用于双层管的超声波流量测量方法与流程

1.本发明涉及核电厂双层管流速测量技术领域，尤其涉及一种用于双层管的超声波流量测量方法。


背景技术：

2.基于时差法的超声波流量计原理，该超声波测量的原理在于，当超声波束在液体介质中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，并且其传播时间的变化正比于液体的流速。
3.θ为声束与液体流动方向的夹角；l为路径长度；d为管道内径；c为流体介质中超声波的传输速度(为未知量)；v
p
为超声波路径方向的流体速度(为未知量)；v为流体介质在轴向的流速(v＝v
p
/cosθ)；t
up
为声束在正方向上的传播时间(为测量量)；t
dn
为声束在逆方向上的传播时(为测量量)。
4.t
up
＝l/(c-v
p
)
5.t
dn
＝l/(c+v
p
)
[0006]vp
＝(t
up-t
dn
)/(t
up
*t
dn
)*(l/2)
[0007]
c＝(t
up
+t
dn
)/(t
up
*t
dn
)*(l/2)
[0008]
知道v之后，以及已知的管道半径和密度等参数,可以进一步求得流量。
[0009]
基本配置的超声波流量计的传感器有2只，在工作时，2只传感器互相发射、接收超声波信号。该2只传感器分为上游传感器探头以及下游传感器探头，通过数字处理技术以及时差探测法，测量出流体流速对超声波信号传输时间产生的影响，如图1所示。
[0010]
双层管道是指有两层相互隔离的流体的管道，结构形式包括并不限于圆形双层套管、平板型双层管道。对双层套管中内管的流量测量存在很大困难，传统的压差式流量计存在的困难在于，不便于将探头贯穿外管后插入内管。传统的超声波流量计存在的困难在于，探头无法直接紧贴内管外壁面，因此传统的方法和装置不可用。
[0011]
无论是单管还是双层管，由于多种原因：
①
靠近管壁面受到管壁摩擦效应影响、
②
流体湍流影响等，管内各处位置上的流速实际会有差异，如果能在轴向上布置更多的管，然后通过一定的算法，可以得到更加精确的流速结果。


技术实现要素：

[0012]
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于双层管中内管流量的超声波测量装置及其方法。
[0013]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于双层管的超声波流量测量方法，所述双层管具有外管和内管，流体在所述外管与所述内管之间流动以及在所述内管内流动，其包括：
[0014]
将用于双层管中内管流量的超声波测量装置安装在双层管上，其中，所述超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；
[0015]
分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；
[0016]
利用所述时间差和多对外管传感器探头，分别计算出每对外管传感器探头对应的流体流速；
[0017]
采用算法，根据得出的每对外管传感器探头对应的流体流速,得出外管的流速分布函数；
[0018]
首先得出每对全管传感器探头的信号在外管的传播时间，算出信号在内管的传播时间，得出每对全管传感器探头对应的内管的流体流速。
[0019]
在一些实施例中，所述用于双层管中内管流量的超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；
[0020]
每对所述外管传感器探头分别设于所述外管外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管的上游位置和下游位置，其相互使用第一超声波信号传播，其中一个所述外管传感器探头朝另外一个所述外管传感器探头发出的第一超声波信号的传播路径为第一信号路径，所述第一信号路径仅穿过所述外管而不穿过所述内管。
[0021]
在一些实施例中，每对所述全管传感器探头分别设于所述外管外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管的上游位置和下游位置，其相互使用第二超声波信号传播，其中一个所述全管传感器探头朝另外一个所述全管传感器探头发出的第二超声波信号的传播路径为第二信号路径，所述第二信号路径同时穿过所述外管和所述内管。
[0022]
在一些实施例中，每对所述外管传感器探头分为第一外管元件以及第二外管元件，所述第一外管元件朝向所述第二外管元件发出的第一超声波信号的传播路径形成第一外管信号通道，所述第二外管元件朝向所述第一外管元件发出的第一超声波信号的传播路径形成第二外管信号通道；
[0023]
所述第一外管信号通道与所述第二外管信号通道方向相反且互相平行。
[0024]
在一些实施例中，每对所述全管传感器探头分为第一全管元件以及第二全管元件，所述第一全管元件朝向所述第二全管元件发出的第二超声波信号的传播路径形成第一全管信号通道，所述第二全管元件朝向所述第一全管元件发出的第二超声波信号的传播路径形成第二全管信号通道；
[0025]
所述第一全管信号通道与所述第二全管信号通道方向相反且互相平行。
[0026]
