专利名称：用于燃油终端结算的超声波流量测量的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种测量液体燃油的体积流量的装置和方法，具体说，涉及用于提高燃油体积流量测量的精度稳定性和系统可靠性的装置和方法。
背景技术：
超声波流量测量技术是近年来流量测控领域发展最快的技术之一，最显著的特点是其技术正在从一般的过程控制和水处理应用向高精度和贸易计量方向拓展。在天然气和油类产品的贸易计量中，DNlOOmm以上的大口径管道输送应用中已越来越广泛地采用了超声波流量测量装置，较小口径的燃油计量结算中应用高精度超声波流量测量的研究也已经开始成为技术前沿。超声波流量测量装置的最大优点是没有机械运动部件，磨损�。て诘木任榷ㄐ院芎茫髯栊。谠寄芰俊３髁坎饬孔爸迷谑导拭骋准屏坑τ弥兴龅降闹饕侍馐切枰谋徊饬髁抗探铣せ蛱寤拷洗螅皇视诩屏苛髁柯龆洗蠛捅甓ㄌ寤闲〉挠τ枚韵螅喙氐墓獗曜嘉颂乇鸱趴砹硕猿髁考屏孔爸玫淖钚√寤甓ǖ囊�。在常用的小口径燃油终端结算设备中，由于流量脉动和小体积标定的本身行业特性，需要超声波流量测量的响应速度和抑制随机性的能力有进一步的提高。超声波流量测量的主要优点是可以做到无直接接触，流阻�。饬苛魉俜段Т螅て诰任榷ㄐ院茫ど伲褂昧榛钋沂倜さ取Ｌ乇鹗窃诟葱裕堑嫉缌魈搴徒洗罂诰豆艿赖挠τ弥懈蔷哂衅渌髁坎饬考际醪豢杀饶獾挠攀疲昀此孀偶傻缏芳际跹杆俜⒄箍嫉玫焦惴河τ茫诹髁坎饬苛煊虺晌龀ぷ羁斓囊恢旨际酰⑶以诤芏嘤τ弥杏腥〈渌掷嗔髁考频那魇�。以前超声波流量计多用于以水和污水为主的应用场合，精度要求和稳定性相对较低，技术发展到本世纪初石油天然气行业开始全面接受超声波流量计并在近期通过了一系列行业标准。随着技术的进步和相关标准的实施，高精度超声波流量测量的应用得到迅猛发展，超声波气体流量计已成为天然气主干管道和支线网贸易计量的首选方案，在油类液体的管道输送和贸易计量中也开始大量采用高精度超声波流量测量装置。由于管道经济性的要求，绝大多数实际应用中的被测流体处于紊流状态，瞬时超声波测量的流速有很大的随机性。现有的高精度超声波流量测量装置无论是针对气体还是液体的应用都无一例外地采用了多声道(一般三个声道以上)、基于飞行时差法的技术方案，要解决的技术难题也是共同的，即瞬时飞行时间测量的随机性和对流速分布场的流量计算补偿。对于常用的车用燃油结算终端设备其口径一般为DN20和DN35，在同一管道截面上设计多道超声波传感器因存在机械尺寸上的限制而无法实现，另一方面由于管道直径小造成有效超声波声道长度较�。焕诙运彩辈饬克婊缘囊种疲攵孕」芫队τ贸鱿至耸构艿劳淝ùシ较蛴肓魈辶鞫较蚱叫械淖爸茫３晌猆形管或π形管，如附
图1所示，这种装置的有效超声波声道长度大大增加，瞬时流速测量的随机性也得以减小， 但实验和理论分析表明，由于声波传播速度的限制有效超声波声道长度L和系统的响应速度存在矛盾，单个U形管或π形管装置仍然无法满足燃油结算终端的流量测量要求，在燃油结算终端装置中常见的压力脉动和局部气泡也会对测量产生很大影响。一般精度较高的超声波流量测量是基于飞行时差法的基本原理，其常用的表达式是
权利要求
1.用于燃油终端结算的超声波流量测量的装置，其特征在于包括两个或两个以上的独立的超声波测量单元，用于控制各个独立的超声波测量单元的控制电路，以及用于接收各超声波测量单元的测量结果并做进一步分析以计算出流量并将流量输出的上位处理器; 其中所述两个或两个以上的独立的超声波测量单元依次串接。
2.根据权利要求1所述的超声波流量测量的装置，其特征在于所述各超声波测量单元相互独立地进行飞行时差法流量测量。
3.根据权利要求1所述的超声波流量测量的装置，其特征在于所述每个超声波测量单元包括一对超声波传感器、一个带弯管且设有超声波传感器安装位置的测量管段、电子装置；每个超声波测量单元的测量管段和流量出入口呈“S”形，即测量管段的入口弯管与出口弯管在结构上对称但弯曲方向相反，入口弯管和出口弯管的轴线保持在同一平面上。
4.根据权利要求3所述的超声波流量测量的装置，其特征在于所述每个超声波测量单元的测量管段直径等于或小于燃油终端结算系统的管路口径。
5.根据权利要求3所述的超声波流量测量的装置，其特征在于所述超声波传感器安装在所述测量管段上；且超声波传感器面对面准直，声波传播的轴线与测量管段直线部分的轴线重合。
6.基于如权利要求1-5中任一项所述装置的用于燃油终端结算的超声波流量测量的方法，由各个超声波测量单元分别测得各自的测量结果；其特征在于所述各超声波测量单元相互独立地进行飞行时差法流量测量，并将测得的测量结果分别汇集到上位处理器； 上位处理器采用系统冗余和状态判断算法计算最终流量，并对非正常情况进行报警。
7.根据权利要求6所述的用于燃油终端结算的超声波流量测量的方法，其特征在于， 所述系统冗余和状态判断算法依次包括以下步骤A、每个超声波测量单元分别发射和接收超声波信号，并独立使用飞行时差法计算管内液体流速；B、上位处理器收集多路超声波测量信息；C、上位处理器诊断系统状态；D、当上位处理器诊断得出系统状态正常时，对多个超声波测量单元的测量结果权重， 计算平均流速Vavg和流量F，再累计流量得到传送体积；当诊断得出系统状态为个别超声波测量单元偶发异常时，对良好的超声波测量单元的测量结果权重，计算Vavg和F，再累计体积流量，发出警告并记录异常信息；最后上位处理器向计量主板传送计算结果和状态参数； 其中，Vavg为平均流速，F为流量；E、当上位处理器诊断得出系统状态为严重异常时，停止计算保持累计体积流量信息， 并记录异常信息，保存系统信息；然后中止超声波测量，并向计量主板报警。
全文摘要
本发明涉及用于燃油终端结算的超声波流量测量的装置和方法。其装置包括两个或两个以上的独立的飞行时差法超声波测量单元，用于控制各个独立的超声波测量单元的控制电路，以及用于接收各超声波测量单元的测量结果并做进一步分析以计算出流量并将流量输出的上位处理器；其中所述两个或两个以上的独立的超声波测量单元依次串接，通过动态加权平均计算得到最终流量结果，降低时差测量随机误差的影响，提高小容积测量和标定的精度和重复性；各测量管段的直径适当收缩使之小于系统管路口径，提高流体的通过流速和雷诺数，以改善时差测量的分辨率和流量测量的精度和线性度。
文档编号G01F1/66GK102207398SQ20111008699
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月7日 优先权日2011年4月7日
发明者刘风华, 廖仁, 陈建明 申请人:托肯恒山科技(广州)有限公司
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