一种超声波水表及其时间差计算方法与流程

本发明涉及一种超声波水表，属于计量仪表。本发明还涉及上述超声波水表的时间差计算方法。

背景技术：

1、超声波水表是通过上下游换能器接收传播信号的时间差来计算流速。目前超声波水表应用越来越广泛。超声波水表相对传统机械水表具有计量精度高、无机械器件磨损、使用寿命长等优势。目前超声波水表采用的超声波传播路径主要有u型反射、w型反射、对射式等方式，上述反射方式受压损、环境等因素的影响，存在分辨率低的问题，流场波动时易导致数据采集异常，从而影响测量精度。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种分辨率高、测量精度高的超声波水表。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种超声波水表，包括计量管段、设置在计量管段内上部的第一换能器和第二换能器、设置在上部壳体内的采集与控制模块，其特征是：所述计量管段内设置有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，第二反射镜设置在第一换能器和第二换能器对侧的计量管段的内壁上，且第二反射镜位于第一换能器和第二换能器之间的中心线处，第一反射镜和第三反射镜对称设置在第一换能器和第二换能器的外侧方，且第一反射镜与第一换能器之间呈30°-60°布置，第三反射镜与第二换能器之间呈30°-60°布置，第一换能器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第二换能器之间构成菱形反射声路。

3、进一步的，第一反射镜与第一换能器之间呈45°布置，第三反射镜与第二换能器之间呈45°布置。

4、进一步的，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜均为304不锈钢。

5、本发明还提供了一种上述的超声波水表的时间差计算方法，其采用的技术方案是：

6、超声波信号在第一换能器和第二换能器之间传播的时间差△t按如下公式计算得出：

7、上游发送端至下游接收端的时间tup：

8、tup = (l1*cosθ+l2*cosβ+l3*cosβ+l4*cosθ)/(c + v)

9、下游发送端至上游接收端的时间tdown:

10、tdown = (l1*cosθ+l2*cosβ+l3*cosβ+l4*cosθ)/(c - v)

11、△t = tdown – tup；

12、式中，l1为第一换能器与第一反射镜中心点的间距，l2为第一反射镜与第二反射镜中心点的间距，l3为第二反射镜与第三反射镜中心点的间距，l4为第三反射镜与第二换能器中心点的间距，θ、β分别为超声波在第一换能器与第一反射镜间及在第三反射镜与第二换能器间的入射角度和反射角度，c为超声波在水中的传播速度，v为水流速度。

13、进一步的，采集与控制模块通过测得的超声波信号的逆流时间和顺流时间的时间差△t来判断水流的方向，进而判断水表是否装反并进行报警。

14、本发明的有益效果是：本发明的超声波水表采用菱形超声波反射声路，相比常规反射声路，菱形反射声路的声程长，分辨率高，采集模块收集到的时间差数据受外部环境影响较小，可以提高测量精度，同时较高的分辨率，也使得反响流量检测范围小于流量检定标准量q3，可以扩大水表的测量范围，相较于传统的超声波水表具有更广的测量范围，并且本发明中采集的超声波信号在上游换能器和下游换能器之间传播的时间差数据为真实声路长度计算得到的值，可以对信号进行纠偏，即使在信号吹偏工况下，时间差计算时也能将吹偏角度考虑其中，能有效解决声路传输中信号容易被吹偏的问题。此外，当表计反向安装时，本发明还可以根据所测得超声波的顺流和逆流时间，能够快速判定出水流的方向，并在采集与控制模块上提示反向安装报警。

技术特征：

1.一种超声波水表，包括计量管段（5）、设置在计量管段（5）内上部的第一换能器（11）和第二换能器（4）、设置在上部壳体（1）内的采集与控制模块，其特征是：所述计量管段（5）内设置有第一反射镜（10）、第二反射镜（8）、第三反射镜（6），第二反射镜（8）设置在第一换能器（11）和第二换能器（4）对侧的计量管段（5）的内壁上，且第二反射镜（8）位于第一换能器（11）和第二换能器（4）之间的中心线处，第一反射镜（10）和第三反射镜（6）对称设置在第一换能器（11）和第二换能器（4）的外侧方，且第一反射镜（10）与第一换能器（11）之间呈30°-60°布置，第三反射镜（6）与第二换能器（4）之间呈30°-60°布置，第一换能器（11）、第一反射镜（10）、第二反射镜（8）、第三反射镜（6）、第二换能器（4）之间构成菱形超声波反射声路。

2.根据权利要求1所述的超声波水表，其特征是：第一反射镜（10）与第一换能器（11）之间呈45°布置，第三反射镜（6）与第二换能器（4）之间呈45°布置。

3.根据权利要求1或2所述的超声波水表，其特征是：第一反射镜（10）、第二反射镜（8）、第三反射镜（6）均为304不锈钢。

4.一种权利要求1-3任一所述的超声波水表的时间差计算方法，其特征是：

5.根据权利要求4所述的超声波水表的时间差计算方法，其特征是：采集与控制模块通过测得的超声波信号的逆流时间和顺流时间的时间差△t来判断水流的方向，进而判断水表是否装反并进行报警。

技术总结本发明公开了一种超声波水表及其时间差计算方法，属于计量仪表技术领域。其包括计量管段、设置在计量管段内上部的第一换能器和第二换能器、设置在上部壳体内的采集与控制模块，其特征是：所述计量管段内设置有第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜，第二反射镜设置在第一换能器和第二换能器对侧的计量管段的内壁上，且第二反射镜位于第一换能器和第二换能器之间的中心线处，第一反射镜和第三反射镜对称设置在第一换能器和第二换能器的外侧方，且第一反射镜与第一换能器之间呈30°‑60°布置，第三反射镜与第二换能器之间呈30°‑60°布置，第一换能器、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第二换能器之间构成菱形反射声路。技术研发人员：吕成龙,于金龙,徐卫敬,杨硕,温德峰受保护的技术使用者：青岛积成电子股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/5