在一些实施例中，对于每对所述外管传感器探头，根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得到流体在外管与内管之间沿着轴向流向的速度：
[0027]
t
外up
＝l
外
/(c
外-v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]
t
外dn
＝l
外
/(c
外
+v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0029]v外
＝(t
外up-t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀ
(3)
[0030]c外
＝(t
外up
+t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0031]v外-轴
＝v
外
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]
式中：
[0033]
l
外
为双层管的外管直径；
[0034]c外
为外管与内管之间流体中超声波信号的传输速度；
[0035]v外
为流体在外管与内管之间沿声波方向的流速分量；
[0036]
t
外up
为第一超声波信号在第一外管信号通道上的传播时间；
[0037]
t
外dn
为第一超声波信号在第二外管信号通道上的传播时间；
[0038]v外-轴
为流体在外管与内管之间沿着轴向流向的速度；
[0039]
θ为第一外管元件的超声波作用面与第一外管信号通道形成的夹角。
[0040]
在一些实施例中，根据三对所述外管传感器探头计算出流体在外管与内管之间沿着轴向流向的速度，得到三个流体流速：v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
；
[0041]
根据三个所述流体流速：v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
，拟合得出流速分布函数，所述流速分布函数为v
外-轴
＝v
外-轴
(x)，所述流速分布函数含义为：在外管中流体轴向速度沿着半径方向位置的大小，即推算出半径方向上每个位置的数值。
[0042]
在一些实施例中，基于夹角θ计算得到v
外
＝v
外
(x)。
[0043]
在一些实施例中，对于每对所述全管传感器探头，根据公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)以及公式(10)计算得到流体在内管中沿着轴向流向的速度：
[0044][0045][0046]
t
全-up-t
全-外up
＝l
内
/(c
全-内-v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0047]
t
全-dn-t
全-外dn
＝l
内
/(c
全-内
+v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0048]v全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0049]
式中：
[0050]c全-外
为外管与内管之间流体中第一超声波信号的传输速度，因为该速度不会由于探头位置有区别，所以等于c
外
；
[0051]v外
(x)为流体在外管与内管之间沿声波方向的流速分量的随位置变化函数；
[0052]
dl
外-内
为外管与内管之间的距离，为已知量；
[0053]
t
全-up
为第二超声波信号在第一全管信号通道上的传播总时间，为测量得到的已知量；
[0054]
t
全-外up
为第二超声波信号在第一全管信号通道上的外管与内管之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；
[0055]
t
全-dn
为第二超声波信号在第二全管信号通道上的传播总时间，为测量得到的已知量；
[0056]
t
全-外dn
为第二超声波信号在第二全管信号通道上的外管与内管之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；
[0057]
l
内
为双层管的内管直径，为已知量；
[0058]c全-内
为流体在内管中第二超声波信号的传输速度；
[0059]c全-外
为在外管与内管之间流体中第二超声波信号的传输速度，其数值等于c
外
；
[0060]v全-内
为流体在内管中沿声波方向的流速分量；
[0061]v全-内-轴
为流体在内管中沿着轴向流向的速度；
[0062]
其中，根据所述公式(8)和所述公式(9)可以求得c
全-内
和v
全-内
；然后求得v
全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ。
[0063]
在一些实施例中，所述外管传感器探头的数量为三对，所述全管传感器探头的数量为一对，最终通过计算得到v
全-内-轴
。
附图说明
[0064]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，应当理解地，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他相关的附图。附图中：
