CN101046400A - 流率测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种流率测量装置(10)，包括：壳体(12)，该壳体具有通道(26)以便将液体供给到其中；和一对检测段(16a，16b)，该检测段设置在壳体(12)的两端并且包括能够发送和接收声波信号的声波发送/接收部件(14)。盖部件(40)安装在每个检测段(16a，16b)上，其中盖部件(40)面向壳体(12)中的通道(26)。朝向通道(26)扩张的弯曲表面(46)分别设置在盖部件(40)的端部上。
Description
技术领域
本发明涉及一种流率测量装置，用于根据声波经由液体传播时获得的传播速度差值来检测液体流率。
背景技术
到目前为止已知的流率测量装置例如包括：一对发送/接收单元，该发送/接收单元布置在流体流过的管道的上游侧和下游侧，其中从一个发送/接收单元发送的超声波由管道的内壁表面反射，并且所述超声波由另一个发送/接收单元接收，以便根据超声波传播速度的差值来测量流体流率的流速。
如图7中所示，这种流率测量装置1包括测量管道4，该测量管道包括用于供给液体的供给管道2和用于排放液体的排放管道3。第一测量头5设置在测量管道4的一端，第二测量头6设置在测量管道4的另一端。所述第一和第二测量头5、6在其中具有换能器，所述换能器起声波发送器或者声波接收器的作用。例如，从第一测量头5发送一个脉动声波信号，用作声波接收器的第二测量头6接收该声波信号。随后，转换第一测量头5以便起接收器的作用，从而接收从第二测量头6发送的声波信号(参见公开号为7-83715的日本公开专利)。
在公开号为7-83715的日本公开专利中公开的常规技术的情况下，当液体中含有气泡时，这些气泡附着到测量管道4的内壁表面上，所述测量管道与第一和第二测量头5、6相对地设置。气泡7抑制声波信号的传播，使得第一和第二测量头5、6不可能精确地接收声波信号。因此，很难根据声波信号准确地测量液体的流率。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种流率测量装置，其中声波信号可以可靠地传播，因此能够根据由检测段(detecting section)检测到的声波信号来高精确度地测量液体流率。
从下面的结合附图的说明中，本发明的上述及其他目的、特征和优点将变得显而易见，附图中通过例证性实例示出本发明的优选实施例。
附图说明
图1是图示根据本发明第一实施例的整体的流率测量装置的纵向截面图；
图2是图示设置在图1中所示的流率测量装置的测量段附近的所述实施例的元件的放大截面图；
图3是图示测量段与图1中所示的流率测量装置脱离接合的状态的放大的纵向截面图；
图4是图示根据本发明第二实施例的整体的流率测量装置的纵向截面图；
图5是图示设置在图4中所示的流率测量装置的测量段附近的所述实施例的元件的放大截面图；
图6是图示测量段与图4中所示的流率测量装置脱离接合的状态的放大的纵向截面图；和
图7是图示常规流率测量装置的纵向截面图。
具体实施方式
参考图1，附图标记10表示根据本发明第一实施例的流率测量装置。
如图1中所示，流率测量装置10包括壳体(外壳)12，该壳体具有用于供给液体，诸如水或化学溶液的通道26，和一对设置在壳体12的相应端部处的一对检测段16a、16b，所述检测段包括能够发送和接收声波信号的声波发送/接收段14。
壳体12包括例如由诸如不锈钢之类的金属材料形成并且具有直线形式的主体段18、基本垂直地连接到主体段18一端的供给段20和基本垂直地连接到主体段18另一端的排放段22。供给段20和排放段22基本平行地设置。所述壳体12不是必须由金属材料形成。可供选择地，壳体12可以由树脂材料形成。
检测段16a、16b连接于其上的连接凸缘24在主体段18的两端形成，所述连接凸缘24在直径上沿径向方向向外扩张。另外，液体流过其中的通道26沿轴向方向穿过主体段18而形成，其中通道26的两端通向外部。提供在直径上扩张的段28a、28b，其在直径上朝向设置在通道26两端附近的部分逐渐扩张。更具体地，所述在直径上扩张的段28a、28b设置在连接凸缘24内，其中检测段16a、16b布置成使得检测段16a、16b面向在直径上扩张的段28a、28b。
