一种油气回收超声波流量计
阅读说明：本技术 一种油气回收超声波流量计 (Oil gas recovery ultrasonic flowmeter ) 是由 罗存益 蒋青青 段宇麟 肖驰 唐德军 刘杰 魏小清 易平 杜菊红 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种油气回收超声波流量计,包括主体,其特征在于：所述主体中部开有贯通的流道,流道两侧开有与之相交的第一测量流道和第二测量流道,第一测量流道和第二测量流道的轴心在同一条直线上；所述第一测量流道上设置有第一超声波换能器,所述第二测量流道上设置有第二超声波换能器。所述第一超声波换能器、第二超声波换能器通过电缆连接有主板,所述主板通过电缆用于控制第一超声波换能器、第二超声波换能器和相互之间的信息传递。通过设置本装置,提高了气体低速或高速检测的精度,提高了检测的精度不受气体介质变化、温度变化的影响,提高了可燃气体检测的安全性；且无机械振动,系统安全可靠。(The invention discloses an oil gas recovery ultrasonic flowmeter, which comprises a main body and is characterized in that: a through flow channel is formed in the middle of the main body, a first measuring flow channel and a second measuring flow channel which are intersected with the flow channel are formed in two sides of the flow channel, and the axes of the first measuring flow channel and the second measuring flow channel are on the same straight line; and a first ultrasonic transducer is arranged on the first measuring flow channel, and a second ultrasonic transducer is arranged on the second measuring flow channel. First ultrasonic transducer, second ultrasonic transducer have the mainboard through cable junction, the mainboard is used for controlling first ultrasonic transducer, second ultrasonic transducer and mutual information transfer through the cable. By the arrangement of the device, the low-speed or high-speed detection precision of the gas is improved, the detection precision is not influenced by the change of a gas medium and the change of temperature, and the safety of combustible gas detection is improved; and no mechanical vibration exists, and the system is safe and reliable.)
技术领域
本发明涉及流量测量领域，尤其是一种油气回收超声波流量计。
背景技术
随着城市和工业的发展，人们对煤气、天然气和工业燃气等的需求与日俱 增，气体流量测量的测量技术越来越受到人们的重视。一款能更加准确、方便 和稳定得测量各种气体的流量计显得尤为重要。现有的流量计存在结构复杂， 测量不准确的问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种油气回收超声波 流量计，解决了挥发性油气回收时的气体计量回收的问题，解决了可燃气体回 收时测量的安全性问题。
一种油气回收超声波流量计，包括主体，其特征在于：所述主体中部开有 贯通的流道，流道两侧开有与之相交的第一测量流道和第二测量流道，第一测 量流道和第二测量流道的轴心在同一条直线上；所述第一测量流道上设置有第 一超声波换能器，所述第二测量流道上设置有第二超声波换能器。
进一步地，本发明公开了一种油气回收超声波流量计的优选结构，所述第 一超声波换能器、第二超声波换能器通过电缆连接有主板，所述主板通过电缆 用于控制第一超声波换能器、第二超声波换能器和相互之间的信息传递。
