列单片机芯片，控制超声换能器工作状态的切换、流量显示模块和无线通信模块。

作为本发明的一种优选技术方案，所述温度测量模块和压力测量模块，通过采集实时的温度和压力值对所测流量进合理的补偿。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、通过安装底座和耦合剂，能够实现超声换能器不接触气体的安装，对于结垢较厚的管道也能无接触式测量，对被测气体无阻力，无损害，同时提高测量的精确度；

2、将接收到的超声波信号进行一系列放大处理，提高测量的精确度，电路设计简洁，抗干扰性强。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明中电路整体结构框图；

图3是本发明中超声波接收处理电路结构框图。

附图标记列表：1、蒸汽运输管道；2、超声换能器；3、安装底座；4、耦合剂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1和图2所示一种超声波测量蒸汽流量计，包括蒸汽运输管道1、超声换能器2、超声波发射处理电路、模拟开关、超声波接收处理电路、单片机、温度测量模块、压力测量模块、显示模块和无线通讯模块，所述蒸气运输管道1两侧设有安装底座3，每个安装底座3上设有两组超声换能器2，所述超能换能器2和蒸气运输管道1之间设有耦合剂4，所述超声换能器2为收发一体式结构，包括超声波发射电路、超声波信号源、超声波传感器，且四组超声换能器2分别连接到模拟开关上，通过单片机控制模拟开关切换超声换能器2的工作状态，蒸汽运输管道1一侧的超声波换能器2发射超声信号，另一端接收超声信号，再将得到的信号经过超声接收处理电路一系列处理后，将电信号传递给单片机，完成超声波在蒸汽运输管道1中顺逆两个方向上的时间测量，通过超声波时差发原理计算出蒸汽流体的速度，实现高精度超声波蒸汽流量的测量，同时通过安装底座3和耦合剂4，能够实现超声换能器2不接触气体的安装，无接触式测量，对被测气体无阻力，无损害。

作为本发明的一种实施例，超声波发射电路包括高压脉冲发生电路、脉冲升压器，单片机发出信号控制高压脉冲发生电路发射高压脉冲信号，经脉冲升压器升压后作用在超声波信号源两端，发射出超声信号。

作为本发明的一种实施例，如图3所述，所述超声波接收处理电路包括前置放大电路、带通滤波电路、自动增益控制电路、峰值保持电路、电压比较电路，其中，接收端的超声波传感器将接收的超声信号转换成电信号，此时接收的电信号为微弱的正弦信号，前置放大电路为二级放大电路，将微弱的正弦型号进行放大，带通滤波电路对放大后的电信号进行带通滤波，消除低频及高频噪音信号，带通滤波电路为用ne5532芯片搭建，之后经过由vca810芯片搭建的自动增益控制电路，保持接收端电压的稳定性，峰值保持电路采用二极管保持电路，将接收到的超声波信号的大小固定在某一个值，电压比较电路将收集的信号幅值与给给定值相比较，将比较结果传递给单片机，完成整个超声波信号的接收处理。

作为本发明的一种实施例，所述四组超声换能器2呈x型分布安装在蒸汽运输管道1上，所述超声换能器2的轴线与蒸汽运输管道的轴线夹角均为45°。

作为本发明的一种实施例，所述单片机的stm32系列单片机芯片，控制超声换能器工作状态的切换、流量显示模块和无线通信模块，完成流量值的显示和无线传输。

作为本发明的一种实施例，所述温度测量模块和压力测量模块能够在校准超声波气体流量计时，通过采集实时的温度和压力值对所测流量进行合理的补偿。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超声波测量蒸汽流量计，包括蒸汽运输管道、超声换能器、超声波发射处理电路、模拟开关、超声波接收处理电路、单片机、温度测量模块、压力测量模块、显示模块和无线通讯模块，所述蒸气运输管道两侧设有安装底座，每个安装底座上设有两组超声换能器，所述超能换能器和蒸气运输管道之间设有耦合剂，所述超声换能器为收发一体式结构，包括超声波发射电路、超声波信号源、超声波传感器，且四组超声换能器分别连接到模拟开关上，通过单片机控制模拟开关切换超声换能器的工作状态，本发明的有益效果为：无接触式测量，对被测蒸汽无阻力，无损害，能够可靠、稳定、准确地对蒸汽流量进行测量。

技术研发人员：毛文章;李海嵩;鲍连军;朱雨婕;邵星民
受保护的技术使用者：安徽天康（集团）股份有限公司
技术研发日：2019.01.29
技术公布日：2019.04.26