王富铮,陈 军,谢海鹤,潘晓伟,林振衡

(莆田学院 机电与信息工程学院，福建 莆田 351100)

0 引言

超声波流量测量技术广泛应用于石化、供水、航空、天然气、煤层气等领域[1],董雅琳等研究提出一种管道传输气体超声波流量计的设计方法[2]。温度对超声波流量测量精度影响较大,因而针对温度补偿的测量技术被大量应用[3]。气体流量计测量过程中,气体组分会影响其测量精度[4－5]。分析气体组分和温度对声波传播速度的影响,并提出修正公式,对提高测量精度具有重要作用。

1 超声波直接时差法流量测量原理

目前超声波流量计信号检测原理大致可分为传播速度差法、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等[6]。传播速度差法又可分为直接时差法、时差法、相位差法和频差法。时差法还可以细分为单脉冲法和多脉冲法,由于传统设计思想的限制,多脉冲法很少被使用。采用直接时差法具有结构简单、测量稳定的优势。

气体流量测量装置如图1所示,其工作原理为:在气体流场中,设管道的长度为L(超声波传播距离),超声波在静止流体中的速度为c,气体流速为v,换能器A顺气流方向发射超声波后由换能器B接收,此时顺气流超声波传播时间t＋为:

图1 气体流量测量原理图

换能器B逆气流方向发射超声波后由换能器A接收,逆气流超声波传播时间t－为:

可以得到逆气流与顺气流超声波传播的时间差值为:

由于v2相对于c2的值来说很小,可以忽略不计,因此……