一种超声波测流方法
文献发布时间：2023-06-19 16:11:11
技术领域
本发明涉及流体测量技术领域，尤其涉及一种超声波测流方法。
背景技术
现有技术中超声波测流的方法有很多，比如时差法、相差法、多普勒法等，这些方法各有各的特点。
如图4所示，现有的时差法，是使用公式（A）来求出管道内液体的流速
发明内容
要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种超声波测流方法，其解决了现有技术中管道中液体流速
技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明实施例提供一种超声波测流方法，包括：
S1、获取设置在管道上的超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，并基于该第一传播时间信息获取管道中液体的第一流速；
所述超声换能器组包括交叉式配置的第一超声换能器对和第二超声换能器对，每个超声换能器对均包括第一超声波换能器和第二超声波换能器；
所述第一传播时间信息包括：在预先设定时间段内该超声换能器组中每个超声换能器对中的第一超声波换能器每次所发出的超声波传输到第二超声波换能器的时间以及第二超声波换能器每次所发出的超声波传输到第一超声波换能器的时间；
S2、获取设置在管道上的超声波发射组当前所对应的第二传播时间信息；
所述超声波发射组包括第一超声波传感器对和第二超声波传感器对，每个超声波传感器对均包括在管道上间隔第一距离设置的超声波发射器和超声波接收器；
所述第二传播时间信息包括：第一超声波传感器对中超声波发射器按管道液体顺流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器的时间、第二超声波传感器对中超声波发射器按管道液体逆流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器的时间；
S3、基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的最终流速。
优选地，所述S1具体包括：
S11、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（1）获取该超声换能器组所对应的第一传播时间差值；
其中，所述公式（1）为：
其中，
S12、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（2）获取超声换能器组所对应的第二数值；
所述公式（2）为：
其中，
S13、根据所述超声换能器组所对应的第一传播时间差值
所述公式（3）为：
其中，
优选地，所述S3包括：
S31、基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的第二流速；
S32、基于所述第一流速和所述第二流速，确定管道中液体的最终流速。
优选地，所述S31具体包括：
S311、基于所述第二传播时间信息，采用公式（4）获取第二传播时间差；
所述公式（4）为：
其中，
S312、基于管道中液体的温度，确定超声波发射器发射的超声波在管道中液体的传播速度；
S313、基于所述第二传播时间差、超声波在管道中液体的传播速度、第一流速，采用公式（5）确定管道中液体的第二流速；
其中，所述公式（5）为：
其中，
优选地，所述S312具体包括：
基于所述管道中液体的温度，采用公式（6）确定超声波发射器发射的超声波在管道中液体的传播速度；
其中，所述公式（6）为：
其中，
优选地，所述S32包括：
S321、基于所述第一流速和所述第二流速，采用公式（7）获取第三数值；
所述公式（7）为：
其中，
S322、判断所述第三数值是否超过预先设定阈值，获取判断结果；
S323、基于所述判断结果、所述第一流速和/或所述第二流速，确定管道中液体的最终流速。
优选地，所述S323具体包括：
若所述判断结果为所述第三数值没有超过预先设定阈值，则根据所述第一流速和所述第二流速，采用公式（8）确定管道中液体的最终流速；
其中，所述公式（8）为：
优选地，所述S323具体包括：
若所述判断结果为所述第三数值超过了预先设定阈值，则将所述第一流速作为管道中液体的最终流速。
优选地，
所述超声换能器组中的第一超声换能器对和第二超声换能器对中的第一超声波换能器和第二超声波换能器均设置在管道的同一水平面中。
优选地，
所述超声波发射组与所述超声换能器组在管道上为接触设置。
有益效果
本发明的有益效果是：本发明的一种超声波测流方法，由于采用预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，并基于该第一传播时间信息获取管道中液体的第一流速，并进一步基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的最终流速，相对于现有技术而言，在计算第一流速的过程中使用第一传播时间差值更为准确，使得管道中液体的最终流速确定地更为精确。