沿轴向方向穿过的供给通道30形成于供给段20中。供给通道30与形成于主体段18一侧端的在直径上扩张的段28a连通。另一方面，沿轴向方向穿过的排放通道32形成于排放段22中。排放通道32与形成于主体段18的另一侧端的在径向上扩张的段28b连通。除非说明，供给通道30和排放通道32经由包括一对所述的在直径上扩张的段28a、28b的通道26彼此连通。因此，由未图示出的液体供给源供给到供给通道30的液体经由通道26从排放通道32排出到外部。
装配有管34的装配槽36例如包括分别在供给段20和排放段22各自的端部处形成的管子。圆柱形紧固塞38旋拧到每个端部的外周表面上。也就是说，管34在供给段20和排放段22的各自端部处装配到装配槽36上，然后紧固塞38旋拧到各个端部上，由此所述管34引入到紧固塞38和端部之间，管34紧密地连接到各个供给段20和排放段22。
检测段16a、16b分别设置在壳体12的在直径上扩张的段28a、28b内。检测段16a、16b的每个包括安装成面向壳体12的通道26的盖部件40、布置在所述盖部件40内部的声波发送/接收段14以及连接到主体段18的连接凸缘24并且关闭在直径上扩张的段28a、28b的开口的连接帽44a、44b。
每个盖部件40由具有基本为U形横截面的树脂材料形成。所述盖部件40布置成使得其开口端设置在连接帽44a、44b的侧面上。另外，所述盖部件40布置成使得其形成有底部形状的另一端与通道26相对。以球形形状朝向通道26扩张的弯曲表面46在每个盖部件40的所述另一端形成。如图2中所示，弯曲表面46形成为具有预定半径，其中弯曲表面46面向通道26。所述弯曲表面46在其中心部分处被最大地扩张，所述中心部分设置在通道26的轴线上。
每个声波发送/接收段14例如由板状压电元件构成。所述声波发送/接收段14安装到每个盖部件40的平面的底壁表面40(参见图2)上。一对引线50连接到每个声波发送/接收段14。引线50被引导到连接帽44a、44b的内部，然后引线50经由旋拧到连接帽44a、44b上的密封螺栓52被引导到外部。
连接帽44a、44b形成有底部装配的圆柱形形状。连接帽44a、44b通过多个螺栓(未示出)分别连接到壳体12的连接凸缘24上。装配段54在每个连接帽44a、44b的侧部上形成突起。每个装配段54分别插入壳体12的在直径上扩张的段28a、28b中，以便实现装配。连接到声波发送/接收段14的引线50穿过装配段54的内部。也就是说，声波发送/接收段14通过分别连接到壳体12的连接凸缘24的连接帽44a、44b而被紧密地密封在在直径上扩张的段28a、28b内。当连接帽44a、44b脱离接合时，声波发送/接收段14可以从壳体12上拆除。
安装在装配段54的外周表面上的密封部件56抵靠在在直径上扩张的段28a、28b的内周表面上。因此，在壳体12和连接帽44a、44b之间保持气密条件。
保持引线50的密封螺栓52旋拧到连接帽44a、44b的端部，以便密封连接帽44a、44b的内部。经由所述密封螺栓52被引导到外部的引线50分别连接到未图示的控制单元。由声波发送/接收段14接收的信号经由引线50输出到所述控制单元。
根据本发明第一实施例的流率测量装置10基本上如上述被构造。接下来，将解释其操作、功能以及效果。液体从一个未图示的液体源经由管34到供给通道30而被供给到所述装置，其中液体从供给通道30，经由通道26流动到排放通道32。
在流率测量装置10中，例如声波信号从连接到壳体12一端的检测段16a的声波发送/接收段14发送。所述声波在液体中传播，同时被通道26的内壁表面反射。所述声波信号由连接到壳体12另一端的声波检测段16b接收。在此过程中，所述声波信号沿液体流动的方向(即沿如图1中所示箭头X1的方向)传播。
相反地，声波信号从连接到壳体12另一端的声波检测段16b的声波发送/接收段14发送。所述声波信号由连接到壳体12的一端的检测段16a的声波发送/接收段14接收。在这个过程中，所述声波信号沿液体流动的相反方向(如图1中所示的箭头X2的方向)传播。
基于由声波发送/接收段14接收的声波信号，接收的信号经由引线50输出到未图示的控制单元。根据上述检测信号，基于声波信号沿液体流动方向(箭头X1的方向)传播所用的传播时间T1和声波信号沿与液体流动方向相反的方向(箭头X2的方向)传播所用的传播时间T2，在所述控制单元中计算传播时间差ΔT。液体流速V由传播时间差ΔT计算得出。
