專利名稱：高精度氣體超聲流量計的制作方法
技術領域：
高精度氣體超聲流量計技術領域[0001]高精度氣體超聲流量計，涉及氣體超聲流量計的制造技術，適用于工作壓力高的天然氣長輸管網(wǎng)、工作壓力變化大的城市天燃氣和煤氣管網(wǎng)、以及用于壓力非常低的燃氣終端用戶的高精度貿(mào)易流量計量。
背景技術：
[0002]以往設計制作的氣體超聲流量計產(chǎn)品，由于在設計初期受探頭制作技術、聲道分布形式與氣體流場相關技術的研究、聲時采集電路、自動增益值的控制以及故障信息診斷技術的限制，使得流量計在實際應用中的有很多局限性，最終反映在測量的準確度上。例如前期換能器的觸發(fā)頻率低于50KHz，與現(xiàn)場應用環(huán)境中的噪聲的頻率相近，造成采集的超聲信號失真。另外由于流量計中沒有前置超聲信號的預處理單元以及主信號自動增益值的控制，使得在實際應用時，當在線管道內被測氣體介質的壓力變化很大時，信號幅值不能滿足后續(xù)聲時采集電路的需求，計時電路出現(xiàn)偏差，并且，氣體超聲流量計作為重要的貿(mào)易計量用儀表，流量計中沒有設置對每個通道中探頭運行狀況的自檢測功能，當流量計中的探頭出現(xiàn)問題時不能及時報警和進行相關的處理，造成計量誤差加大。沒有引入溫度、壓力和氣體組分信息的采集系統(tǒng)，不能直接進行壓縮因子的計算，因而流量計不能直接輸出標況流量信息。發(fā)明內容[0003]針對過去生產(chǎn)的氣體超聲流量計的不足，本實用新型提供了一種工作壓力范圍寬，通過流量計信號處理單元采集到的溫度、壓力和組分信息計算出標況體積流量，同時能在現(xiàn)場顯示溫度、壓力、瞬時流量、累計流量和具有故障報警提示功能的高精度氣體超聲流量計。[0004]本實用新型流量計由測量管段和信號處理電路構成。測量管段分別由兩個聲道或者四聲道組成，兩聲道流量計根據(jù)二次反射的聲道形式設計，流量計的測量管段中配備了二對超聲換能器探頭，聲波經(jīng)過二次反射的聲道能夠對管道中的旋轉流的測量進行補償。 四聲道流量計采用四個直射式的聲道形式設計，配備四對超聲換能器探頭。超聲換能器的前耦合層表面經(jīng)噴氟處理，可防止在被測介質條件不佳的情況下使用時超聲換能器的探頭沾有污物。信號處理電路由觸發(fā)電路、超聲信號檢測電路、超聲信號放大電路、自動增益電路、超聲信號識別電路、石英晶振組成的計時電路、超聲信號控制、聲時采集控制單元、DSP 系統(tǒng)組成的流量計算單元、A/D轉換電路、串口信號輸出電路、壓力變送器、溫度變送器、I/O 信號輸入模塊、I/O信號輸出模塊、DA信號輸出電路、頻率/脈沖輸出單元、數(shù)據(jù)存儲單元、 液晶顯示器組成。[0005]超聲換能器固定插入測量管段中，超聲換能器的探頭分布在氣體輸送過程管道的不同層面上。超聲信號控制、聲時采集控制單元采用C51F020微處理芯片控制超聲換能器的發(fā)射和接收，并進行聲時信號的采集，控制數(shù)字自動增益值，提高A/D轉換電路的精度和提高的測量精度。超聲信號檢測電路中的高精度數(shù)字電位器和高精度運算放大器、以及預置在微處理器中的自適應算法軟件，在測量過程中當壓力發(fā)生變化時的超聲信號會自動進行預處理，超聲信號通過超聲信號放大電路時觸發(fā)自動增益電路，自動調節(jié)超聲信號的幅值，防止信號變小或飽和造成信噪比下降的情況出現(xiàn)，使通過超聲信號識別電路的信號波型工作在最佳狀態(tài)；在實際工況現(xiàn)場可以根據(jù)噪聲的頻率范圍通過軟件調整高通或低通濾波的頻率；DSP流量計算單元通過高精度A/D轉換電路以4-20mA/hart方式從溫度變送器和壓力變送器采集溫度和壓力補償信息，并通過串口信號輸出電路采集氣體組分信息，最終實現(xiàn)標況流量的計算，能在使用現(xiàn)場顯示流量信息；同時DSP流量計算單元還根據(jù)采集的各聲道的聲時信號以及超聲信號控制、聲時采集控制單元提供的信息進行使用率、信噪比和自動增益控制值的計算，為上位機提供故障診斷的依據(jù)，實現(xiàn)了流量計運行狀況的自診斷功能，同時能在現(xiàn)場顯示溫度、壓力、瞬時流量、累計流量和故障報警提示信息。[0006]本實用新型流量計的工作壓力范圍為0_16Mpa，在工作壓力非常低(常壓)或非常高的情況下能夠正常運行，同時它能在不同的應用環(huán)境下(如，旋轉流)，能夠進行流場分布影響的補償、超聲換能器探頭沾有污物的故障狀態(tài)下的測量聲道補償和報警、被測氣體流量的標況流量的輸出和顯示。[0007]本實用新型流量計的特點在于結構簡單，使用方便，工作壓力范圍廣，為 0-16Mpa，超聲信號控制、聲時采集控制單元采用C51F020微處理芯片控制超聲換能器的發(fā)射和接收，并進行聲時信號的采集，控制數(shù)字自動增益值，提高A/D轉換電路的精度和提高了測量精度，使計量精度高于0.5級，采用DSP流量計算單元，通過流量計對采集到的溫度、 壓力和組分信息進行處理，計算出標況體積流量，同時能在現(xiàn)場實時顯示溫度、壓力、瞬時流量、累計流量和故障報警提示信息，實現(xiàn)了流量計運行狀況的自診斷功能。


