大管径超声波煤气流量计的研制

　　1测量原理

　　大管径超声波煤气流量计的工作原理可以简述如下:超声波煤气流量计是在测量超声波在煤气管道中的传播速度的原理基础上发展起来的。煤气在管道中的流速，与超声波在煤气管道中顺流和逆流之间的传播速度差存在着线性关系。只要分别在顺流方向和逆流方向上测量出超声波在管道内部的传播速度，就可以通过计算得出煤气的流速。煤气的流量则可以通过对煤气的流速和煤气管道的截面积进行计算，以及用温度和压力进行校正后得到。

　　图1表示大管径超声波煤气流量计的工作原理。在煤气管道中斜装一对超声波探头，两个超声波探头之间的距离为超声波的传播声程。煤气管道与超声波探头的联接是由截止阀来实现的。截止阀的作用为:在安装超声波探头时，可将截止阀关闭，防止管道内煤气泄漏;当超声波探头安装完毕，打开截止阀，两个超声波探头之间的声道就畅通了，这时超声波煤气流量计就可以正常工作了。

　　超声波在两个探头之间的煤气管道内的顺流传播时间t，和逆流传播时间t。分别为

　　式中。为超声波在煤气中的传播速度;V为煤气在管道中的流速;0为超声波在煤气管道中的

　　传播距离L与管道轴线之间的夹角。

　　由公式(1)和公式(2)，求得管道内煤气的平均流速为

　　由公式(3)可以看出，管道内煤气的平均流速与超声波在煤气管道内顺流传播速度和逆流传播速度之间的速度差(L/t，一L/t。)有关。只要精确测出顺流传播时间t:和逆流传播时间t。，即可计算出煤气的流速。

　　2基本配置

　　大管径超声波煤气流量计方框图如图2所示，主要由一台微处理器来进行监控和测量。微处理器的内部与外部的联系是通过一个双向接口来实现的，其它附属设备包括:LCD液晶显示器、RS一232数据发送器、4一20mA信号输出器、换向开关、超高速计时器、窄脉冲发生器、延时器、闸门触发器、超声波发生器、接收放大器、电平转换器、整形器、和非介入式收发两用型超声波探头等。

　　该系统测量煤气流速的灵敏度阂为0.01m/s，可用于有效测量的煤气流速的变化范围从0到60m/S，可用于有效测量的煤气管道的管径大小范围从50到3000mm，煤气流量的测量精度优于2%。

　　3工作方式

　　大管径超声波煤气流量计的工作波形如图所示。微处理器通过一个用于数据收发的双向接口，输出周期为100ms，宽度为0.2拼S的初始化信号(图3a)。初始化信号分别被送往窄脉冲发生器、延时器和超高速计时器，进行超声波煤气流量计的初始化操作。