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1、一种λ型互相关时差法超声波流量检测方法柏思忠一种λ型互相关时差法超声波流量检测方法UltrasonicFlowDetectionUsingLambdaTypeCross-correlationTimeDifferenceMethod柏思忠(中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039)摘要:对超声波气体流量检测主流方法(Z型时差法、V型时差法和平行相关法)的优缺点进行了分析,提出了一种λ型互相关时差法超声波流量检测方法。该方法采用两对换能器,一对垂直中轴线安装,另一对与中轴线成θ角安装。同侧换能器同时在相同介质中发射相同波形,传播不同行程后查找互相关性,
2、计算相对时差,根据顺流和逆流时差计算流速和流量。试验表明,λ型检测方法的示值相对误差小于0.05%,是一种精度高、简单、实用的超声波流量检测方法。关键词:超声波流量计检测时差法平行相关法仪器仪表气体传播速度信号衰减中图分类号:TP216;TH86文献标志码:ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201602021Abstract:Ztypetimedifferencemethod,V-typetimedifferencemethodandparallelcorrelationmethodarethemainstreammeth
3、odsforultrasonicgasflowdetection,theadvantagesanddisadvantagesofthesemethodsareanalyzed,andtheLambdatypecross-correlationtimedifferencemethodisproposed.Twopairsoftransducersareinstalledinthismethod,oneisverticallytothecentralaxis,andoneisinangleofθwiththecentralaxis.Thetransducersa
4、tthesamesideemitsamewaveformsinthesamemedium,atthesametime,andsearchcross-correlationafterpropagatingdifferentstroke.Therelativetimedifferenceiscalculated;inaccordancewiththetimedifferenceofdownstreamandupstream,theflowvelocityandflowarecalculated.Thetestsindicatethattherelativeerr
5、orofindicationusingLambdatypedetectionmethodislessthan0.05%,thusthisisahighaccurate,simpleandappliedultrasonicflowdetectionmethod.Keywords:UltrasonicFlowmeterMeasurementTime-differencemethodParallelcorrelationmethodInstrumentationGasTransmissionspeedSignalattenuation0引言1λ型理论模型[1-2]
6、超声波气体流量计的起源可以追溯到20世纪1.1λ型安装模型70年代,其凭借准确度高、重复性好、无可动部件、本体在过管道中轴线的同一平面(实际上AB和CD两无压损和适合于大口径、大流量计量等优点异军突起。条中心连线只需要和管道中轴线相交,可以不在同一在工业应用中较为广泛的超声波气体流量主流检测方平面上),共安装有4只收发一体超声波换能器,管道[3-5][6][7]法分别是Z型时差法、V型时差法和平行相关剖面图如图1所示。两对超声波换能器安装形状如字[8][9]法。Z型时差法的优点是具有信号检测功能、安装简母“λ”,A、B为一对,C、D为一对。A、B分别垂直于各
7、单等;缺点是测量对象是绝对时间,电路延时、接收波形判自管壁,AB中心连线交叉且垂直于管道中轴线安装,决、杂质、环境干扰和电磁辐射等因素都会影响测量精度。C、D分别与管壁成θ角。AC中心距为d1,BD中心距[10]V型时差法具有单侧安装、行程长等优点;但具有要为d2,CD中心连线与管道中轴线交叉且成θ角(0°<求管壁内侧光滑、信号衰减大、管道壁厚形成偏差等缺θ<180°且θ≠90°)安装。[11]点。平行相关法的优点是不受电路延时、相同干扰的影响;缺点是接收端对信号幅度敏感、工作持续时间[12-13]长、功耗大。针对这三种主要的测量方法,提出了一种结合三种方法
8、优点的λ型互相关时差法。国家“十二五”科技支撑基金资