國(guó)家發(fā)明專利——“一種提高氣體超聲流量計(jì)測(cè)量精度的方法”專利由天津大學(xué)申請(qǐng)，并于2019年1月8日獲得授權(quán)公告。

內(nèi)容說(shuō)明

本發(fā)明屬于流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及氣體超聲流量計(jì)。

發(fā)明背景

超聲流量計(jì)作為一種新興的流量?jī)x表近十幾年發(fā)展迅速，在大型的水利水電項(xiàng)目及天然氣貿(mào)易結(jié)算領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用，其中時(shí)差法超聲流量計(jì)作為計(jì)量?jī)x表應(yīng)用最多。相比液體超聲流量計(jì)，氣體超聲流量測(cè)量的精度更難保證，涉及的技術(shù)問(wèn)題更多，這與氣體介質(zhì)的特殊性和流動(dòng)的復(fù)雜性密不可分：氣體密度較小，分子間距較大，超聲波在傳播過(guò)程中衰減嚴(yán)重，因此接收信號(hào)不易檢測(cè)。加之氣體流動(dòng)的湍流脈動(dòng)較大，流動(dòng)噪聲疊加在超聲波有用信號(hào)上，一方面加劇了傳播時(shí)間的檢測(cè)難度，另一方面降低了測(cè)量的穩(wěn)定性。在這方面，學(xué)者們通過(guò)改進(jìn)硬件電路設(shè)計(jì)，引入數(shù)字信號(hào)處理等方法，提高氣體超聲流量計(jì)的測(cè)量精度，取得了許多有益成果。

此外，氣體超聲流量計(jì)的上限流速可達(dá)30m/s～40m/s，相比于聲速340m/s，超聲波在氣體介質(zhì)中傳播的非線性不能忽略，這將直接引起聲傳播軌跡和傳播時(shí)間的改變，進(jìn)而造成測(cè)量誤差。已有研究成果表明，超聲波無(wú)論在均勻速度分布還是充分發(fā)展湍流速度分布下，聲傳播軌跡將偏離靜態(tài)下的直線，且流速越大軌跡偏離越嚴(yán)重，順、逆流傳播軌跡差別越大。在非均勻速度分布下，超聲波傳播軌跡將不再為直線，而目前時(shí)差法超聲流量計(jì)算公式中，假設(shè)了聲沿直線傳播，且軌跡不隨流速的改變和變化，順、逆流傳播軌跡相同。顯然這些假設(shè)與學(xué)者們針對(duì)實(shí)際流動(dòng)情況獲得的結(jié)論不符，若仍采用傳統(tǒng)的流量計(jì)算公式，勢(shì)必會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決目前傳統(tǒng)時(shí)差法氣體超聲流量計(jì)算公式與實(shí)際超聲波傳播情況不相匹配，特別是在中高流速下引起測(cè)量的非線性，造成測(cè)量誤差較大的問(wèn)題，提供一種提高氣體超聲流量計(jì)測(cè)量精度的方法，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)流量計(jì)算公式進(jìn)行修正，達(dá)到降低流量測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度的目的。

氣體超聲流量計(jì)示意圖

技術(shù)方案如下：

一種提高氣體超聲流量計(jì)測(cè)量精度的方法，包括下列步驟：1)給定管道直徑，順流發(fā)射點(diǎn)A坐標(biāo)，初始發(fā)射角度；逆流發(fā)射點(diǎn)B坐標(biāo)，初始發(fā)射角度；迭代時(shí)間步長(zhǎng)和最大迭代步數(shù)；2)確定迭代結(jié)束邊界：順流時(shí)，射線傳播到發(fā)射點(diǎn)B接收表面時(shí)停止追蹤；同理逆流時(shí)，射線傳播到發(fā)射點(diǎn)A接收表面時(shí)停止追蹤；3)基于射線聲學(xué)理論，利用計(jì)算機(jī)編程分別對(duì)順流、逆流情況進(jìn)行射線追蹤，得到順流、逆流射線上的各個(gè)追蹤點(diǎn)坐標(biāo)；4)分別計(jì)算超聲波實(shí)際傳播軌跡長(zhǎng)度，即實(shí)際聲程，和各追蹤點(diǎn)切線方向與流動(dòng)方向的夾角，即實(shí)際聲路角，得到順流實(shí)際聲程Sd和聲路角βd，逆流實(shí)際聲程Su和聲路角βu；根據(jù)求解迭代步數(shù)和時(shí)間步長(zhǎng)，得到超聲波順、逆流實(shí)際傳播時(shí)間td和tu；5)代入時(shí)差法氣體超聲流量計(jì)算修正公式：

式中，vf為沿聲道的線平均流速計(jì)算值，乘以流速修正系數(shù)K即可得到管道平均流速計(jì)算值進(jìn)而獲得流量。

如需進(jìn)一步了解，請(qǐng)下載該專利完整說(shuō)明書(shū)。