多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置及其使用方法。本發(fā)明包括過濾器、整流器、壓力變送器、溫度變送器、多通道超聲波流量測量系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過采集多通道超聲波流量測量系統(tǒng)中三組超聲波換能器測的數(shù)據(jù)包括測量1組、測量2組、測量3組，利用時(shí)差法原理得出三組流量，計(jì)算機(jī)兩兩自動對比較測量組的流量。本發(fā)明減少了安裝過程中帶來的誤差。采用多組超聲波換能器同時(shí)測管道內(nèi)流量。并利用互相核查的方式，大大提高了動態(tài)傳遞的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
【專利說明】多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流量計(jì)量檢定【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及計(jì)量過程中，上一等級的計(jì)量器具現(xiàn)場向下一級的計(jì)量器具傳遞或校正計(jì)量結(jié)果的檢定系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛適用于冶金、電力、煤炭、化工、石油以及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。隨著流量儀表技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的流量儀表，對于流量儀表的檢定工作越來越突出。傳統(tǒng)方法已經(jīng)越來越不能滿足目前的需要。
[0003]流量是一個(gè)動態(tài)量，它是一個(gè)只有當(dāng)流體運(yùn)動時(shí)才實(shí)際存在的物理量，由于這種動態(tài)性質(zhì)，流量受到許多復(fù)雜因素的影響。不同流動狀態(tài)或不同流速分布的來流對于各種流量儀表能產(chǎn)生不同的效應(yīng)。這就使得流量量值的傳遞變得相當(dāng)困難。流量計(jì)的流量值借助傳遞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行量值傳遞，通過采用動態(tài)傳遞，傳遞標(biāo)準(zhǔn)為一臺或一組流量計(jì)，它們在原始標(biāo)準(zhǔn)上校準(zhǔn)過。在將這些校準(zhǔn)過的流量計(jì)(傳遞標(biāo)準(zhǔn))接入待檢流量計(jì)管路中進(jìn)行檢定，使得傳遞標(biāo)準(zhǔn)和待檢流量計(jì)在相同的環(huán)境中進(jìn)行校正或檢定。目前流量的量值動態(tài)傳遞多采用一臺或兩臺渦輪流量計(jì)作為傳遞標(biāo)準(zhǔn)，但渦輪流量計(jì)在使用過程中的軸承與軸之間的摩擦容易導(dǎo)致精度降低，從而導(dǎo)致在檢定過程中容易出現(xiàn)精度降低且不易察覺等缺點(diǎn)。傳遞標(biāo)準(zhǔn)過程中缺乏一種自檢自查能力。渦輪流量計(jì)需要跟流體直接接觸，所以對流體種類也有一定的限制，
隨著最近幾十年的電子技術(shù)的發(fā)展，超聲波測量技術(shù)日益完善，并在實(shí)際運(yùn)用中有了一定的應(yīng)用，它具有測量不受流體物理性和化學(xué)性質(zhì)等影響、安裝維護(hù)方便、測量精度高等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置及其使用方法。
[0005]本發(fā)明包括過濾器、整流器、壓力變送器、溫度變送器、標(biāo)準(zhǔn)管段、多聲道超聲波測量系統(tǒng)。
[0006]過濾器的入口通過第一標(biāo)準(zhǔn)法蘭與外部管路連接，過濾器的出口與整流器入口相連接，整流器的出口與標(biāo)準(zhǔn)管段相入口連接，標(biāo)準(zhǔn)管段出口通過第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭與外部管路相連接；壓力變送器安裝在過濾器出口與標(biāo)準(zhǔn)管段入口之間，溫度變送器安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段出口與第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭之間；標(biāo)準(zhǔn)管段外部還安裝有多聲道超聲波測量系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)法蘭、過濾器、整流器、溫度變送器、壓力變送器、標(biāo)準(zhǔn)管段等焊接在一起組成一體結(jié)構(gòu)。便于安裝到待測管路中，減少安裝過程帶來的誤差。
[0007]所述的多聲道超聲波測量系統(tǒng)，包括三對超聲波換能器，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡，工控機(jī)；三對超聲波換能器分為測量I組、測量2組、測量3組并以固定角度安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段外壁上；每一對超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，且相互交替的對應(yīng)作為發(fā)射和接收元件，并通過連接線與多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡相連接，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡插入工控機(jī)相應(yīng)卡槽中。
[0008]上述裝置的使用方法包括如下步驟:
φ流體經(jīng)過過濾器以及整流器后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)管段。待流量穩(wěn)定后，由工控機(jī)控制多聲
道脈沖信號發(fā)生采集卡，發(fā)出脈沖信號傳至安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段外壁的三對超聲波換能器，并采集超聲波在管段內(nèi)順流傳播時(shí)的時(shí)間和逆流傳播時(shí)的時(shí)間。利用時(shí)差發(fā)原理計(jì)算出三對超聲波換能器測得管道內(nèi)的流量。
[0009]:；f;將步驟一中三對超聲波換能器測得的流量進(jìn)行分析比較，比較三對超聲波換
