CN101806605A

CN101806605A - 平行对射式超声波流量传感器

Info

Publication number: CN101806605A
Application number: CN 201010147821
Authority: CN
Inventors: 王燕; 李玉保; 王士莹; 李明
Original assignee: SHANDONG WANHUA ELECTRONICS INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG WANHUA ELECTRONICS INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明公开了一种平行对射式超声波流量传感器，由外管体(1)和水进、出端超声波振子(4、4′)构成，其特征在于在外管体(1)的水流进、出端内沿轴心分别通过固定装置(5)固定上水进、出端超声波振子(4、4′)，水进、出端超声波振子(4、4′)在一条轴线上，且超声波传播方向相对，固定装置(5)的外壁与外管体(1)的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子(4、4′)之间的水流通道(6)。该平行对射式超声波流量传感器，由于超声波的传播方向与水的流动方向平行，所以充分保证了超声波传播的稳定性和测量的准确性，超声波传播有效距离长，安装方便，测量精度高，克服了目前超声波流量传感器的缺点。

Description

平行对射式超声波流量传感器

技术领域

本发明涉及一种超声波流量传感器的改进，具体地说是一种超声波传播方向与水的流向相互平行的平行对射式超声波流量传感器。主要适用于流量表和热量表。

背景技术

在流量表和热量表中所使用的超声波流量计管道按超声波的传播路线可以分为反射式和斜对射式两种。反射式的安装方法有V型、N型、W型，超声波换能器安装在管道的同侧或两侧，超声波从一端换能器发出分别经过一次、两次、三次反射到达另一端换能器接收。反射式管道虽然增大了超声波声路的长度，但存在以下问题：一是超声波传播方向与水的流向存有夹角，回波信号在反射过程中会有衰减且会叠加噪声；二是对换能器的装配精度要求高，超声波传播不稳定，测量精度低。斜对射式的安装方法目前市面上所见的为N型，换能器按一定角度倾斜安装于管道的两侧，超声波从一端换能器发出不经过反射直接从另一端换能器接收。这种结构一定程度上避免了反射式管道的不足，但也存在超声波的传播方向与管道内水的流向有夹角、传播有效距离短、管道耗铜多、测量精度低的缺点。

目前尚未发现能克服上述两种结构的不足，使超声波传播方向与水流向相互平行的对射式超声波流量计管道的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声波传播方向与水流向相互平行、换能器容易装配、有利于提高测量精度的平行对射式超声波流量传感器。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该平行对射式超声波流量传感器，由外管体和水进、出端超声波振子构成，其特征在于在外管体的水流进端内沿轴心通过固定装置固定上水进端超声波振子，在外管体的水流出端内沿轴心通过相应的固定装置固定上水出端超声波振子，水进、出端超声波振子的轴心连线与外管体的轴心线重合，且超声波传播方向相对，固定装置的外壁与外管体的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子之间的水流通道，水通过水流通道再进入水进、出端超声波振子之间的内腔，并从另一端流出，从而使水进、出端超声波振子的超声波传播方向与水的流向相互平行。

本发明还通过如下措施实施：在外管体的水流进端的侧壁上设有铂电阻温度传感器安装口，在铂电阻温度传感器安装口内固定安装上铂电阻温度传感器，在作为热量表时，可测量水的温度。

所述的水进、出端超声波振子的固定装置，由管体、水径向进孔、水径向出孔、水间隔法兰盘和进、出端盖构成，管体的两端口分别为水进、出端超声波振子的安装口，在安装口内侧的管体的侧壁上分别设有水径向进孔和水径向出孔，在管体的两端设有钢针固定孔，通过在钢针固定孔内插入钢针使安装在安装口内的超声波振子后端固定，在安装口内侧沿的内壁上设有定位环，通过定位环限定超声波振子的前端安装位置并固定，在安装口的外口内分别塞有进、出端盖，通过进、出端盖使管体的端部平整、密封，在管体的中部固定上水间隔法兰盘，通过水间隔法兰盘使水流通道分割成前、后两段，前段与水径向进孔连通，迫使流进前段水流通道内的水必须通过水径向进孔进入管体内，然后再沿管体内流动，后段与水径向出孔连通，迫使在管体内流动的水必须从水径向出孔流出并进入后段水流通道内，从而使水的流向在管体内保持与超声波传播方向平行，管体的外直径比外管体的内直径小4-10mm；所述的管体的侧壁上还设有对称的两条凸棱，在其中的一条凸棱内设有穿线通道，在水间隔法兰盘的壁内设有穿线孔，穿线孔与穿线通道相连通，水进、出端超声波振子的连接导线依次从穿线通道和穿线孔引出，然后用密封胶密封。

