CN208968601U - 多声道超声波计量器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多声道超声波计量器，用于计量管段内流体的流速或者流量，包括超声波换能器、微处理器、切换开关和超声波发送接收器；管段内设有多个声道；对应每个声道均设有两个超声波换能器；切换开关与微处理器和超声波发送接收器连接，其用于接收微处理器发送的声道切换信号，并根据声道切换信号来切换超声波发送接收器与不同声道的超声波换能器连接；超声波发送接收器将发送超声波信号和接收超声波信号的时间间隔发送至微处理器；微处理器根据时间间隔计算管段内流体的流速或流量。本实用新型的多声道超声波计量器，减小计量误差，提高计量精度，确保计量器能够长时间的连续、稳定运行。

Description

多声道超声波计量器

技术领域

本实用新型涉及流体计量技术领域，具体涉及一种多声道超声波计量器。

背景技术

超声波流量计是一种非接触式流量计量器，测量过程中对流体状态无任何影响，具有体积小、量程比大，以及高稳定性的特点。现有技术中，绝大部分的超声波流量计只能实现单声道的速度测量，超声波探头所测得的流速为沿流动方向的线平均流速，不是整个管段横截面内的平均流速，大口径表，明渠、河道等宽径管段中计量误差大；另一方面，单声道测量在超声波探头出现故障的情况下不能计量，影响超声波计量器的正常工作。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种多声道超声波计量器，减小计量误差，提高计量精度，确保计量器能够长时间的连续、稳定运行。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多声道超声波计量器，用于计量管段内流体的流速或者流量，包括超声波换能器，其还包括微处理器、切换开关和超声波发送接收器；

所述管段内设有多个声道，多个所述声道在管段的横截面方向依次设置；对应每个所述声道均设有两个所述超声波换能器，两个所述超声波换能器沿流体的流动方向依次设置，分别为上游超声波换能器和下游超声波换能器；

所述切换开关与微处理器和超声波发送接收器连接，其用于接收所述微处理器发送的声道切换信号，并根据所述声道切换信号来切换超声波发送接收器与不同声道的超声波换能器连接；

所述超声波发送接收器用于产生并发送超声波信号至超声波换能器、接收超声波换能器发送的超声波信号，并将发送超声波信号和接收超声波信号的时间间隔发送至微处理器；

所述微处理器与切换开关和超声波发送接收器连接，用于产生并发送声道切换信号至切换开关；用于产生并发送计量信号至所述超声波发送接收器，所述超声波发送接收器根据计量信号发送或接收超声波信号；还用于接收所述超声波发送接收器发送的时间间隔，并根据所述时间间隔计算管段内流体的流速或流量。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述超声波发送接收器具有第一信号端和第二信号端，所述超声波发送接收器根据所述计量信号在第一信号端和第二信号端中选择一个用作发送超声波信号端，另一个用作接收超声波信号端。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述切换开关具有第一切换触头和第二切换触头，所述第一切换触头和第二切换触头两者的一端分别与第一信号端和第二信号端连接；所述切换开关根据所述声道切换信号控制第一切换触头和第二切换触头的另一端分别与不同声道上的上游超声波换能器和下游超声波换能器连接。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述切换开关为模拟开关。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述微处理器还用于输出片选信号，所述切换开关根据片选信号进入休眠状态或者工作状态。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述管段靠近其管心位置的两两声道之间的间距小于靠近其管壁位置的两两声道之间的间距。

本实用新型的有益效果：

其一、本实用新型的多声道超声波计量器，管段内具有多个声道，对应每个声道均配置两个超声波换能器，用于计量当前声道上的流体流速，微处理器根据每个声道上的流体流速计算获得管段内流体的流速，计量精度高、误差小，同时多声道计量相较于传统的单声道计量，在有超声波换能器出现故障不能工作的情况下都不会影响整个计量器的正常工作，以此来确保计量器能够长时间的连续、稳定运行。

其二、本实用新型的多声道超声波计量器，使用一套超声波发射接收及处理电路，利用切换开关进行切换来检测多个声道的信号，以此简化计量器的硬件组成，降低计量器的成本，减小计量器的体积，利于超声波计量器向更小体积方向发展，使之可以适用于更多环境中；另一方面，每个工作周期只有一个声道进行检测而其他声道均处于高阻状态，以此，计量获得流体流速时能够大大减少微处理器的运算量，利于提高计量的精度和时效性。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例中计量流量或流速的管段界面示意图；