附图说明
图1为本发明的一种超声波测流方法流程图；
图2为本发明实施例中的管道上的超声换能器组结构示意图；
图3为本发明实施例中的超声波发射组结构示意图：
图4为现有技术中采用时差法测流时换能器示意图。
附图标记说明
A：第一超声波换能器；
B：第二超声波换能器；
C：超声波发射器；
D：超声波接收器；
1：第一换能器；
2：第二换能器。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
参见图1，本实施例提供一种超声波测流方法，包括：
S1、获取设置在管道上的超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，并基于该第一传播时间信息获取管道中液体的第一流速。
在具体应用中，换能器在管道的配置方式有3种，Z式是最常见的方式，即单声道，装置简单，适用于有足够长的直管段，流速分布为管道轴对称的场合；V式适用于流速不对称的流动流体的测量；当安装距离受到限制时，可采用X式。本实施例中，参见图2，所述超声换能器组包括交叉式（也就是X式）配置的第一超声换能器对和第二超声换能器对，每个超声换能器对均包括第一超声波换能器A和第二超声波换能器B；其中，每一对的超声换能器对中的第一超声波换能器A和第二超声波换能器B之间距离都为
所述第一传播时间信息包括：在预先设定时间段内该超声换能器组中每个超声换能器对中的第一超声波换能器A每次所发出的超声波传输到第二超声波换能器B的时间以及第二超声波换能器B每次所发出的超声波传输到第一超声波换能器A的时间。
具体应用中，所述S1具体包括：
S11、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（1）获取该超声换能器组所对应的第一传播时间差值。
其中，所述公式（1）为：
其中，
S12、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（2）获取超声换能器组所对应的第二数值。
所述公式（2）为：
其中，
S13、根据所述超声换能器组所对应的第一传播时间差值
所述公式（3）为：
其中，
所述第一直线为第一超声换能器对中第一超声波换能器和第二超声波换能器所在的直线。
S2、获取设置在管道上的超声波发射组当前所对应的第二传播时间信息。
参见图3，本实施例中的所述超声波发射组包括第一超声波传感器对和第二超声波传感器对，每个超声波传感器对均包括在管道上间隔第一距离设置的超声波发射器C和超声波接收器D。
本实施例中所述超声波发射组与所述超声换能器组在管道上为接触设置。
所述第二传播时间信息包括：第一超声波传感器对中超声波发射器C按管道液体顺流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器D的时间、第二超声波传感器对中超声波发射器C按管道液体逆流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器D的时间。
具体的，假设超声波在静止的流体中的传播速度为
S3、基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的最终流速。
本实施例中所述S3包括：
S31、基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的第二流速。
所述S31具体包括：
S311、基于所述第二传播时间信息，采用公式（4）获取第二传播时间差。
所述公式（4）为：
其中，
S312、基于管道中液体的温度，确定超声波发射器发射的超声波在管道中液体的传播速度，本实施例中管道的液体为水。
S313、基于所述第二传播时间差、超声波在管道中液体的传播速度、第一流速，采用公式（5）确定管道中液体的第二流速。
其中，所述公式（5）为：
其中，
其中，所述公式（6）为：
其中，
S32、基于所述第一流速和所述第二流速，确定管道中液体的最终流速。
所述S32包括：
S321、基于所述第一流速和所述第二流速，采用公式（7）获取第三数值。
所述公式（7）为：
其中，
S322、判断所述第三数值是否超过预先设定阈值，获取判断结果。
S323、基于所述判断结果、所述第一流速和/或所述第二流速，确定管道中液体的最终流速。
本实施例中，所述S323具体包括：
若所述判断结果为所述第三数值没有超过预先设定阈值，则根据所述第一流速和所述第二流速，采用公式（8）确定管道中液体的最终流速。
其中，所述公式（8）为：