所述的外管体，由水流进管体和水流出管体构成，水流进管体和水流出管体分别通过连接在端部的法兰盘连接固定，铂电阻温度传感器安装口设在水流进管体上，水流进管体端部的法兰盘至铂电阻温度传感器安装口的距离大于管体的水进端至水间隔法兰盘的长度，使铂电阻温度传感器处在管体的水进端以外的水流进管体内，在水流进管体和水流出管体的安装端部均设有外螺纹；在水流进管体和水流出管体端部的法兰盘之间设有水间隔法兰盘，并通过螺栓连接固定为一体。

所述的水进、出端超声波振子分别安装在相应的铜帽内，在水进、出端超声波振子与安装的铜帽之间填有石蜡层，铜帽与管体的端部口为过盈配合；所述的水流进管体和水流出管体及其端部的法兰盘和铂电阻温度传感器安装口采用铜材制作为一整体；所述的管体和水间隔法兰盘采用塑料制作为一整体。

作为另一种实施例，所述的水进、出端超声波振子的固定装置，由圆筒体和支撑板构成，圆筒体的内直径与水进、出端超声波振子的外直径一致，支撑板对称的设4个，均固定在圆筒体的外壁上，支撑板的高度等于圆筒体的外壁至外管体内壁之间的距离，支撑板的长度为从圆筒体的底壁至圆筒体的腰部，在圆筒体的底壁上设有穿线孔，在此实施例中，外管体为一整体，圆筒体通过支撑板直接卡在外管体的端部口内，水进、出端超声波振子安装在圆筒体内，与水进、出端超声波振子连接的导线从底壁上的穿线孔中引出。

本发明的有益效果在于：与目前使用的反射式和对射式超声波流量传感器相比，由于超声波的传播方向与水的流动方向平行，即超声波传播方向与水的流向中心线重合或平行，所以充分保证了超声波传播的稳定性和测量的准确性，超声波传播有效距离长，安装方便，测量精度高，克服了目前超声波流量传感器的缺点。

附图说明

图1、为本发明的一个实施例的结构俯视示意图。

图2、为本发明沿图1A-A剖视示意图。

图3、为本发明的如图1中进、出端超声波振子的固定装置剖视示意图。

图4、为本发明沿图3B-B剖视示意图。

图5、为本发明沿图2C-C剖视示意图。

图6、为本发明的如图1中铜帽与水进端超声波振子装配结构剖视放大示意图。

图7、为本发明另一个实施例的进、出端超声波振子的固定装置外视放大示意图。

图8、为本发明沿图7D-D剖视示意图。

具体实施方式

实施例1

附图1、2、3、4、5、6给出了本发明的一个实施例。该平行对射式超声波流量传感器，由外管体1和水进、出端超声波振子4、4′构成，其特征在于在外管体1的水流进端内沿轴心通过固定装置5固定上水进端超声波振子4，在外管体1的水流出端内沿轴心通过相应的固定装置固定上水出端超声波振子4′，水进、出端超声波振子4、4′在一条轴线上，且超声波传播方向相对，固定装置5的外壁与外管体1的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子4、4′之间的水流通道6，水通过水流通道6再进入水进、出端超声波振子4、4′之间的内腔，并从另一端流出，从而使水进、出端超声波振子4、4′的超声波传播方向与水的流向相互平行，通过测量超声波顺流和逆流的传播时间，按照两者之间的关系即可计算出水流动的流速，进而得出流量。

在外管体1的水流进端的侧壁上设有铂电阻温度传感器安装口3，在铂电阻温度传感器安装口3内固定安装上铂电阻温度传感器2，通过铂电阻温度传感器2测量水的温度，可用于热量表；。