[0065]
图1是现有技术中的基于时差法的超声波流量计的原理示意图；
[0066]
图2是本发明一些实施例中的用于双层管的超声波流量测量装置的原理示意图；
[0067]
图3是本发明一些实施例中的用于双层管的超声波流量测量装置的侧视结构示意图；
[0068]
图4是本发明一些实施例中的用于双层管的超声波流量测量装置的探头分布示意图；
[0069]
图5是本发明一些实施例中的通过多点流速拟合得到外管中流体流速的分布函数示意图。
具体实施方式
[0070]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。
[0071]
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0072]
请参阅图2至图4，是本发明一些实施例中的一种用于双层管的超声波流量测量装置示意图，目前在核电厂中，很多小型反应堆的主管道都采用了双层管的设计，以节省布置空间、简化结构，相当于耦合了传统的热管段和冷管段，该用于双层管的超声波流量测量方法能精确计算出该双层管内部不同处的流体流速，且测量精度高。
[0073]
在本实施例中，该双层管100呈圆形，且其具有外管11和内管12，流体在外管11与内管12之间流动以及在内管12中流动。该用于双层管的超声波流量测量方法包括步骤：
[0074]
步骤s1：将用于双层管中内管流量的超声波测量装置安装在双层管上，其中，超声
波测量装置包括若干对外管传感器探头21以及若干对全管传感器探头22；
[0075]
步骤s2：分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；
[0076]
步骤s3：利用时间差和多对外管传感器探头21，分别计算出每对外管传感器探头21对应的流体流速；
[0077]
步骤s4：采用算法，根据步骤s3得出的每对外管传感器探头21对应的流体流速，得出外管11的流速分布函数；
[0078]
步骤s5：首先得出每对全管传感器探头22的信号在外管的传播时间，算出信号在内管12的传播时间，得出每对全管传感器探头22对应的内管的流体流速。
[0079]
如图2所示，在本实施例中，该下游位置指向上游位置的方向与流体在外管11和内管12之间的流动方向一致，内管12中流体的流动方向和流体在外管11和内管12之间的流动方向相反。
[0080]
每对外管传感器探头21分别设于外管11外壁面周端的相对两侧，且分别配置于外管11的上游位置和下游位置，其相互使用第一超声波信号211传播，其中一个外管传感器探头21朝另外一个外管传感器探头21发出的第一超声波信号211的传播路径为第一信号路径212，第一信号路径212仅穿过外管11而不穿过内管12。
[0081]
每对全管传感器探头22分别设于外管11外壁面周端的相对两侧，且分别配置于外管11的上游位置和下游位置，其相互使用第二超声波信号221传播，以使每对全管传感器探头22发出的第二超声波信号221能穿透内外管11。其中一个全管传感器探头22朝另外一个全管传感器探头22发出的第二超声波信号221的传播路径为第二信号路径222，第二信号路径222同时穿过外管11和内管12。
[0082]
可以理解地，如果在管道轴向上只设置一组测量通道即设置多个探头，则代表仅测量了该探头对应路径上的流速。实际上，管道径向上存在流速场，径向上不同位置的流速可能存在差异性，特别是靠近管道壁面的位置，由于管道摩擦效应，流速会更低。为了提升整个管流量的测量精度，可以在径向上设置多组测量通道即设置多组探头，然后通过算法(如拟合函数)得到更加精确的整个管道的流量。如图4所示，在本实施例中，以三对外管传感器探头21以及一对全管传感器探头22进行计算，实际上组数越多，拟合得到的流量曲线更加精确，得到的流量结果也更加精确，本实施例也可以采用更多的组数。
[0083]
特别地，超声波是一种波长极短的机械波，在空气中波长一般短于2cm，超声波在传播时，波长短，具有各向异性，能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离，能产生反射、干涉和叠加现象。该用于双层管的超声波流量测量方法可以实现双层管100流量的非贯穿式测量，且该测量精度高，测量方式方便。
[0084]
如图3所示，每对外管传感器探头21分为第一外管元件213以及第二外管元件214，第一外管元件213朝向第二外管元件214发出的第一超声波信号211的传播路径形成第一外管信号通道215，第二外管元件214朝向第一外管元件213发出的第一超声波信号211的传播路径形成第二外管信号通道216，第一外管信号通道215与第二外管信号通道216方向相反且互相平行。
[0085]
每对全管传感器探头22分为第一全管元件223以及第二全管元件224，第一全管元件223朝向第二全管元件224发出的第二超声波信号221的传播路径形成第一全管信号通道225，第二全管元件224朝向第一全管元件223发出的第二超声波信号221的传播路径形成第
二全管信号通道226，第一全管信号通道225与第二全管信号通道226方向相反且互相平行。
[0086]
