一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法

技术领域

本发明涉及气体超声流量测量技术领域，尤其涉及一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法。

背景技术

目前，国内应用于天然气计量及输配管理的流量计主要为罗茨表和涡轮表，这两种计量仪表均属于机械式计量仪表，难以摆脱机械式仪表固有的弱点，例如，对天然气的质量要求高，容易卡住，维护频繁且维护成本较高，同时随着天然气输送管路口径的增大，两种机械式计量仪表的体积、重量和价格会大幅度攀升，这些弱点严重制约了天然气计量及管网输配管理向着“精确、稳定、智能、高效”的方向发展。为了克服机械式计量仪表的缺点，现有技术中出现了超声波流量计，目前的超声流量计的测量方法通过一组频率的超声波换能器测量得到混合气体中各组分浓度以及流体流量，其存在误差大，准确度低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法，该测量混合气体流量的方法可减小测量误差，提高测量的准确度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

本发明提供一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法,包括如下步骤：

采用不同频率的超声换能器获取纯净氢气和纯净甲烷在静止场景下的弛豫吸收幅值A

建立不同频率超声波换能器、不同浓度变化下的数据样本库C

对所获取的原始数据进行渡越时间计算，得到渡越时间t，从而得到当前混合气体的超声传播速度V

在流动的场景下，采用不同频率的超声换能器获取所述当前混合气体的弛豫吸收的幅值A′

由所述弛豫吸收的幅值A和所述弛豫频率f来计算所述当前混合气体中其中一种气体的所占浓度百分比,对比所述数据样本库C，得到所述当前混合气体中其中一种气体的浓度值ρ和流体的流量Q。

在本发明的一个实施例中，所述弛豫吸收的幅值A′

采用不同频率的超声换能器获取所述当前混合气体的弛豫吸收的幅值A

将所述弛豫吸收的幅值A

将所述弛豫吸收的幅值f

在本发明的一个实施例中，所述流体的流量Q的获得方法包括如下步骤：

根据所述当前混合气体中其中一种气体的浓度值ρ得到所述当前混合气体的静止速度V

在由所述静止速度V

由所述当前混合气体的速度V

在本发明的一个实施例中，所述静止速度V

在本发明的一个实施例中，所述当前混合气体的速度V

在本发明的一个实施例中，所述原始数据的获得方法为在不同的流速场景下，分别由不同频率的超声波换能器对充满所述纯净氢气和所述纯净甲烷的管道内进行测量采集得到。

在本发明的一个实施例中，所述当前混合气体的超声传播速度V

综上所述，本发明提供一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法，该测量混合气体流量的方法差分式超声流量计获取两种不同频率下的弛豫吸收的幅值和对应的弛豫频率，进行差分后再进行混合气体中各组分浓度的计算，通过各组分的浓度计算流体流量，减小测量误差，提高测量的准确度，同时在测混合气体流量的同时获得了混合气体中成分的浓度值。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明测量混合气体流量的方法的整体流程图；

图2是本发明获得弛豫吸收的幅值A′

图3是本发明获得流体的流量Q的流程图；

图4是本发明弛豫吸收幅值A与弛豫频率压强比f/p之间的曲线图；

图5是本发明不同频率的换能器组基于数据样本库绘制的氢气浓度与弛豫吸收幅值A之间的曲线图；

图6是本发明第一换能器组的频率为200K，第二换能器组的频率为500K时基于数据样本库绘制的氢气浓度与弛豫吸收幅值A之间的曲线图；

图7是本发明第一换能器组的频率为100K，第二换能器组的频率为400K时基于数据样本库绘制的氢气浓度与弛豫吸收幅值A之间的曲线图；

图8是本发明超声流量计的结构示意图。

图中标号说明：1-第一换能器组、2-第二换能器组、3-测量管体。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

请参阅图1，本发明提供一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法，该测量混合气体流量的方法可减小测量误差，提高测量的准确度。具体的，该测量流动混合气体流量的方法包括如下步骤S1～S5:

S1纯净氢气和纯净甲烷分别通入管道，采用不同频率的超声换能器获取纯净氢气和纯净甲烷在静止场景下的弛豫吸收幅值A

请参阅图1，在本发明个的一个实施例中，误差相关函数Y(A

S10将弛豫吸收幅值

S11弛豫吸收幅值增量

S12对平均值

请参阅图1，在本发明个的一个实施例中，误差相关函数Y(f

S13将弛豫频率

S14弛豫频率增量

S15对平均值

请参阅图1，S2建立不同频率超声波换能器、不同浓度变化下的数据样本库C

请参阅图1，S3对所获取的原始数据进行渡越时间计算，得到渡越时间t

请参阅图1和图2，S4在流动的场景下，采用不同频率的超声换能器获取所述当前混合气体的弛豫吸收的幅值A′

S41采用不同频率的超声换能器获取当前混合气体的弛豫吸收的幅值A

S42将弛豫吸收的幅值A

S43将弛豫吸收的幅值f

请参阅图1和图3，S5由弛豫吸收的幅值A和弛豫频率f来计算当前混合气体中其中一种气体的所占浓度百分比,对比数据样本库C，得到当前混合气体中其中一种气体的浓度值ρ和流体的流量Q。例如，第一换能器组的频率为200K，第二换能器组的频率为500K时，当以弛豫吸收的幅值A和弛豫频率f为参考值，在如图6所示的曲线图上，读取当前弛豫吸收的幅值A和弛豫频率f下氢气的浓度ρ，而甲烷的浓度则为1-ρ。流体的流量Q的获得方法包括如下步骤S51-S53：

S51根据当前混合气体中其中一种气体的浓度值ρ得到当前混合气体的静止速度V

S52在由静止速度V

S53由当前混合气体的速度V

综上所述，本发明提供一种基于差分式超声流量计测量混合气体流量的方法，该测量混合气体流量的方法差分式超声流量计获取两种不同频率下的弛豫吸收的幅值和对应的弛豫频率，进行差分后再进行混合气体中各组分浓度的计算，通过各组分的浓度计算流体流量，减小测量误差，提高测量的准确度，同时在测混合气体流量的同时获得了混合气体中成分的浓度值。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。