能器測得的流量，比較測量I組與測量2組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組超聲波換能器測得的流量的均值即為管道內(nèi)流量。若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量I組與測量3組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量2組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量2組與測量3組測得的流量，若兩者間誤差在允許范圍，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量I組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)則進(jìn)行重新測定。若從新測定次數(shù)超過三次，則報(bào)警。
[0010]本發(fā)明的有益效果:裝置各部分采用一體結(jié)構(gòu)，便于安裝，超聲波換能器采用模塊化結(jié)構(gòu)，直接安裝在管道外壁固定位置處的底座上且方便拆卸。本發(fā)明減少了安裝過程中帶來的誤差。采用多組超聲波換能器同時(shí)測管道內(nèi)流量。并利用互相核查的方式，大大提高了動態(tài)傳遞的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。而且互查方式可以實(shí)現(xiàn)自檢目的，及時(shí)發(fā)現(xiàn)檢定過程中是否精度降低。因采用非接觸式測量，大大提高了使用范圍，整個(gè)過程包括測量和核查過程全部實(shí)現(xiàn)自動化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明裝置示意圖。
[0012]圖1中:1_1、第一標(biāo)準(zhǔn)法蘭，1-2、第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭，2、過濾器，3、壓力變送器，4、整流器，5、標(biāo)準(zhǔn)管段，6-1、標(biāo)準(zhǔn)組超聲波換能器A，6-2、標(biāo)準(zhǔn)組超聲波換能器B，6-3、核查2組超聲波換能器A，6-4、核查2組超聲波換能器B，6-5、核查3組超聲波換能器A，6_6、核查3組超聲波換能器B，7、溫度變送器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)施例包括過濾器、整流器、壓力變送器、溫度變送器、多聲道超聲波測量系統(tǒng)。
[0014]結(jié)合圖1說明，過濾器2的入口通過第一標(biāo)準(zhǔn)法蘭1-1與外部管路連接，過濾器2的出口與壓力變送器3入口相連接，壓力變送器出口與整流器4入口相連接，整流器4的出口與標(biāo)準(zhǔn)管段5相入口連接，標(biāo)準(zhǔn)管外部安裝有6個(gè)超聲波換能器6-1、6-2、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6，標(biāo)準(zhǔn)管段5出口與溫度變送器7入口相連接，溫度變送器7出口通過第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭1-2與外部管路相連接。裝置各部分采用一體化結(jié)構(gòu)，方便安裝減少了安裝誤差。
[0015]多聲道超聲波測量系統(tǒng)由6個(gè)超聲波換能器，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡，工控機(jī)組成，每一對超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，且相互交替的對應(yīng)作為發(fā)射和接收元件，超聲波換能器6-1、6-2定為測量I組、超聲波換能器6-3、6-4定位測量2組、超聲波換能器6-5,6-6定位測量3組并以固定角度安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段外壁固定位置，并通過連接線與多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡相連接，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡插入工控機(jī)相應(yīng)卡槽中。
[0016]整個(gè)多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行流量標(biāo)度，得出相應(yīng)的流量范圍，不確定度等，以滿足動態(tài)傳遞標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0017]上述裝置的使用方法包括如下步驟:
流體通過過濾器2、壓力變送器3、整流器4后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)管段5待流量穩(wěn)定后，工
控機(jī)控制多聲道脈沖信號發(fā)生器發(fā)出脈沖信號，使得每一組超聲波換能器中的一個(gè)換能器A如圖1所示的6-1、6-3、6-5發(fā)出超聲波，另一個(gè)超聲波換能器B如圖1所示的6_2、6_4、6-6用于接收超聲波，計(jì)算機(jī)自動記錄下超聲波換能器A發(fā)射超聲波到超聲波換能器B接收到超聲波的時(shí)間即超聲波在管段內(nèi)順流傳播時(shí)的時(shí)間。然后，工控機(jī)控制多聲道脈沖信號發(fā)生器發(fā)出脈沖信號。使得每一組超聲波換能器中的換能器B如圖1所示的6-2、6-4、6-6發(fā)出超聲波，另一個(gè)超聲波換能器A如圖1所示的6-1、6-3、6-5接收超聲波，并記錄下超聲波換能器B發(fā)射超聲波到超聲波換能器A接收到超聲波的時(shí)間既超聲波在管段內(nèi)逆流傳播時(shí)的時(shí)間并利用時(shí)差發(fā)原理計(jì)算出三組超聲波換能器測得管道內(nèi)的流量。同時(shí)采集壓力變送器2，溫度變送器7可采集溫度壓力數(shù)據(jù)上傳給工控機(jī)，進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償計(jì)算。
[0018]D將步驟一中三對超聲波換能器測得的流量進(jìn)行分析比較，比較三對超聲波換