[0008]附圖是本實用新型實施例示意圖[0009]圖1.是本實用新型檢測電路結構示意圖，[0010]圖2.是本實用新型二聲道測量管段結構和聲道走向示意圖，[0011]圖3.是本實用新型四聲道測量管段結構和聲道走向示意圖。[0012]圖中Hl，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8為超聲換能器。
具體實施方式
[0013]超聲換能器Hl，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8固定插入按二聲道或者四聲道形式設計的測量管段，超聲換能器的探頭分布在測量管段中不同層面的聲道上，換能器Hl，H2，H3， H4，H5，H6，H7，H8通過電纜與檢測電路的觸發(fā)電路、超聲信號檢測電路連接；超聲信號放大電路分別與超聲信號檢測電路、自動增益電路、超聲信號識別電路、計時電路連接，超聲信號控制、聲時采集控制單元分別與計時電路、DSP流量計算單元、觸發(fā)電路、電源模塊連接， DSP流量計算單元與A/D轉換電路、串口信號輸出電路、I/O信號輸入模塊、I/O信號輸出模塊、DA信號輸出單元、頻率/脈沖輸出單元、數(shù)據(jù)存儲單元、液晶顯示器連接，A/D轉換電路與壓力變送器、溫度變送器連接。[0014]本實用新型流量計工作時由C51F020超聲信號控制、聲時采集控制單元發(fā)出控制指令，按一定的時序激發(fā)超聲換能器的發(fā)射和接收，超聲換能器H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、 H8受到激發(fā)電平后產(chǎn)生共振頻率發(fā)射聲波；超聲信號檢測電路將接收到的超聲信號進行整形和數(shù)字濾波處理，同時在超聲信號放大電路結合自動增益量電路根據(jù)采集的信號變化信息進行自調整波形的幅值，使通過超聲信號識別電路的信號波型工作在最佳狀態(tài)，整形后的方波通過高精度計時電路、由C51F020超聲信號控制、聲時采集控制單元控制計時電路進行聲時信號采集，聲時數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳送到DSP流量計算單元。[0015]DSP流量計算單元采集聲時信號的同時，通過A/D轉換電路以4-20mA/hart方式采集由溫度變送器、壓力變送器輸送的溫度和壓力信息，串口信號電路連接組分分析儀，采集氣體介質的組分信息，接收到上述數(shù)據(jù)后，DSP流量計算單元進行工況(或標況)的瞬時量和累積量的計算，并在液晶顯示屏上進行工況(或標況)瞬時流量、累計流量、溫度和壓力的顯示。同時DSP流量計算單元可以進行故障診斷信息的處理，如信號采集的有效率、自動增益控制值、前置信號值、信噪比的信息處理，通過上位機的界面提供給用戶當前流量計運行狀況以及歷史故障情況。[0016]本實用新型流量計的信號處理電路具備了各種用戶需求的輸出接口單元、用戶可以選擇串口通訊輸出、模擬4-20mA輸出、頻率輸出多種方式。
權利要求1.高精度氣體超聲流量計，由測量管段和信號處理電路構成，其特征在于測量管段根據(jù)兩聲道二次反射的聲道形式設計成兩聲道測量管段，設置兩對超聲換能器，或者測量管段根據(jù)四聲道直射式的聲道形式設計成四聲道測量管段，設置四對超聲換能器超聲；超聲換能器HI、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8通過電纜與信號處理電路中的觸發(fā)電路、超聲信號檢測電路連接；超聲信號放大電路分別與超聲信號檢測電路、自動增益電路、超聲信號識別電路、計時電路連接，C51F020超聲信號控制、聲時采集控制單元分別與計時電路、DSP流量計算單元、觸發(fā)電路、電源模塊連接，DSP流量計算單元與A/D轉換電路、串口信號電路、I/O 信號輸入模塊、I/O信號輸出模塊、DA信號輸出單元、頻率/脈沖輸出單元、數(shù)據(jù)存儲單元、 液晶顯示器連接，A/D轉換電路與壓力變送器、溫度變送器連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的超聲流量計，其特征在于工作壓力范圍為0-16MPa，計量準確度等級優(yōu)于0.5級。
專利摘要高精度氣體超聲流量計，涉及氣體超聲流量計的制造技術。適用于工作壓力高的天然氣長輸管網(wǎng)、工作壓力變化大的城市天燃氣和煤氣管網(wǎng)，以及用于壓力非常低的燃氣終端用戶的高精度貿(mào)易流量計量。本實用新型流量計由測量管段和信號處理電路構成，測量管段采用按兩聲道或者四聲道設計的測量管段。超聲信號控制、聲時采集控制單元采用C51F020微處理芯片控制超聲換能器的發(fā)射和接收，并進行聲時信號的采集，控制數(shù)字自動增益值，使計量準確度等級優(yōu)于0.5級；采用DSP系統(tǒng)組成的流量計算單元，運算速度快，實現(xiàn)標況流量計算；流量計適用工作壓力范圍廣，為0-16MPa，能實時顯示溫度、壓力、瞬時流量、累計流量和故障報警提示信息，實現(xiàn)了流量計運行狀況的自診斷功能。
文檔編號G01F1/66GK202255497SQ20112034071
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權日2011年9月13日
發(fā)明者朱琦, 石泓然 申請人:上海中核維思儀器儀表有限公司