可以理解地，第一外管信号通道215与第二外管信号通道216方向相反且互相平行，且第一全管信号通道225与第二全管信号通道226方向相反且互相平行，形成了探头之间发射信号的双向通道，即使在流速在中心部与端部之间不同的情况、发生流心向上下左右偏离的偏流、紊流等的情况下，也能抑制测定精度的降低。
[0087]
进一步地，在步骤s3中，对于每对外管传感器探头21，根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得到流体在外管11与内管12之间沿着轴向流向的速度：
[0088]
t
外up
＝l
外
/(c
外-v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0089]
t
外dn
＝l
外
/(c
外
+v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0090]v外
＝(t
外up-t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀ
(3)
[0091]c外
＝(t
外up
+t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0092]v外-轴
＝v
外
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0093]
式中：
[0094]
l
外
为双层管100的外管11直径；
[0095]c外
为外管11与内管12之间流体中第一超声波信号211的传输速度；
[0096]v外
为流体在外管11与内管12之间沿声波方向的流速分量；
[0097]
t
外up
为第一超声波信号211在第一外管信号通道215上的传播时间；
[0098]
t
外dn
为第一超声波信号211在第二外管信号通道216上的传播时间；
[0099]v外-轴
为流体在外管11与内管12之间沿着轴向流向的速度；
[0100]
θ为第一外管元件213的超声波作用面与第一外管信号通道215形成的夹角。
[0101]
这样，根据三对外管传感器探头21计算出流体在外管11与内管12之间沿着轴向流向的速度，得到三个流体流速：v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
。
[0102]
如图5所示，根据已知的三个位置的数值(v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
)拟合得出流速分布函数，流速分布函数为v
外-轴
＝v
外-轴
(x)，该函数含义为：在外管中流体轴向速度沿着半径方向位置的大小，即推算出半径方向上每个位置的数值。进一步的，基于夹角θ进一步可求得v
外
＝v
外
(x)。在步骤s3中，本案例采用了3对外管传感器探头21，如果采用更多对外管传感器探头21，可以得到更加精确的流速分布函数。
[0103]
对于每对全管传感器探头22，根据公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)以及公式(10)计算得到流体在内管12中沿着轴向流向的速度：
[0104][0105][0106]
t
全-up-t
全-外up
＝l
内
/(c
全-内-v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0107]
t
全-dn-t
全-外dn
＝l
内
/(c
全-内
+v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0108]v全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0109]
式中：
[0110]v外
(x)为流体在外管11与内管12之间沿声波方向的流速分量的随位置变化函数，
在步骤s4中已经求得；
[0111]
l
外-内
为外管11与内管12之间的距离，为已知量；
[0112]
t
全-up
为第二超声波信号221在第一全管信号通道225上的传播总时间，为测量得到的已知量；
[0113]
t
全-外up
为第二超声波信号221在第一全管信号通道225上的外管11与内管12之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；
[0114]
t
全-dn
为第二超声波信号221在第二全管信号通道226上的传播总时间，为测量得到的已知量；
[0115]
t
全-外dn
为第二超声波信号221在第二全管信号通道226上的外管11与内管12之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；
[0116]
l
内
为双层管100的内管12直径，为已知量；
[0117]c全-内
为流体在内管12中第二超声波信号221的传输速度；
[0118]c全-外
为在外管11与内管12之间流体中第二超声波信号221的传输速度，因为该速度不会由于探头位置有区别，其数值等于c
外
，后者已经在步骤s3已经求得；
[0119]v全-内
为流体在内管12中沿声波方向的流速分量；
[0120]v全-内-轴