在这种布置中，朝向通道26和与通道26相对地扩张的弯曲表面46形成于组成检测段16a、16b的每个盖部件40上。因此，任何包含在液体中的气泡粘附到所述盖部件40上，于是气泡由流动液体挤压。因此，气泡逐渐地沿弯曲表面46径向向外移动。除非说明，可以避免气泡粘附到盖部件40的表面上并覆盖声波发送/接收段14。从盖部件40上移除的气泡可以从排放通道32排出到外部。
因此，由于粘附到盖部件表面的气泡被移除，声波信号的传播不被抑制。因此，可以在流率测量装置10中适当地发送和接收声波信号。结果，可以根据上述声波信号来高度精确地计算液体流率。
通过这种布置，包括声波发送/接收段14的检测段16a、16b安装于在壳体12的两端开口的在直径上扩张的段28a、28b中，其中所述在直径上扩张的段28a、28b由连接帽44a、44b关闭。也就是说，如图3中所示，检测段16a、16b相对于壳体12可拆卸地设置。因此，当调换检测段16a、16b时，可以通过简单的操作，将连接帽44a、44b简单地从壳体12拆卸而执行上述调换。
即使在检测段16a、16b中的一个或两个中发生故障时，仅仅通过调换流率测量装置10的检测段16a、16b中的一个或两个而容易地维修并再次使用流率测量装置10。因此，与必须更换整个流率测量装置10的情况相比，可以降低成本。
另外，盖部件40由树脂材料形成。因此，声波信号可以通过设置在盖部件40内部的声波发送/接收段14而可靠地发送和接收。
接下来，参考图4-6描述根据第二实施例的流率测量装置100。使用相同的附图标记表示那些与上述根据第一实施例的流率测量装置10相同的构件，这些特征的详细解释将被省略。
如图4中所示，根据第二实施例的流率测量装置100与根据第一实施例的流率测量装置10的区别在于，阻尼部件(声波阻断部件)106设置个在组成检测段102a、102b的盖部件104和壳体12的在直径上扩张的段28a、28b之间。在盖部件104的外周表面与在直径上扩张的段28a、28b的内周表面之间设置预定距离的间隙108。
所述阻尼部件106例如由诸如橡胶之类的弹性材料形成，其中所述阻尼部件106具有圆柱体形状。阻尼部件106设置在盖部件104的外周表面和在直径上扩张的段28a、28b的内周表面之间。
阻尼部件106设置成使得其外周表面和内周表面分别与盖部件104和主体段108形成面对面的接触。因此，盖部件104不与壳体12形成直接接触。盖部件104通过介入盖部件104和壳体12之间的阻尼部件106被保持在壳体12中。
如图5中所示，盖部件104的外周直径D1小于在直径上扩张的段28a、28b的组成通道26的部分的内周直径D2(D1＜D2)。预定距离的间隙108设置在盖部件104外周表面和在直径上扩张的段28a、28b的内周表面之间。换言之，盖部件104通过预定距离与在直径上扩张的段28a、28b隔开，从而盖部件104的另一端不与在直径上扩张的段28a、28b形成接触。类似地，声波发送/接收段14的外周直径D3被设计成小于在直径上扩张的段28a、28b的内周直径D2(D3＜D2)。
如上所述，面向在直径上扩张的段28a、28b的间隙108设置在盖部件104和在直径上扩张的段28a、28b之间。因此，防止盖部件104与壳体12形成接触，所述壳体包括通道26和在直径上扩张的段28a、28b。这样，可以避免妨碍声波信号从壳体12到检测段16a、16b的传播。
盖部件40通过阻尼部件106被保持在壳体12中，所述阻尼部件106由弹性材料构成并且位于盖部件和壳体之间。因此，由阻尼部件106适当地阻断与要接收的固有声波信号不同的干扰声波信号，从而避免了其从壳体12传播到盖部件40。因此，可以避免由这种从一个声波发送/接收段14发送并经由盖部件40传播到壳体12的干扰声波信号引起的问题。仅仅那些传播到液体流过其中的通道26的声波信号可以可靠地由另一声波发送/接收段14接收。因此，可以根据上述声波信号高度精确度地测量液体的流率。
当壳体12由金属材料形成时，与测量管道2由塑料形成的常规流率测量装置1相比可以提高其强度。因此，即使在流过形成于壳体12中的通道26、供给通道30和排放通道32的液体具有高压力时，可以使用根据第二实施例的流率测量装置100适当地测量液体的流率。