若所述判断结果为所述第三数值超过了预先设定阈值，则将所述第一流速作为管道中液体的最终流速。
实施例二
为更好的理解本发明实施例的方案，下面对本发明实施例的各步骤进行详细说明。
101、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（1）获取该超声换能器组所对应的第一传播时间差值。
其中，所述公式（1）为：
其中，
在具体应用中，换能器在管道的配置方式有3种，Z式是最常见的方式，即单声道，装置简单，适用于有足够长的直管段，流速分布为管道轴对称的场合；V式适用于流速不对称的流动流体的测量；当安装距离受到限制时，可采用X式。本实施例中，参见图2，所述超声换能器组包括交叉式（也就是X式）配置的第一超声换能器对和第二超声换能器对，每个超声换能器对均包括第一超声波换能器A和第二超声波换能器B；其中，每一对的超声换能器对中的第一超声波换能器A和第二超声波换能器B之间距离都为
所述第一传播时间信息包括：在预先设定时间段内该超声换能器组中每个超声换能器对中的第一超声波换能器A每次所发出的超声波传输到第二超声波换能器B的时间以及第二超声波换能器B每次所发出的超声波传输到第一超声波换能器A的时间。
102、基于管道上超声换能器组在预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，采用公式（2）获取超声换能器组所对应的第二数值。
所述公式（2）为：
其中，
103、根据所述超声换能器组所对应的第一传播时间差值
所述公式（3）为：
其中，
所述第一直线为第一超声换能器对中第一超声波换能器和第二超声波换能器所在的直线。
本实施例中，参见图4，相对现有技术中仅根据一个从第一换能器1到第二换能器2的超声波的飞行时间
104、获取设置在管道上的超声波发射组当前所对应的第二传播时间信息。
参见图3，本实施例中的所述超声波发射组包括第一超声波传感器对和第二超声波传感器对，每个超声波传感器对均包括在管道上间隔第一距离设置的超声波发射器C和超声波接收器D；本实施例中第一超声波传感器对和第二超声波传感器对是对齐设置的。
所述第二传播时间信息包括：第一超声波传感器对中超声波发射器C按管道液体顺流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器D的时间、第二超声波传感器对中超声波发射器C按管道液体逆流方向发射的超声波传输到对应的超声波接收器D的时间。
实际上，假设超声波在静止的流体中的传播速度为
105、基于所述第二传播时间信息，采用公式（4）获取第二传播时间差。
所述公式（4）为：
其中，
106、基于管道中液体的温度，确定超声波发射器发射的超声波在管道中液体的传播速度。
107、基于所述第二传播时间差、超声波在管道中液体的传播速度、第一流速，采用公式（5）确定管道中液体的第二流速。
其中，所述公式（5）为：
其中，
108、基于所述第一流速和所述第二流速，采用公式（7）获取第三数值。
所述公式（7）为：
其中，
109、判断所述第三数值是否超过预先设定阈值，获取判断结果。
若所述判断结果为所述第三数值没有超过预先设定阈值，则根据所述第一流速和所述第二流速，采用公式（8）确定管道中液体的最终流速。
其中，所述公式（8）为：
若所述判断结果为所述第三数值超过了预先设定阈值，则将所述第一流速作为管道中液体的最终流速。
本实施例中的一种超声波测流方法，由于采用预先设定时间段内所对应的第一传播时间信息，并基于该第一传播时间信息获取管道中液体的第一流速，并进一步基于所述第一流速、所述第二传播时间信息以及管道中液体的温度，确定管道中液体的最终流速，相对于现有技术而言，在计算第一流速的过程中使用第一传播时间差值更为准确，同时，也考虑了液体温度因素使得管道中液体的最终流速更为精确。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例，或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何附图标记理解成对权利要求的限制。词语“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件来具体体现。词语第一、第二、第三等的使用，仅是为了表述方便，而不表示任何顺序。可将这些词语理解为部件名称的一部分。
此外，需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员在得知了基本创造性概念后，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，权利要求应该解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也应该包含这些修改和变型在内。