所述的水进、出端超声波振子4、4′的固定装置5，由管体5a、水径向进孔7、水径向出孔7′、水间隔法兰盘8和进、出端盖15、15′构成，管体5a的两端口分别为水进、出端超声波振子4、4′的安装口5b、5c，在安装口5b、5c内侧的管体5a的侧壁上分别设有对称的两个水径向进孔7和水径向出孔7′，在管体5a的两端设有钢针固定孔5d，通过在钢针固定孔5d内插入钢针使安装在安装口5b、5c内的超声波振子后端固定，在安装口5b、5c内侧沿的内壁上设有定位环5e，通过定位环5e限定超声波振子的前端安装位置并固定，在安装口5b、5c的外口内分别塞有进、出端盖15、15′，通过进、出端盖15、15′使管体5a的端部平整、密封，在管体5a的中部固定上水间隔法兰盘8，通过水间隔法兰盘8使水流通道6分割成前、后两段，前段与水径向进孔7连通，迫使流进前段水流通道6内的水必须通过水径向进孔7进入管体5a内，然后再沿管体5a内流动，后段与水径向出孔7′连通，迫使在管体5a内流动的水必须从水径向出孔7′流出，并进入后段水流通道6内，从而使水的流向在管体5a内保持与超声波传播方向平行，管体5a的外直径比外管体1的内直径小4-10mm，在本实施例中为4mm；所述的管体5a的侧壁上还设有对称的两条凸棱5f，在其中的一条凸棱5f内设有穿线通道5g，在水间隔法兰盘8的壁内设有穿线孔9，穿线孔9与穿线通道5g相连通，水进、出端超声波振子4、4′的连接导线依次从穿线通道5g和穿线孔9引出，然后用密封胶密封，起到防渗保护的作用。

所述的外管体1，由水流进管体1a和水流出管体1b构成，水流进管体1a和水流出管体1b分别通过连接在端部的法兰盘12、13连接固定，铂电阻温度传感器安装口3设在水流进管体1a上，水流进管体1a端部的法兰盘12至铂电阻温度传感器安装口3的距离大于管体5a的水进端至水间隔法兰盘8的长度，使铂电阻温度传感器2处在管体5a的水进端以外的水流进管体1a内，在水流进管体1a和水流出管体1b的安装端部均设有外螺纹14；在水流进管体1a和水流出管体1b端部的法兰盘12、13之间设有水间隔法兰盘8，并通过螺栓连接固定为一体。

所述的水进、出端超声波振子4、4′分别安装在相应的铜帽10内，以对水进、出端超声波振子4、4′起到保护作用，在水进、出端超声波振子4、4′与安装的铜帽10之间填有石蜡层11，以填补之间的空隙，然后再把装入水进、出端超声波振子的铜帽10分别装入管体5a的端部的安装口5b、5c内，并通过端部口内的定位环5e固定，铜帽10与管体5a的端部口为过盈配合；所述的水流进管体1a和水流出管体1b及其端部的法兰盘12、13和铂电阻温度传感器安装口3采用铜材制作为一整体；所述的管体5a和水间隔法兰盘8采用塑料制作为一整体。

采用本实施例，进行与目前安装使用的斜对射式热量表各100块对比测试，当实际流量为1000方水时，本发明平均显示995方，准确率为99.5％，而斜对射式热量表平均显示978方，准确率为97.8％，显然，采用本发明的准确率提高了1.7％。

实施例2

附图7、8给出了本发明的另一种实施例，所述的水进、出端超声波振子4、4′的固定装置5，由圆筒体16和支撑板17构成，圆筒体16的内直径与水进、出端超声波振子4、4′的外直径一致，支撑板17对称的设4个，均固定在圆筒体16的外壁上，支撑板17的高度等于圆筒体16的外壁至外管体1内壁之间的距离，在本实施例中为10mm，使圆筒体16对流水的阻力很小，支撑板17的长度为从圆筒体16的底壁至圆筒体16的腰部，使流水至超声波振子端部之间的流线为弧线，在圆筒体16的底壁上设有穿线孔18，水进、出端超声波振子4、4′安装在圆筒体16内，与水、进出端超声被振子4、4′连接的导线从圆筒体16底壁上的穿线孔18中引出，在此实施例中，外管体1为一整体，圆筒体16通过支撑板17直接卡在外管体1的端部口内。