图2是本实用新型优选实施例中多声道超声波计量器的结构框图；

图3是本实用新型优选实施例中多声道超声波计量器的内部结构框图。

其中：2-管段，4-声道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1-3所示，本实施例公开了一种多声道超声波计量器，用于计量管段内流体的流速或者流量，此处的流体可以是液体或者气体。上述超声波计量器包括超声波换能器、微处理器U2、切换开关U1和超声波发送接收器U3；

如图1所示，上述管段2内设有多个声道4，此处的声道4为声波传递通道，管段2内的流体为声波传播的介质。本实施例技术方案中，上述管段2内设有至少两个声道4，比如，2个、3个、4个……甚至更多个声道4，此处不对声道4的个数进行限制。如图1所示，多个上述声道4在管段2的横截面方向依次设置；对应每个上述声道4均设有两个上述超声波换能器，两个上述超声波换能器沿流体的流动方向依次设置，分别为上游超声波换能器和下游超声波换能器。

上述切换开关U1与微处理器U2和超声波发送接收器U3连接，其用于接收上述微处理器U2发送的声道切换信号，并根据上述声道切换信号来切换超声波发送接收器U3与不同声道的超声波换能器连接。

上述超声波发送接收器U3用于产生并发送超声波信号至超声波换能器、接收超声波换能器发送的超声波信号，并将发送超声波信号和接收超声波信号的时间间隔发送至微处理器U2；

上述微处理器U2与切换开关U1和超声波发送接收器U3连接，用于产生并发送声道切换信号至切换开关；用于产生并发送计量信号至上述超声波发送接收器U3，上述超声波发送接收器U3根据计量信号发送或接收超声波信号；还用于接收上述超声波发送接收器U3发送的时间间隔，并根据上述时间间隔计算管段内流体的流速或流量。

具体的，如图3所示，上述超声波发送接收器U3具有第一信号端D+和第二信号端D-，上述超声波发送接收器U3根据上述计量信号在第一信号端D+和第二信号端D-中选择一个用作发送超声波信号端，另一个用作接收超声波信号端。

上述切换开关U1具有第一切换触头J1和第二切换触头J2，上述第一切换触头J1和第二切换触头J2两者的一端分别与第一信号端D+和第二信号端D-连接；上述切换开关U1根据上述声道切换信号控制第一切换触头J1和第二切换触头J2的另一端分别与不同声道上的上游超声波换能器和下游超声波换能器连接。

为了便于描述，以下对两个声道计量器的工作过程进行描述，其工作过程为：

微处理器U2产生声道切换开关，切换开关选择超声波发送接收器U3与第一个声道的超声波换能器连接，第二个声道处于高阻状态。具体为，超声波发送接收器U3的第一信号端D+和第二信号端D-分别与第一切换触头J1和第二切换触头J2连接，第一切换触头J1和第二切换触头J2的另一端分别与第一个声道上的上游超神波换能器D1+和下游超声波换能器D1-连接；微处理器产生计量信号，使得第一信号端D+发送超声波脉冲，第二信号端D-接收超声波信号，超声波发送接收器U3计量超声波信号发出至接收到超声波信号的时间间隔T11；微处理器产生计量信号，使得第二信号端D-发送超声波脉冲，第一信号端D+接收超声波信号，超声波发送接收器U3计量超声波信号发出至接收到超声波信号的时间间隔T12。超声波发送接收器U3将时间间隔T12与时间间隔T11发送至微处理器U2，微处理器U2根据时间间隔T12与时间间隔T11计算第一个声道的流体流速。

微处理器U2产生声道切换开关，切换开关选择超声波发送接收器U3与第二个声道的超声波换能器连接，第一个声道处于高阻状态。具体为，超声波发送接收器U3的第一信号端D+和第二信号端D-分别与第一切换触头J1和第二切换触头J2连接，第一切换触头J1和第二切换触头J2的另一端分别与第二个声道上的上游超神波换能器D2+和下游超声波换能器D2-连接；微处理器产生计量信号，使得第一信号端D+发送超声波脉冲，第二信号端D-接收超声波信号，超声波发送接收器U3计量超声波信号发出至接收到超声波信号的时间间隔T21；微处理器U2产生计量信号，使得第二信号端D-发送超声波脉冲，第一信号端D+接收超声波信号，超声波发送接收器U3计量超声波信号发出至接收到超声波信号的时间间隔T22。超声波发送接收器U3将时间间隔T22与时间间隔T21发送至微处理器U2，微处理器U2根据时间间隔T22与时间间隔T21计算第二个声道的流体流速。

