非接觸式超聲波水流流速計及非接觸式流速檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種非接觸式超聲波水流流速計及非接觸式流速檢測方法。
【背景技術】
[0002] 目前的工業流量測量普遍存在著大管徑、大流量測量困難的問題，運是因為一般 流量計隨著測量管徑的增大會帶來制造和運輸上的困難，造價提高、能損加大、安裝不便運 些缺點。由于現有的超聲波流量計在河道、明渠測量中需要于不同深度安裝探頭，導致安裝 不便、安裝位置精度低、不方便調試維護、測量誤差大。

【發明內容】

[0003] 本發明的目的在于提供一種非接觸式超聲波水流流速計及非接觸式流速檢測方 法，能改善現有技術存在的問題，通過采用超聲波發射換能器和超聲波接收器，分別安裝在 待測管道外壁上，無需再流體內安裝探頭，可進行敞開水流的流量測，并且不用在流體中安 裝測量元件，而且不會改變流體的流動狀態。
[0004] 本發明通過W下技術方案實現： 一種非接觸式超聲波水流流速計，包括超聲波換能器、電子線路和流量顯示累計系 統； 超聲波換能器，包括超聲波發射換能器和超聲波接收器，超聲波發射換能器用于將電 能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，超聲波接收器用于接收超聲波信號，并發 送到電子線路； 電子線路，包括發射單元、接收單元、信號處理單元，所述的接收單元用于接收超聲波 接收器發送的超聲波信號并將其發送到信號處理單元進行信號處理，所述的發射單元將信 號處理單元處理的信號發送到流量顯示累計系統； 流量顯示累計系統，用于顯示流量數據信息，將信號處理單元處理的信息進行顯示和 積算，并存儲信息。
[0005] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的超聲波換能器為壓電換能器，所述的超聲 波發射換能器采用逆壓電效應，所述的超聲波接收器采用壓電效應。
[0006] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的壓電換能器為錯鐵酸鉛制成。
[0007] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的超聲波換能器為圓形薄片，沿厚度震動。
[0008] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的圓形薄片的直徑大于其厚度的10倍。
[0009] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的超聲波發射換能器和超聲波接收器外部 分別設置有聲模形成探頭結構，所述的聲模固定連接在待檢測管道外壁上。
[0010] 進一步地，為更好地實現本發明，所述的聲模為有機玻璃制成。
[0011] 本發明還公開了一種非接觸式流速檢測方法，包括W下步驟： S1 :積算水流平均速度：利用速度面積法，由雷達水流測速儀檢測水面流速并傳輸到 主機，計算流速修正系數K，測出水平平均速度，并通過液位計提供的數據得出水流斷面面 積，最后計算出流量，發送到信號處理單元； 52 :安裝超聲波換能器：將超聲波發射換能器和超聲波接收器分別按照一定距離附著 在待檢測管道外壁上，利用兩次聲程的V法，四次聲程的W法，或者采用聲波直接穿過 被測管路的相對安裝的Z法，記錄超聲波在超聲波發射換能器和超聲波接收器之間傳播 的時間，計算時間差值； 53 :計算流速：步驟S2得到的時間差值與流體的流速成正比，利用如下公式計算流速。
[0012] 0為聲束與液體流動方向的夾角； M為聲束在液體的直線傳播次數； D為管道內徑； Tup為聲束在正方向上的傳播時間； Tdown為聲束在逆方向上的傳播時間AT=化P-Tdown。
[0013] 本發明與現有技術相比，具有W下有益效果： (1) 本發明通過采用在待測管道外部安裝超聲波發射換能器和超聲波接收器，安裝時 相對位置精度低，方便調試維護，測量誤差小，具有安裝快速準確，調試維護方便的特點，并 且根據流體力學合理調整傳感器角度，提高了測量值的穩定性和準確性； (2) 本發明直接安裝，無需開孔或破壞管道、不停流、無壓力損失、安裝簡便。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，應當理解，W下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對 范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可W根據運 些附圖獲得其他相關的附圖。
[0015] 圖1為本發明整體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合具體實施例對本發明進行進一步詳細介紹，但本發明的實施方式不限于 此。
[0017] 超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波 就可W檢測出流體的流速，從而換算成流量。超聲脈沖穿過管道從一個傳感器到達另一個 傳感器，就像一個渡船的船夫在橫渡一條河。當氣體不流動時，聲脈沖W相同的速度(聲速， C)在兩個方向上傳播。如果管道中的氣體有一定流速V(該流速不等于零)，則順著流動方 向的聲脈沖會傳輸得快些，而逆著流動方向的聲脈沖會傳輸得慢些。運樣，順流傳輸時間tD 會短些，而逆流傳輸時間tU會長些。運里所說的長些或短些都是與氣體不流動時的傳輸時 間相比而言。
[001引如圖1所示，本發明公開了一種非接觸式超聲波水流流速計，包括超聲波換能器、 電子線路和流量顯示累計系統； 超聲波換能器，包括超聲波發射換能器和超聲波接收器，超聲波發射換能器用于將電 能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，超聲波接收器用于接收超聲波信號，并發 送到電子線路； 電子線路，包括發射單元、接收單元、信號處理單元，所述的接收單元用于接收超聲波 接收器發送的超聲波信號并將其發送到信號處理單元進行信號處理，所述的發射單元將信 號處理單元處理的信號發送到流量顯示累計系統； 流量顯示累計系統，用于顯示流量數據信息，將信號處理單元處理的信息進行顯示和 積算，并存儲信息。
[0019] 超聲波發射換能器將電能轉換為超聲波能量，并將其發射到被測流體中，超聲波 接收器接收到的超聲波信號，經電子線路放大并轉換為代表流量的電信號供給顯示和積算 儀表進行顯示和積算。運樣就實現了流量的檢測和顯示。
[0020] 與傳統的超聲波流量計相比，本發明不需在液面的各層安裝流速探頭，所有裝置 均布置于液面W上，適于測量不易接觸和觀察的流體W及大管徑流量。它與水位計聯動可 進行敞開水流的流量測量。
[002。 實施例1 : 本實施例中，優選地，所述的超聲波換能器為壓電換能器，所述的超聲波發射換能器采 用逆壓電效應，所述的超聲波接收器采用壓電效應。壓電換能器利用壓電材料的壓電效應， 采用