采用本实施例，进行与目前安装使用的斜对射式热量表对比测试，当实际流量为1000方水时，本发明平均显示998方，准确率为99.8％；而斜对射式热量表平均显示978方，准确率为97.8％，显然，采用本发明的准确率提高了2.0％。

Claims

1.一种平行对射式超声波流量传感器，由外管体(1)和水进、出端超声波振子(4、4′)构成，其特征在于在外管体(1)的水流进端内沿轴心通过固定装置(5)固定上水进端超声波振子(4)，在外管体(1)的水流出端内沿轴心通过相应的固定装置固定上水出端超声波振子(4′)，水进、出端超声波振子(4、4′)在一条轴线上，且超声波传播方向相对，固定装置(5)的外壁与外管体(1)的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子(4、4′)之间的水流通道(6)。

2.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于在外管体(1)的水流进端的侧壁上设有铂电阻温度传感器安装口(3)，在铂电阻温度传感器安装口(3)内固定安装上铂电阻温度传感器(2)。

3.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出端超声波振子(4、4′)的固定装置(5)，由管体(5a)、水径向进孔(7)、水径向出孔(7′)、水间隔法兰盘(8)和进、出端盖(15、15′)构成，管体(5a)的两端口分别为水进、出端超声波振子(4、4′)的安装口(5b、5c)，在安装口(5b、5c)内侧的管体(5a)的侧壁上分别设有水径向进孔(7)和水径向出孔(7′)，在管体(5a)的两端设有钢针固定孔(5d)，在安装口(5b、5c)内侧沿的内壁上设有定位环(5e)，在安装口(5b、5c)的外口内分别塞有进、出端盖(15、15′)，在管体(5a)的中部固定上水间隔法兰盘(8)，水间隔法兰盘(8)将水流通道(6)分割成前、后两段，前段与水径向进孔(7)连通，后段与水径向出孔(7′)连通；所述的管体(5a)的侧壁上还设有对称的两条凸棱(5f)，在其中的一条凸棱(5f)内设有穿线通道(5g)，在水间隔法兰盘(8)的壁内设有穿线孔(9)，穿线孔(9)与穿线通道(5g)相连通，所述的水进、出端超声波振子(4、4′)的连接导线依次从穿线通道(5g)和穿线孔(9)引出。

4.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的外管体(1)，由水流进管体(1a)和水流出管体(1b)构成，水流进管体(1a)和水流出管体(1b)分别通过连接在端部的法兰盘(12、13)连接固定，铂电阻温度传感器安装口(3)设在水流进管体(1a)上，水流进管体(1a)端部的法兰盘(12)至铂电阻温度传感器安装口(3)的距离大于管体(5a)的水进端至水间隔法兰盘(8)的长度；在水流进管体(1a)和水流出管体(1b)端部的法兰盘(12、13)之间设有水间隔法兰盘(8)，并通过螺栓连接固定为一体。

5.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出端超声波振子(4、4′)分别安装在相应的铜帽(10)内，在水进、出端超声波振子(4、4′)与安装的铜帽(10)之间填有石蜡层(11)。

6.根据权利要求3所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出端超声波振子(4、4′)的固定装置(5)的另一种实施例，由圆筒体(16)和支撑板(17)构成，圆筒体(16)的内直径与水进、出端超声波振子4、4′的外直径一致，支撑板(17)对称的设4个，均固定在圆筒体(16)的外壁上，支撑板(17)的高度等于圆筒体(16)的外壁至外管体(1)内壁之间的距离，支撑板(17)的长度为从圆筒体(16)的底壁至圆筒体(16)的腰部，使流水至超声波振子端部之间的流线为弧线，在圆筒体(16)的底壁上设有穿线孔(18)，水进、出端超声波振子(4、4′)安装在圆筒体(16)内，与水、进出端超声被振子(4、4′)连接的导线从圆筒体(16)底壁上的穿线孔(18)中引出，圆筒体(16)通过支撑板(17)直接卡在外管体(1)的端部口内。