进一步地，所述第一测量流道和第二测量流道的轴线与流道的轴线的夹角 为45°。
进一步地，所述第一测量流道内设置有第一超声波换能器压紧环，第一超 声波换能器压紧环将第一超声波换能器固定在第一测量流道内，所述第一测量 流道的末端设置有第一超声波换能器堵头；所述第一超声波换能器堵头用于密 封第一测量流道并固定第一超声波换能器压紧环。
进一步地，所述第二测量流道内设置有第二超声波换能器压紧环，第二超 声波换能器压紧环将第二超声波换能器固定在第二测量流道内，所述第二测量 流道的末端设置有第二超声波换能器堵头；所述第二超声波换能器堵头用于密 封第二测量流道并固定第二超声波换能器压紧环。保证第一超声波换能器与第 二超声波换能器间的距离固定不变。
进一步地，所述主体上设置有主板容纳腔，主板容纳腔上设置就检修开孔， 所述检修开孔可拆卸连接有上盖；所述主板连接有线缆；所述线缆穿过主板容 纳腔与外界相连。主板通过线缆与外界进行能量和信息传递，主板上端安装上 盖，与主体形成整体进行密封；所述流道包括进气口和出气口，进气口和出气 口的口径均为Φ12卡套接头。
进一步地，所述主板包括处理器、时间数字转换器、存储电路、通信电路、 电源电路；所述处理器与通信电路、存储电路、电源电路、时间数字转换器电 连接；所述时间数字转换器与处理器、第一超声波换能器和第二超声波换能器 信号相连。所述通信电路包括脉冲通信接口电路、RS485通信接口电路；所述 电源电路包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路与主板的 负载端连接。
进一步地，所述流道的直径8-11mm。
一种油气回收超声波流量计的测量方法，于包括以下步骤：
1.处理器向时间数字转换器发出测量指令，时间数字转换器接收到指令 后，自动控制第一超声波换能器和第二超声波换能器交替发送和接收超声波信 号；
2.第一超声波换能器处于发射状态，第二超声波换能器处于接收状态，然 后测量超声波脉冲在被测介质中顺流的传播时间Ts；
3.第二超声波换能器12处于发射状态，第一超声波换能器8处于接收状 态，然后测量脉冲在被测介质中逆流的传播时间Tn；
4.处理器根据测量得到的Ts、Tn计算出气体的流速。
所述步骤4包括以下步骤：
将(1)和(2)两式联立可得流体流速V：
由式(3)计算可知，在测量流体流速时，只需经过准确的计时 系统对Ts和Tn进行采样，并不需要得到超声波的传播速度。
实际的流体流速在管道截面上存在着流速分布，相对于在中心线 上的单通道超声波流量计，式(3)测量的流速V是管道截面直径上 的线平均速度，而测量流量需要管道内截面的面平均流速Vm，V与Vm间存在一个流体修正系数K，到此，可计算出流过管道的流量Q：
其中：
Ts---超声波顺流传播时间,单位为秒(s)；
Tn---超声波逆流传播时间,单位为秒(s)；
L---超声波传输距离，单位为米(m)；
c---超声波在流体中的传播速度，单位为米每秒(m/s)；
V---被测介质的流动速度，单位为米每秒(m/s)；
θ---被测介质的流动方向和超声波传播方向的夹角，单位为度(°)；
K---管道流量修正系数，进行误差修正；
Q---管道流量，单位为立方米每秒(m3/s)；
D---管道内部直径，单位为米(m)。。
本发明采用的技术方案如下：。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.通过设置本装置，提高了气体低速或高速检测的精度，提高了检测 的精度不受气体介质变化、温度变化的影响，提高了可燃气体检测的安全性； 且无机械振动，系统安全可靠。
2.通过精确的时间差测量，使时间的测量更加精确，从而得到更高的 测量精度。
3.采用本安型设计，无需防爆软管，布线简单，安装维护成本低。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明电路结构框图；
图中标记：1是主板，2是线缆，3是流道，4是进气口，5是主体，6是 第一超声波换能器堵头，7是第一超声波换能器压紧环，8是第一超声波换能 器，9是出气口，10是第二超声波换能器堵头，11是第二超声波换能器压紧环， 12是第二超声波换能器，13是上盖。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别 叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙 述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明包括流道3，流道3外设置有主体5。主体5上 设置有与流道3相交的测量流道；测量流道中，流道3的两端相对设置有第一 超声波换能器8和第二超声波换能器12，主体5内安装有主板1，第一超声波 换能器8和第二超声波换能器12通过引线与主板5相连。流道3与主体5采 用阻燃塑料或金属制成用于提高其防爆性能。第一超声波换能器8和第二超声 波换能器12均可以接收或发送超声波，并可将接收到的超声波转换成电信号 并发送出去，或根据接受到的电信号发射相应的超声波。