能器測得的流量，比較測量I組與測量2組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組超聲波換能器測得的流量的均值即為管道內(nèi)流量。若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量I組與測量3組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量2組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量2組與測量3組測得的流量，若兩者間誤差在允許范圍，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量I組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)則進(jìn)行重新測定。若從新測定次數(shù)超過三次，則報(bào)警。
[0019]如圖2所示，超聲波測量系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)部件及測試電路板，測試電路板采用美國⑶國際技術(shù)公司研發(fā)的TCF6401卡、PR401卡、AD卡。其中每塊PR401包括8個(gè)接口，每兩個(gè)接口為I個(gè)通道，總共4個(gè)通道，負(fù)責(zé)發(fā)射與接收信號。TCF6401負(fù)責(zé)時(shí)序、控制、將每塊PR401的信號進(jìn)行濾波處理并傳遞給AD卡，AD卡負(fù)責(zé)將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號傳輸給計(jì)算機(jī)。
[0020]其中AD卡、TCF6401、PR401需按順序插入至底板上，其中每塊PR401與TCF6401間要用排線和銅頭導(dǎo)線進(jìn)行串聯(lián)。TCF6401與AD卡間需用兩條Iemo連接頭導(dǎo)線進(jìn)行連接。
[0021]計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡采集溫度變送器和壓力變送器的數(shù)據(jù)。[0022]如圖3，為檢定功能實(shí)現(xiàn)流程圖。通過本地PC打開登錄系統(tǒng)，經(jīng)權(quán)限判定成功后進(jìn)入檢測界面，否則將無法進(jìn)入。
[0023]系統(tǒng)開始自動控制三對超聲波換能器來測量管道內(nèi)的流量并讀取溫度、壓力變送器的溫度壓力數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件比較三對超聲波換能器測得的流量，比較測量I組與測量2組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組超聲波換能器測得的流量的均值即為管道內(nèi)流量。若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量I組與測量3組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量2組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量2組與測量3組測得的流量，若兩者間誤差在允許范圍，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量I組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)則進(jìn)行重新測定。若從新測定次數(shù)超過三次，則報(bào)警。
【權(quán)利要求】
1.多聲道超聲波流量標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)傳遞裝置，包括過濾器、整流器、壓力變送器、溫度變送器、標(biāo)準(zhǔn)管段、多聲道超聲波測量系統(tǒng)，其特征在于: 過濾器的入口通過第一標(biāo)準(zhǔn)法蘭與外部管路連接，過濾器的出口與整流器入口相連接，整流器的出口與標(biāo)準(zhǔn)管段相入口連接，標(biāo)準(zhǔn)管段出口通過第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭與外部管路相連接；壓力變送器安裝在過濾器出口與標(biāo)準(zhǔn)管段入口之間，溫度變送器安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段出口與第二標(biāo)準(zhǔn)法蘭之間；標(biāo)準(zhǔn)管段外部還安裝有多聲道超聲波測量系統(tǒng)； 所述的多聲道超聲波測量系統(tǒng)，包括三對超聲波換能器，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡，工控機(jī)；三對超聲波換能器分為測量I組、測量2組、測量3組并以固定角度安裝在標(biāo)準(zhǔn)管段外壁上；每一對超聲波換能器呈收發(fā)一體結(jié)構(gòu)，且相互交替的對應(yīng)作為發(fā)射和接收元件，并通過連接線與多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡相連接，多聲道脈沖信號發(fā)生采集卡插入工控機(jī)相應(yīng)卡槽中。
2.使用權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于包括如下步驟: I由工控機(jī)同時(shí)采集三對超聲波換能器發(fā)出的超聲波在管段內(nèi)順流傳播時(shí)的時(shí)間和逆流傳播時(shí)的時(shí)間，并利用時(shí)差發(fā)原理計(jì)算出三對超聲波換能器測得管道內(nèi)的流量； I比較三對超聲波換能器測得的流量，比較測量I組與測量2組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組超聲波換能器測得的流量的均值即為管道內(nèi)流量；若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量I組與測量3組測的流量，若兩者間誤差在允許范圍內(nèi)時(shí)，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量2組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)，則分析比較測量2組與測量3組測得的流量，若兩者間誤差在允許范圍，則該兩組測的流量的均值即為管道內(nèi)流量，且提示測量I組超聲波換能器是否有誤，若不在范圍內(nèi)則進(jìn)行重新測定；若重新測定次數(shù)超過三次，則報(bào)警。
【文檔編號】G01F25/00GK103674193SQ201310718711
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】孫斌, 羅冰, 趙玉曉 申請人:中國計(jì)量學(xué)院