专利名称：高精度气体超声流量计的制作方法
技术领域：
高精度气体超声流量计技术领域[0001]高精度气体超声流量计，涉及气体超声流量计的制造技术，适用于工作压力高的天然气长输管网、工作压力变化大的城市天燃气和煤气管网、以及用于压力非常低的燃气终端用户的高精度贸易流量计量。
背景技术：
[0002]以往设计制作的气体超声流量计产品，由于在设计初期受探头制作技术、声道分布形式与气体流场相关技术的研究、声时采集电路、自动增益值的控制以及故障信息诊断技术的限制，使得流量计在实际应用中的有很多局限性，最终反映在测量的准确度上。例如前期换能器的触发频率低于50KHz，与现场应用环境中的噪声的频率相近，造成采集的超声信号失真。另外由于流量计中没有前置超声信号的预处理单元以及主信号自动增益值的控制，使得在实际应用时，当在线管道内被测气体介质的压力变化很大时，信号幅值不能满足后续声时采集电路的需求，计时电路出现偏差，并且，气体超声流量计作为重要的贸易计量用仪表，流量计中没有设置对每个通道中探头运行状况的自检测功能，当流量计中的探头出现问题时不能及时报警和进行相关的处理，造成计量误差加大。没有引入温度、压力和气体组分信息的采集系统，不能直接进行压缩因子的计算，因而流量计不能直接输出标况流量信息。发明内容[0003]针对过去生产的气体超声流量计的不足，本实用新型提供了一种工作压力范围宽，通过流量计信号处理单元采集到的温度、压力和组分信息计算出标况体积流量，同时能在现场显示温度、压力、瞬时流量、累计流量和具有故障报警提示功能的高精度气体超声流量计。[0004]本实用新型流量计由测量管段和信号处理电路构成。测量管段分别由两个声道或者四声道组成，两声道流量计根据二次反射的声道形式设计，流量计的测量管段中配备了二对超声换能器探头，声波经过二次反射的声道能够对管道中的旋转流的测量进行补偿。 四声道流量计采用四个直射式的声道形式设计，配备四对超声换能器探头。超声换能器的前耦合层表面经喷氟处理，可防止在被测介质条件不佳的情况下使用时超声换能器的探头沾有污物。信号处理电路由触发电路、超声信号检测电路、超声信号放大电路、自动增益电路、超声信号识别电路、石英晶振组成的计时电路、超声信号控制、声时采集控制单元、DSP 系统组成的流量计算单元、A/D转换电路、串口信号输出电路、压力变送器、温度变送器、I/O 信号输入�？�、I/O信号输出�？�、DA信号输出电路、频率/脉冲输出单元、数据存储单元、 液晶显示器组成。[0005]超声换能器固定插入测量管段中，超声换能器的探头分布在气体输送过程管道的不同层面上。超声信号控制、声时采集控制单元采用C51F020微处理芯片控制超声换能器的发射和接收，并进行声时信号的采集，控制数字自动增益值，提高A/D转换电路的精度和提高的测量精度。超声信号检测电路中的高精度数字电位器和高精度运算放大器、以及预置在微处理器中的自适应算法软件，在测量过程中当压力发生变化时的超声信号会自动进行预处理，超声信号通过超声信号放大电路时触发自动增益电路，自动调节超声信号的幅值，防止信号变小或饱和造成信噪比下降的情况出现，使通过超声信号识别电路的信号波型工作在最佳状态；在实际工况现场可以根据噪声的频率范围通过软件调整高通或低通滤波的频率；DSP流量计算单元通过高精度A/D转换电路以4-20mA/hart方式从温度变送器和压力变送器采集温度和压力补偿信息，并通过串口信号输出电路采集气体组分信息，最终实现标况流量的计算，能在使用现场显示流量信息；同时DSP流量计算单元还根据采集的各声道的声时信号以及超声信号控制、声时采集控制单元提供的信息进行使用率、信噪比和自动增益控制值的计算，为上位机提供故障诊断的依据，实现了流量计运行状况的自诊断功能，同时能在现场显示温度、压力、瞬时流量、累计流量和故障报警提示信息。[0006]本实用新型流量计的工作压力范围为0_16Mpa，在工作压力非常低(常压)或非常高的情况下能够正常运行，同时它能在不同的应用环境下(如，旋转流)，能够进行流场分布影响的补偿、超声换能器探头沾有污物的故障状态下的测量声道补偿和报警、被测气体流量的标况流量的输出和显示。[0007]本实用新型流量计的特点在于结构简单，使用方便，工作压力范围广，为 0-16Mpa，超声信号控制、声时采集控制单元采用C51F020微处理芯片控制超声换能器的发射和接收，并进行声时信号的采集，控制数字自动增益值，提高A/D转换电路的精度和提高了测量精度，使计量精度高于0.5级，采用DSP流量计算单元，通过流量计对采集到的温度、 压力和组分信息进行处理，计算出标况体积流量，同时能在现场实时显示温度、压力、瞬时流量、累计流量和故障报警提示信息，实现了流量计运行状况的自诊断功能。