主体5内设置有测量流道，测量流道的直径8-10mm，测量流道的轴线与流 道3的轴线的夹角为45°。通透的流道3使得流体的流速均匀，无压损，提 高了流场的稳定性。
主板1包括处理器、时间数字转换器、存储电路、通信电路、电源电路。 所述处理器与通信电路、存储电路、电源电路、时间数字转换器。所述时间数 字转换器与处理器、第一超声波换能器8和第二超声波换能器12相连。
具体使用时，将设备安装在气体的流通管道上，设备接通电源和接收器即 可。
具体运行过程，处理器向时间数字转换器发生测量指令，时间数字转换器 接收到指令后。首先控制第一超声波换能器8为发射状态，控制第二超声波换 能器12为接收状态，并记录下顺流的传播时间，记为Ts。然后自动控制第二 超声波换能器12为发射状态，控制第一超声波换能器8为接收状态，并记录 下逆流的传播的时间，记为Tn。
然后根据Ts和Tn的时间差和气体的流速带来的声波速度变化就能计算出气 体的流速。
然后按照以下方法可计算出流速：
将(1)和(2)两式联立可得流体流速V：
由式(3)计算可知，在测量流体流速时，只需经过准确的计时 系统对Ts和Tn进行采样，并不需要得到超声波的传播速度。
实际的流体流速在管道截面上存在着流速分布，相对于在中心线 上的单通道超声波流量计，式(3)测量的流速V是管道截面直径上的 线平均速度，而测量流量需要管道内截面的面平均流速Vm，V与Vm间存在一个流体修正系数K，到此，可计算出流过管道的流量Q：
Ts---超声波顺流传播时间,单位为秒(s)；
Tn---超声波逆流传播时间,单位为秒(s)；
L---超声波传输距离，单位为米(m)；
c---超声波在流体中的传播速度，单位为米每秒(m/s)；
V---被测介质的流动速度，单位为米每秒(m/s)；
θ---被测介质的流动方向和超声波传播方向的夹角，单位为度(°)；
K---管道流量修正系数，进行误差修正；
Q---管道流量，单位为立方米每秒(m3/s)；
D---管道内部直径，单位为米(m)。
实施例2：
在以上实施方式的基础上，公开了一种油气回收超声波流量计的优选实施 方式。
所述通信电路包括脉冲通信接口电路、RS485通信接口电路；所述电源电路 包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路与主板1的负载电 连接。采用脉冲通信接口电路，能提高通信宽带和通信效率，进而提高采样率， 提高测量精度。
实施例3：
在以实施例2的基础上，公开了一种油气回收超声波流量计的优选实施方 式。
主体5上连接有线缆2，主板1通过线缆2与外界相连通；所述流道3包括 进气口4和出气口9，进气口4和出气口9的口径为均为Φ12卡套接口。本实 施方式采用Φ12卡套接口。进气口4和出气口9采用螺纹接头与管道相连。
主板1满足GB3836的防爆设计要求。主体5的防护等级达到IP65级别。
实施例4：
如图1所示，流道3为圆柱形，直径8-11mm，安装第一超声波换能器8和 第二超声波换能器12的圆形通道与流道3相交，相交角度为45°。在流体力 学的作用下，流过流道3的气流不会因为管壁粘滞性而产生流速差和湍流，整 个横截面的气体流速均匀。这样，能最大化的保证测量通道气流的均匀性，保 证测量的准确性。
实施5：
在实施例1的基础上，公开了一种油气回收超声波流量计的优选实施方式。
所述电源电路包括电源接口和本安处理电路，电源接口通过本安处理电路 与主板1的负载端连接。流道3与主体5采用阻燃塑料或金属制成用于提高其 防爆性能。
实施例6：
一种油气回收超声波流量计的测量方法，于包括以下步骤：
将(1)和(2)两式联立可得流体流速V：
由式(3)计算可知，在测量流体流速时，只需经过准确的计时
实际的流体流速在管道截面上存在着流速分布，相对于在中心线 上的单通道超声波流量计，式(3)测量的流速V是管道截面直径上的 线平均速度，而测量流量需要管道内截面的面平均流速Vm，V与Vm间存在一个流体修正系数K，到此，可计算出流过管道的流量Q：
Ts---超声波顺流传播时间,单位为秒(s)；
Tn---超声波逆流传播时间,单位为秒(s)；
L---超声波传输距离，单位为米(m)；
c---超声波在流体中的传播速度，单位为米每秒(m/s)；
V---被测介质的流动速度，单位为米每秒(m/s)；
θ---被测介质的流动方向和超声波传播方向的夹角，单位为度(°)；
K---管道流量修正系数，进行误差修正；
Q---管道流量，单位为立方米每秒(m3/s)；
D---管道内部直径，单位为米(m)。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。
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