一种能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构的制作方法

一种能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构
所属技术领域
1.本发明涉及一种超声波流量计量流道结构，能够有效解决超声波换能器零流量时间差对超声波流量计计量精度的影响，提高超声波流量计在各种使用环境下的计量准确性。


背景技术：

2.目前，气体超声波流量计作为一种新型的计量仪表，具有测量精度高、测量范围广、压损低、免维护等优点，已被广泛使用。但气体超声波流量计测量低流速时，由于超声波换能器性能不一致，产生零流量时间差，使得小流量的计量精度受到影响。这是制约超声波流量计下限流量计量的瓶颈。在实际生产中，通过对换能器进行严格的筛选配对，来改善超声波流量计的零流量时间差。本发明采用三个超声波换能器结构，可以有效的消除超声波换能器零流量时间差的影响，提高超声波流量计的计量精度。


技术实现要素：

3.为了克服现有的气体超声波流量计计量精度受超声波换能器零流量时间差不一致的影响，希望能够有一种方法，在流速不为零时，也能准确测量出系统的零流量时间差。本发明提供一种能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构，该能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构能够在流速不为零的情况下，准确测量出系统的零流量时间差。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在流量计流道内部，采用三个超声波换能器结构，其中：超声波换能器1发射的超声波与超声波换能器2发射的超声波在超声波换能器3表面形成反射，超声波换能器1和超声波换能器2与水平的夹角为θ，其特征是超声波换能器1到超声波换能器3的距离与超声波换能器2 到超声波换能器3的距离相等，都等于l。
5.当超声波换能器1发射超声波，超声波换能器2接收超声波时：
[0006][0007]
当超声波换能器2发射超声波，超声波换能器1接收超声波时：
[0008][0009]
其中：t
up
为顺流飞行时间；
[0010]
t
dn
为逆流飞行时间；
[0011]
c为音速；
[0012]
v为流体的流速；
[0013]
τ1和τ2为顺流和逆流系统延时时间；
[0014]
由(1)和(2)式，计算出飞行时差：
[0015]
[0016]
当流速v＝0时：
[0017]
δt0＝τ2-τ1
ꢀꢀꢀ
(4)
[0018]
其中：
[0019]
δt0为零流量时间差或零漂。
[0020]
零流量时间差会随着温度变化而改变，会影响到小流量计量精度。传统的超声波流量计测量流道，在流速不为零时，无法直接测量出零流量时间差。
[0021]
本发明通过在流道底部增加超声波换能器3，即使在流速不为零时，也可以直接测量出零流量时间差δt0。
[0022]
当超声波换能器1发射超声波，超声波换能器3接收超声波时：
[0023][0024]
当超声波换能器2发射超声波，超声波换能器3接收超声波时：
[0025][0026]
由(5)和(6)式，计算出飞行时差：
[0027][0028]
由公式(7)和公式(3)可以得出：
[0029]
δt0＝2
×
δt
1-δt＝τ2-τ1
ꢀꢀꢀ
(8)
[0030]
而δt1和δt是可以测量的，即使在流速不为零时，也可以测量出为流量计的零流量时间差。
[0031]
将式(8)代入式(3)，可以得到精确的超声波顺逆流飞行时间差：
[0032][0033]
通过解方程(9)，可以得到精确的流体流速v值，进一步计算流体的出瞬时流量值。
[0034]
本发明的有益效果是，可以精确测量出零流量时间差，克服零流量时间差漂移带来的小流量测量精度影响，提高超声波流量计的小流量计量精度。
附图说明
[0035]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0036]
图1是本发明的流道剖面图。
[0037]
图2是本发明的3d构造图。
[0038]
图中1.超声波换能器1，2.超声波换能器2，3.超声波换能器3，4.流道外壳。
具体实施方式
[0039]
在图1所示实施例中，超声波换能器1发射超声波信号，超声波换能器2接收超声波信号，得到的超声波顺流传播时间t
up
；超声波换能器2发射超声波信号，超声波换能器1接收超声波信号，得到的超声波逆流传播时间t
dn
。超声波换能器3起辅助作用，只有在需要测量零流量时间差时，才投入使用。
[0040]
超声波换能器1发射超声波信号，超声波换能器3接收超声波信号，得到的超声波传输时间t
up1
；超声波换能器2发射超声波信号，超声波换能器3接收超声波信号，得到的超声波传输时间t
dn1
。
[0041]
通过公式(8)可以计算出零流量时间差δt0，并且公式(9)解方程，可以得到精确的流体流速v值。


技术特征：
1.一种能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构，在流道内部设置三个超声波换能器，其特征是：超声波换能器1和超声波换能器2为反射模式，超声波换能器3设置在超声波换能器1和超声波换能器2的反射面上。2.根据权利要求1所述的能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构，其特征是：超声波换能器1与水平线的夹角和超声波换能器2与水平线的夹角相等。3.根据权利要求1所述的能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构，其特征是：超声波换能器1与超声波换能器3的距离与超声波换能器2与超声波换能器3的距离相等。

技术总结
为了克服现有的气体超声波流量计计量精度受超声波换能器零流量时间差不一致的影响，希望能够有一种方法，在流速不为零时，也能准确测量出系统的零流量时间差。本发明提供一种能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构，该能够消除超声波换能器零漂的新型流道结构能够在流速不为零的情况下，准确测量出系统的零流量时间差。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在流量计流道内部，采用三个超声波换能器结构，其中：超声波换能器1发射的超声波与超声波换能器2发射的超声波在超声波换能器3表面形成反射，超声波换能器1和超声波换能器2与水平的夹角为θ，其特征是超声波换能器1到超声波换能器3的距离与超声波换能器2到超声波换能器3的距离相等，都等于L。都等于L。都等于L。


技术研发人员：金子晖 许卓凡
受保护的技术使用者：金子晖
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/8/11