微处理器U2根据第个一声道和第二个声道的流体流速来计算管段内的流体流速。

对应超过两个声道的情况，微处理器U2配置多个引脚用于输出声道切换信号控制切换开关U1的动作，比如，有三个声道时，微处理器U2输出00表示第一个声道进入计量，第二个声道和第三个声道处于高阻状态；微处理器U2输出01表示第二个声道进入计量，第一个声道和第三个声道处于高阻状态；微处理器U2输出10表示第三个声道进入计量，第一个声道和第二个声道处于高阻状态。对应更多个声道时以此类推。

在本申请的另一种实施例中，对应超过两个声道的情况，还可以是多个模拟开关并联通过片选选择一个模拟开关工作，其它模拟开关工作在高阻状态。

具体的，上述切换开关为模拟开关，上述模拟开关可以为继电器、晶体管，以及其他带有控制端和多个触点的电气器件。模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长的特性。

进一步的，上述微处理器U2还用于输出片选信号，上述切换开关根据片选信号进入休眠状态或者工作状态。以此可以降低切换开关在不工作时的功耗。

考虑到流体在管段2内靠近管心位置和靠近管壁位置处的流速不同的实际情况，其中，靠近管心位置的流速大，靠近管壁位置的流速小，上述管段2靠近其管心位置的两两声道4之间的间距小于靠近其管壁位置的两两声道4之间的间距。也就是，流体流动快的区域相较于流动慢的区域设置更多的声道，有利于提高计量的准确性和精确度。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种多声道超声波计量器，用于计量管段内流体的流速或者流量，包括超声波换能器，其特征在于：其还包括微处理器、切换开关和超声波发送接收器；

所述管段内设有多个声道，多个所述声道在管段的横截面方向依次设置；对应每个所述声道均设有两个所述超声波换能器，两个所述超声波换能器沿流体的流动方向依次设置，分别为上游超声波换能器和下游超声波换能器；

所述切换开关与微处理器和超声波发送接收器连接，其用于接收所述微处理器发送的声道切换信号，并根据所述声道切换信号来切换超声波发送接收器与不同声道的超声波换能器连接；

所述超声波发送接收器用于产生并发送超声波信号至超声波换能器、接收超声波换能器发送的超声波信号，并将发送超声波信号和接收超声波信号的时间间隔发送至微处理器；

所述微处理器与切换开关和超声波发送接收器连接，用于产生并发送声道切换信号至切换开关；用于产生并发送计量信号至所述超声波发送接收器，所述超声波发送接收器根据计量信号发送或接收超声波信号；还用于接收所述超声波发送接收器发送的时间间隔，并根据所述时间间隔计算管段内流体的流速或流量。

2.如权利要求1所述的多声道超声波计量器，其特征在于：所述超声波发送接收器具有第一信号端和第二信号端，所述超声波发送接收器根据所述计量信号在第一信号端和第二信号端中选择一个用作发送超声波信号端，另一个用作接收超声波信号端。

3.如权利要求2所述的多声道超声波计量器，其特征在于：所述切换开关具有第一切换触头和第二切换触头，所述第一切换触头和第二切换触头两者的一端分别与第一信号端和第二信号端连接；所述切换开关根据所述声道切换信号控制第一切换触头和第二切换触头的另一端分别与不同声道上的上游超声波换能器和下游超声波换能器连接。

4.如权利要求1所述的多声道超声波计量器，其特征在于：所述切换开关为模拟开关。

5.如权利要求1所述的多声道超声波计量器，其特征在于：所述微处理器还用于输出片选信号，所述切换开关根据片选信号进入休眠状态或者工作状态。

6.如权利要求1所述的多声道超声波计量器，其特征在于：所述管段靠近其管心位置的两两声道之间的间距小于靠近其管壁位置的两两声道之间的间距。