一种时差式超声波流量计的温度影响消除方法

摘要

本发明公开了一种时差式超声波流量计的温度影响消除方法，该方法包括：测量若干温度点下超声波在流体中的传播速度和流体运动黏度；通过分段拟合得到流体中超声波传播速度的温度修正公式v=f(T)和流体运动黏度的温度修正公式

说明书

技术领域

本发明涉及超声波流量计量领域，尤其涉及时差式超声波流量计的温度 影响消除方法。

背景技术

传播时差法作为应用超声波进行流量计量的主要方法之一，其原理是通 过测量超声波信号在流体中顺程传播时间和逆程传播时间之差来计算流速， 在超声式流量计量领域中得到了广泛的应用。

根据其测量原理可以发现，超声波在流体中的传播速度是作为已知的常 量直接参与计算流速信息，而超声波在流体中的传播速度是随着温度的变化 而改变的，当流体的温度变化范围比较大时候，声速的变化带来的影响也将 不可忽视，如果不对声速进行修正，最后计算得出的流速的测量结果会有比 较大的偏差，使得流量的测量结果包含不必要的误差。

由于流体在管道内的流动时，低流速与高流速情况下流场流速分布规律 非常的复杂。由流体力学分析可知，对于同一个声道布置方式低流速下的层 流流速分布与高流速下的紊流流速分布的不同，使得用声道流速来计算管道 流量时需要使用不同的计算公式。而流体流动状态的判断与管道直径、流体 的运动黏度和流速大小密切相关，对于实际的流量计而言，管道直径是不变 量，流速的大小可以又从测量声道上测出，所以运动黏度的大小对判断某个 流速的流动状态作用关键。而从流体的物理性质上可知流体的运动黏度特性 是随温度变化而变化的，如果不根据温度大小对运动黏度进行修正，将可能 会错误判断流场流动状况，导致采用错误的计算公式来计算测量管道流量， 使得流量的测量结果包含不必要的误差。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明的目的是提供一种简单易行、 效果显著的消除时差式超声波流量计温度影响的方法。采用的技术方案如 下：

一种时差式超声波流量计的温度影响消除方法，该方法包括：

测量若干温度点下超声波在流体中的传播速度和流体运动黏度；

通过分段拟合得到流体中超声波传播速度的温度修正公式v=f(T)和流体 运动黏度的温度修正公式

根据测量时的流体温度和声速温度修正公式和流体运动黏度的温度修正 公式，分别计算出探头所在声道的实际声速和流体的实际运动黏度；

根据实际声速和测量得到的时差计算出探头所在声道的流体流速；

根据探头所在声道的流体流速、测量管径大小和消除温度影响后的流体 运动黏度，判断被测流体是处于层流流动状态还是处于紊流流动状态；

根据被测流体的流动状态和声道布置位置，利用相应的层流流速-流量 修正公式或紊流流速-流量修正公式计算出流量大小。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

通过分别消除温度对流体中声速影响和流体运动黏度特性随温度改变从 而导致被测流体的流动状态，基本消除了流体温度变化造成的流量测量误差， 提高了流量测量精度，改善了流量计的环境适应能力。本发明不仅适用于时 差式超声波流量计的温度影响消除，还适用于时差式超声波流量计的压力影 响消除。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本 发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施过程中的具体工作流程图；

图2是本发明实施过程中的分段声速温度修正示意图；

图3是本发明实施过程中的分段流体运动黏度的温度修正意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

图1是时差式超声波流量计的温度影响消除方法，该方法包括：

测量若干温度点下超声波在流体中的传播速度和流体运动黏度；

通过分段拟合得到流体中超声波传播速度的温度修正公式v=f(T)和流体 运动黏度的温度修正公式（如图2所示）；

根据测量时的流体温度和声速温度修正公式和流体运动黏度的温度修正 公式，分别计算出探头所在声道的实际声速和流体的实际运动黏度；

根据实际声速和测量得到的时差计算出探头所在声道的流体流速；

根据探头所在声道的流体流速、测量管径大小和消除温度影响后的流体 运动黏度，判断被测流体是处于层流流动状态还是处于紊流流动状态；

根据被测流体的流动状态和声道布置位置，利用相应的层流流速-流量 修正公式或紊流流速-流量修正公式计算出流量大小。

上述层流流速-流量修正公式为:

$v=\frac{\pi R^4{V}_0}{2(R^2-{r_0}^2)}$

上述紊流流速-流量修正公式为：

$v=2\pi V_0{\left(\frac{1}{R-r_0}\right)}^{\frac{1}{7}}{\int }_0^{R}r{(R-r)}^{\frac{1}{7}}\mathrm{dr}$

其中，R为测量管道半径，r₀为与轴线平行布置的声道距离测量管道轴 线的距离，V₀为声道上的流体流速。

上述步骤具体包括：测量被测流体中若干温度点的超声波传播速度以及 流体的运动黏度大小，通过软件分段求出各段对应的声速的计算公式和运动 黏度计算公式。然后根据流量计自身设计的测量管道直径大小和运动黏度修 正公式分段计算出不同温度下流体流场的雷诺数Re=2300时的测量声道流速 大小。

在实际测量过程中，首先依据流体温度值计算出修正的超声波传播声速， 并使用修正声速和测量得到的时差大小计算出测量声道上的流体流速；然后 比较计算出的流体流速与Re=2300时的流速大小，判断流体的流场状态，采 用正确的流量计算公式，计算出流量大小。

如图2和图3展示了上述实施例在实施过程中的分段声速温度修正图和 分段流体运动黏度的温度修正意图。

以上对本发明实施例中提供的一种时差式超声波流量计的温度影响消除 方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思 想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述本说明书内容 不应理解为对本发明的限制，凡依本发明设计思想所做的任何改变都在本发 明的保护范围之内。