[0008]附图是本实用新型实施例示意图[0009]图1.是本实用新型检测电路结构示意图，[0010]图2.是本实用新型二声道测量管段结构和声道走向示意图，[0011]图3.是本实用新型四声道测量管段结构和声道走向示意图。[0012]图中Hl，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8为超声换能器。
具体实施方式
[0013]超声换能器Hl，H2，H3，H4，H5，H6，H7，H8固定插入按二声道或者四声道形式设计的测量管段，超声换能器的探头分布在测量管段中不同层面的声道上，换能器Hl，H2，H3， H4，H5，H6，H7，H8通过电缆与检测电路的触发电路、超声信号检测电路连接；超声信号放大电路分别与超声信号检测电路、自动增益电路、超声信号识别电路、计时电路连接，超声信号控制、声时采集控制单元分别与计时电路、DSP流量计算单元、触发电路、电源模块连接， DSP流量计算单元与A/D转换电路、串口信号输出电路、I/O信号输入�？�、I/O信号输出模块、DA信号输出单元、频率/脉冲输出单元、数据存储单元、液晶显示器连接，A/D转换电路与压力变送器、温度变送器连接。[0014]本实用新型流量计工作时由C51F020超声信号控制、声时采集控制单元发出控制指令，按一定的时序激发超声换能器的发射和接收，超声换能器H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、 H8受到激发电平后产生共振频率发射声波；超声信号检测电路将接收到的超声信号进行整形和数字滤波处理，同时在超声信号放大电路结合自动增益量电路根据采集的信号变化信息进行自调整波形的幅值，使通过超声信号识别电路的信号波型工作在最佳状态，整形后的方波通过高精度计时电路、由C51F020超声信号控制、声时采集控制单元控制计时电路进行声时信号采集，声时数据经处理后传送到DSP流量计算单元。[0015]DSP流量计算单元采集声时信号的同时，通过A/D转换电路以4-20mA/hart方式采集由温度变送器、压力变送器输送的温度和压力信息，串口信号电路连接组分分析仪，采集气体介质的组分信息，接收到上述数据后，DSP流量计算单元进行工况(或标况)的瞬时量和累积量的计算，并在液晶显示屏上进行工况(或标况)瞬时流量、累计流量、温度和压力的显示。同时DSP流量计算单元可以进行故障诊断信息的处理，如信号采集的有效率、自动增益控制值、前置信号值、信噪比的信息处理，通过上位机的界面提供给用户当前流量计运行状况以及历史故障情况。[0016]本实用新型流量计的信号处理电路具备了各种用户需求的输出接口单元、用户可以选择串口通讯输出、模拟4-20mA输出、频率输出多种方式。
权利要求1.高精度气体超声流量计，由测量管段和信号处理电路构成，其特征在于测量管段根据两声道二次反射的声道形式设计成两声道测量管段，设置两对超声换能器，或者测量管段根据四声道直射式的声道形式设计成四声道测量管段，设置四对超声换能器超声；超声换能器HI、H2、H3、H4、H5、H6、H7、H8通过电缆与信号处理电路中的触发电路、超声信号检测电路连接；超声信号放大电路分别与超声信号检测电路、自动增益电路、超声信号识别电路、计时电路连接，C51F020超声信号控制、声时采集控制单元分别与计时电路、DSP流量计算单元、触发电路、电源�？榱樱珼SP流量计算单元与A/D转换电路、串口信号电路、I/O 信号输入�？�、I/O信号输出�？�、DA信号输出单元、频率/脉冲输出单元、数据存储单元、 液晶显示器连接，A/D转换电路与压力变送器、温度变送器连接。
2.根据权利要求1所述的超声流量计，其特征在于工作压力范围为0-16MPa，计量准确度等级优于0.5级。
专利摘要高精度气体超声流量计，涉及气体超声流量计的制造技术。适用于工作压力高的天然气长输管网、工作压力变化大的城市天燃气和煤气管网，以及用于压力非常低的燃气终端用户的高精度贸易流量计量。本实用新型流量计由测量管段和信号处理电路构成，测量管段采用按两声道或者四声道设计的测量管段。超声信号控制、声时采集控制单元采用C51F020微处理芯片控制超声换能器的发射和接收，并进行声时信号的采集，控制数字自动增益值，使计量准确度等级优于0.5级；采用DSP系统组成的流量计算单元，运算速度快，实现标况流量计算；流量计适用工作压力范围广，为0-16MPa，能实时显示温度、压力、瞬时流量、累计流量和故障报警提示信息，实现了流量计运行状况的自诊断功能。
文档编号G01F1/66GK202255497SQ20112034071
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月13日 优先权日2011年9月13日
发明者朱琦, 石泓然 申请人:上海中核维思仪器仪表有限公司
专业数控铣床产品供应商
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