超声波气体流量传感器汉威科技申请超声波二元气体传感器流量和浓度修正系数的专利，提升传感器在不同温度和浓度下的性能和一致性

发布时间：2024-10-05 18:10:44

汉威科技申请超声波二元气体传感器流量和浓度修正系数的专利，提升传感器在不同温度和浓度下的性能和一致性

金融界2024年6月14日消息，天眼查知识产权信息显示，汉威科技集团股份有限公司申请一项名为“确定超声波二元气体传感器流量和浓度修正系数的方法“，公开号CN202211598929.X，申请日期为2022年12月。

专利摘要显示，该专利提出了一种确定超声波二元气体传感器流量和浓度修正系数的方法，本发明步骤为：基于控制变量法搭建超声波二元气体传感器的标定系统；通过控制温差变量对超声波传播声程系数进行修正，并对检测量程范围内的温度“零”点进行标定；通过控制浓度变量对超声波传播计时延时进行修正；通过控制浓度变量标定流量修正系数和浓度修正系数，对流量修正系数和浓度修正系数的标定结果进行验证。本发明完成温度“零”点标定、声程系数、计时延时修正之后，超声波二元气体传感器在不同温度和浓度下的性能和一致性得到提升，相对于传统多点分段补偿，可以减少多个测试点，并且本发明是在不新增标定环境、设备的前提下批量化完成，成本极低。

本文源自金融界

超声波流量计及其传感器基础应用

超声波流量计由超声波换能器、电子转换线路、流量显示累积系统三个部分组成。超声波换能器采用铸铁酸铅压电元件制作，利用压电效应发射和接收声波，通过检测流体对超声束(或超声脉冲)的影响来测量流体体积流量。

超声波流量计的原理：传递的声讯号穿过管道内流动的介质时，其传递速度受介质流动速度的影响。

声讯号在两个传感器之间的传递时间取决于管道内介质的流速。一个声讯号通过上游的时间要比它通过下游的时间长。这个时间差值dt与管道内介质的流速vf成比例。如图1所示。

V：介质流速；θ：声速与液体流动方向的夹角；

M：声束在液体的直线传播次数；

D：管道内径；Tup：声束在顺流时的传播时间；

Tdown：声束在逆流时的传播时间；△T=Tup-Tdown。

当超声波波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同（唯一可实际测量零流量的技术）；介质流动时，逆流方向的声波传输时间大于顺流方向的声波传输时间。其关系符合上述表达式。

目前所使用的超声波流量计系统主要有以下两种工作原理：

1.1 速度法：

管道内介质流速vf按以下公式求得：

vf=(L/2cosβ)[dt/(t1 t2)] (1)

式中：t1，t2分别代表声讯号通过上游与下游时间；

dt为声讯号通过上游与下游的时间差；

L为声讯号通过路径长度；

β为代表管轴线与L之间角度。

1.2 环鸣系统法( Sing2around System)

如果在两个不同的方向上比较两条脉冲链的频率差，这个脉冲差与流体速度也成比例。

这是流速的基频表示法,与流体中的声速无关。

以上两种对流体流速的算法的理论基础是相同的，其流体流速vf的理论值也是基本相同的。利用不同的二次仪表设置不同的流量系数均可显示其容积流量。

性能特点：

(1) 适用于各种管径流量的高精度计量，其流量和管径越大，精确度越高；

(2) 测量范围(量程比)很宽，一般为1：40～1：160，最大能达到1：300；

(3) 重复性很高，能实现双向流量计量；

(4) 流量计本体无压力损失，可精确测量脉动流；

(5) 节能，可大大降低长输管道增压费用；

(6) 不受沉积物或湿气的影响，无可动部件；

(7) 所需上下游直管段较短(上游为10D，下游为3D)；

(8) 无磨损，示值无零点漂移现象，偏移误差小；

(9) 动态计量范围宽；

(10) 不受涡流和流速剖面变化的影响；

(11) 不受压力、温度、分子量、气体组分变化的影响；

(12) 不需要重复标定。

流量计性能对比：

表1 为流量计性能对比表。

表1 流量计性能对比表

应用：

1.计量流体体积流量

作为流量计使用时，其流量范围是很宽的，可以双向计量，对于黏度较高、甚至小流量的流体亦可计量。同时，它的维修费用较低。它没有机械零件处于管线之中，不受其他介质影响，不需要调正和控制，也不需停产操作。但是超声波流量计的精度依赖于介质特性。其补偿技术是必须的，为了简化补偿系数f，必须在管线上游保留10倍直径的直管段和在下游保留5倍直径的直管段。对于在一定安装条件和流体特性条件下可确定一个实际的流量系数进行补偿。

2.泄漏检测

在正常情况下输送管道的入口流量应完全等于该管道出口流量。如果不等，那么泄漏现象就一定存在。如果两计量仪表之间的计量读数改变并超过了额定精度，就可发现泄漏现象。计量仪表越精确，检测泄漏量也越准确。但是对于大口径管道检测时，由于有温度和压力的影响，其温度和压力变化的补偿量也须考虑。如一个DN1000的管线，其温度变化10℃，容积也相应变化0.8%。一个DN1000，长100km的管线在0.1MPa压力变化下能引起10m3的容积变化。鉴于这种情况，两组流量计之间距离不得太长。其距离越短，越易检测出泄漏情况。

误差分析：

1.噪声影响

超声波流量计可能会受附近超声波噪声源的不利影响。这种噪声源包括减少可听见噪声的无噪声阀、压力调节器和管道的其他重要节流部件。流量计生产厂家正在积极地解决这个问题。计量站设计人员应向生产厂家请求协助。现场经验表明：最好找出流量计上游潜在的噪声源，在流量计和噪声源之间设置弯头会有助于减轻额外的超声波噪声。

2.流体清洁度影响

超声波传送器表面的堆积物(压缩机油、冷凝液等) 可能会使装置不经过流体传送超声波脉冲。这可能会引起所谓的超声波路径“脱落”，路径“脱落”会增加计量误差。在测量气体流量时，气流装位置相同时，初始容积较大的空气罐能更有效地控制水击压力的产生，也就是空气罐越大越好。但在实际工程中，其大小要受经济，外观等因素的约束。空气罐的容量通常用试算方法确定1。图5为空气罐的不同安装位置对A 处压力变化的影响。从图5可以看出，空气罐安装在不同的位置对管道的压力影响也不同。空气罐安装在B 处时，对A处发生的水击控制不大，而且还有增强水击的可能性，也就是其水击压力可能大于安装空气罐时的水击压力。