另外，盖部件40的外周直径D1和声波发送/接收段14的外周直径D3被设计成小于在直径上扩张的段28a、28b的内周直径D2(D1、D3＜D2)。因此，声波信号可以适当地从声波发送/接收段14发送到在直径上扩张的段28a、28b中。另外，传播的声波信号可以由声波发送/接收段14经由在直径上扩张的段28a、28b适当地接收。因此，可以根据声波信号可靠和高精确度地测量液体的流率。换言之，在根据如图7中所示的根据常规技术的流率测量装置1的情况下，第一和第二测量头5、6的外周直径大于形成于测量管道2中的通道的内周直径。因此，经由通道内液体传播的声波信号不能由第一和第二测量头5、6可靠地接收。
如上所述，在直径上扩张的段28a、28b的内周直径D2和声波发送/接收段14的外周直径D3之间的关系不被根据第二实施例的流率测量装置100限制。所述内周直径D2和所述外周直径D3之间的关系还可以等值地设置在根据第一实施例的没有阻尼部件106的流率测量装置10内。因此，同样在流率测量装置10中，声波信号可以适当地从声波发送/接收段14发送到在直径上扩张的段28a、28b。另外，传播的声波信号可以适当地由声波发送/接收段14经由在直径上扩张的段28a、28b接收。
尽管已经示出和详细描述了本发明的特定优选实施例，但是应该理解的是可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下作各种变化和修改。
Claims (14)
1.一种流率测量装置(10，100)，包括液体流过其中并且设置在外壳(12)中的通道(26)和一对能够发送和接收声波信号的检测段(16a，16b，102a，102b)，所述检测段布置成彼此相对，所述通道(26)介于所述检测段之间，以便根据所述声波信号测量所述液体的流率，每个所述检测段(16a，16b，102a，102b)进一步包括：
盖部件(40，104)，该盖部件面向设置在所述外壳(12)中的所述通道(26)，并且其具有朝向所述通道(26)扩张的弯曲表面(46)；和
声波发送/接收部件(14)，该声波发送/接收部件设置在所述盖部件(40，104)中，从而朝向所述通道(26)定向，并且其发送和接收所述声波信号，
其中所述声波发送/接收部件(14)经由所述弯曲表面(46)发送和接收所述声波信号。
2.根据权利要求1所述的流率测量装置，其中所述检测段(16a，16b)可拆卸地设置在所述外壳(12)内。
3.根据权利要求2所述的流率测量装置，其中所述声波发送/接收部件(14)的外径(D3)小于所述通道(26)的内径(D2)。
4.根据权利要求3所述的流率测量装置，其中所述外壳(12)由金属材料构成。
5.根据权利要求3所述的流率测量装置，其中所述盖部件(40)由树脂材料形成。
6.根据权利要求5所述的流率测量装置，其中所述声波发送/接收部件(14)包括压电元件。
7.根据权利要求1所述的流率测量装置，其中阻断所述声波信号传播的声波阻断部件(106)设置在所述检测段(102a，102b)和所述外壳(12)之间，其中所述检测段(102a，102b)通过介于所述检测段(102a，102b)和所述外壳(12)之间的所述声波阻断部件(106)而保持在所述外壳(12)中。
8.根据权利要求7所述的流率测量装置，其中所述检测段(102a，102b)可拆卸地设置在所述外壳(12)内。
9.根据权利要求8所述的流率测量装置，其中所述检测段(102a，102b)的外径小于所述检测段(102a，102b)安装在其中的所述外壳(12)的内径。
10.根据权利要求9所述的流率测量装置，其中在所述盖部件(104)的外周表面和所述通道(26)的内周表面之间设置一个面向所述通道(26)的间隙。
11.根据权利要求10所述的流率测量装置，其中所述声波阻断部件(106)由弹性材料形成。
12.根据权利要求11所述的流率测量装置，其中所述外壳(12)由金属材料构成。
13.根据权利要求12所述的流率测量装置，其中所述盖部件(104)由树脂材料形成。
14.根据权利要求13所述的流率测量装置，其中所述声波发送/接收部件(14)包括压电元件。
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