为流体在内管12中沿着轴向流向的速度；
[0121]
公式(6)和公式(7)为微分方程，求解该微分方程，可以得到t
全-外up
和t
全-外dn
，然后根据上述方程(8)和(9)可以求得c
全-内
和v
全-内
；然后求得v
全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ。
[0122]
进一步地，该外管传感器探头21的数量为三对，全管传感器探头22的数量为一对，最终得到v
全-内-轴
。如果沿径向设置更多对的全管传感器探头22，对于这些新增探头，每对均同样采用步骤s5的方法，可以得到沿径向的多个位置的v
全-内-轴
，进而进一步通过拟合函数得到内管中沿径向的流速函数，即得到更加精确的流速分布数值。
[0123]
可以理解地，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

技术特征：
1.一种用于双层管的超声波流量测量方法，所述双层管(100)具有外管(11)和内管(12)，流体在所述外管(11)与所述内管(12)之间流动以及在所述内管(12)内流动，其特征在于，包括：将超声波测量装置安装在双层管上，其中，所述超声波测量装置包括若干对外管传感器探头(21)以及若干对全管传感器探头(22)；分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；利用所述时间差和多对所述外管传感器探头(21)，分别计算出每对所述外管传感器探头(21)对应的流体流速；采用算法，根据得出的每对所述外管传感器探头(21)对应的流体流速，得出所述外管(11)的流速分布函数；首先得出每对所述全管传感器探头(22)的信号在外管(11)的传播时间，算出信号在所述内管(12)的传播时间，得出每对所述全管传感器探头(22)对应的内管的流体流速。2.根据权利要求1所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述外管传感器探头(21)分别设于所述外管(11)外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管(11)的上游位置和下游位置，其相互使用第一超声波信号(211)传播，其中一个所述外管传感器探头(21)朝另外一个所述外管传感器探头(21)发出的第一超声波信号(211)的传播路径为第一信号路径(212)，所述第一信号路径(212)仅穿过所述外管(11)而不穿过所述内管(12)。3.根据权利要求2所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述全管传感器探头(22)分别设于所述外管(11)外壁面周端的相对两侧，且分别配置于所述外管(11)的上游位置和下游位置，其相互使用第二超声波信号(221)传播，其中一个所述全管传感器探头(22)朝另外一个所述全管传感器探头(22)发出的第二超声波信号(221)的传播路径为第二信号路径(222)，所述第二信号路径(222)同时穿过所述外管(11)和所述内管(12)。4.根据权利要求3所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述外管传感器探头(21)分为第一外管元件(213)以及第二外管元件(214)，所述第一外管元件(213)朝向所述第二外管元件(214)发出的第一超声波信号(211)的传播路径形成第一外管信号通道(215)，所述第二外管元件(214)朝向所述第一外管元件(213)发出的第一超声波信号(211)的传播路径形成第二外管信号通道(216)；所述第一外管信号通道(215)与所述第二外管信号通道(216)方向相反且互相平行。5.根据权利要求4所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，每对所述全管传感器探头(22)分为第一全管元件(223)以及第二全管元件(224)，所述第一全管元件(223)朝向所述第二全管元件(224)发出的第二超声波信号(221)的传播路径形成第一全管信号通道(225)，所述第二全管元件(224)朝向所述第一全管元件(223)发出的第二超声波信号(221)的传播路径形成第二全管信号通道(226)；所述第一全管信号通道(225)与所述第二全管信号通道(226)方向相反且互相平行。6.根据权利要求5所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，对于每对所述外管传感器探头(21)，根据公式(1)、公式(2)、公式(3)、公式(4)以及公式(5)计算得到流体在外管(11)与内管(12)之间沿着轴向流向的速度：
t
外up
＝l
外
/(c
外-v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)t
外dn
＝l
外
/(c
外
+v
外
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)v
外
＝(t
外up-t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀ
(3)c
外
＝(t
外up
+t
外dn
)/(t
外up
*t
外dn
)*(l
外
/2)
ꢀꢀꢀ
(4)v
外-轴
＝v
外
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：l
外
为双层管(100)的外管(11)直径；c
外
为外管(11)与内管(12)之间流体中第一超声波信号(211)的传输速度；v
外
为流体在外管(11)与内管(12)之间沿声波方向的流速分量；t
外up
为第一超声波信号(211)在第一外管信号通道(215)上的传播时间；t
外dn
为第一超声波信号(211)在第二外管信号通道(216)上的传播时间；v
外-轴
为流体在外管(11)与内管(12)之间沿着轴向流向的速度；θ为第一外管元件(213)的超声波作用面与第一外管信号通道(215)形成的夹角。7.根据权利要求6所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，根据三对所述外管传感器探头(21)计算出流体在外管(11)与内管(12)之间沿着轴向流向的速度，得到三个流体流速：v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
；根据三个所述流体流速：v
外1-轴
、v
外2-轴
、v
外3-轴
，拟合得出流速分布函数，所述流速分布函数为v
外-轴
＝v
外-轴
(x)，所述流速分布函数含义为：在外管(11)中流体轴向速度沿着半径方向位置的大小，即推算出半径方向上每个位置的数值。8.根据权利要求7所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，基于夹角θ计算得到v
外
＝v
外
(x)。9.根据权利要求8所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，对于每对所述全管传感器探头(22)，根据公式(6)、公式(7)、公式(8)、公式(9)以及公式(10)计算得到流体在内管(12)中沿着轴向流向的速度：流体在内管(12)中沿着轴向流向的速度：t
全-up-t
全-外up
＝l
内
/(c
全-内-v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)t
全-dn-t
全-外dn
＝l
内
/(c
全-内
+v
全-内
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)v
全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中：v
外
(x)为流体在外管(11)与内管(12)之间沿声波方向的流速分量的随位置变化函数；l
外-内
为外管(11)与内管(12)之间的距离，为已知量；t
全-up
为第二超声波信号(221)在第一全管信号通道(225)上的传播总时间，为测量得到的已知量；t
全-外up
为第二超声波信号(221)在第一全管信号通道(225)上的外管(11)与内管(12)之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；
t
全-dn
为第二超声波信号(221)在第二全管信号通道(226)上的传播总时间，为测量得到的已知量；t
全-外dn
为第二超声波信号(221)在第二全管信号通道(226)上的外管(11)与内管(12)之间的传播时间，通过公式(6)和公式(7)得出；l
内
为双层管(100)的内管(12)直径，为已知量；c
全-内
为流体在内管(12)中第二超声波信号(221)的传输速度；c
全-外
为在外管(11)与内管(12)之间流体中第二超声波信号(221)的传输速度，其数值等于c
外
；v
全-内
为流体在内管(12)中沿声波方向的流速分量；v
全-内-轴
为流体在内管(12)中沿着轴向流向的速度；其中，根据所述公式(8)和所述公式(9)可以求得c
全-内
和v
全-内
；然后求得v
全-内-轴
＝v
全-内
/cosθ。10.根据权利要求9所述的用于双层管的超声波流量测量方法，其特征在于，所述外管传感器探头(21)的数量为三对，所述全管传感器探头(22)的数量为一对，最终通过计算得到v
全-内-轴
。

技术总结
本发明公开一种用于双层管的超声波流量测量方法，其包括：将用于双层管中内管流量的超声波测量装置安装在双层管上，其中，超声波测量装置包括若干对外管传感器探头以及若干对全管传感器探头；分别测出超声波信号在各自通道上的到达时间差；利用时间差和多对外管传感器探头，分别计算出每对外管传感器对应的流体流速；采用算法，得出外管的流速分布函数；首先得出每对全管传感器的信号在外管的传播时间，算出信号在内管的传播时间，得出每对全管传感器对应的内管的流体流速。该用于双层管的超声波流量测量方法可通过算法得到更加精确的整个管道的流量，可以实现双层管流量的非贯穿式测量，且该测量精度高，测量方式方便。测量方式方便。测量方式方便。


技术研发人员：杨江 石秀安 杨珏 李曦 王绪霄 方宇坤
受保护的技术使用者：中国广核集团有限公司 中国广核电力股份有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/21