CN103364040A - 封闭型超声波水表和热能表 - Google Patents

Abstract

封闭型超声波水表和热能表，是将表壳(1)做成类U管形，在其U形管的底部横向与进出水管并排的方向做有贯通横管，在贯通横管内插入有测速管(28)，在其横管的两端装入超声波换能器总成，在横管的侧通管内装入电平电极总成，在横管的外侧面固定一组或多组半导体温差发电片(26)，并在其上贴有散热器(27)，然后用上表壳罩(2)和下表壳罩将以上做成的信号测量基表封闭起来，控制线路板(13)和供电电池(7)固定在有开口的电子密封盒(5)内，在电子密封盒(5)的开口沿装有槽形密封圈(6)，并用有契形立边的密封顶盖(8)在螺钉的压迫下将控制线路板(13)和供电电池(7)完全密封在电子密封盒(5)内。

Description

封闭型超声波水表和热能表

技术领域：

本发明属于自来水计量仪表和热能计量仪表，具体地说涉及一种封闭型超声波水表和热能表。

背景技术：

目前，用于各种场所的水表和热能表，一般采用水流推动叶轮进行机械转动的方式和超声波测量水流速度的方式。水表较多的采用机械方式，而热能表则更多采用超声波测水流速度的方式。机械方式由于其叶轮等转动部件存在磨损等问题，其使用寿命较为短促。而超声波测量水流速度的方式就存在寿命长等优点。

目前用于水表和热能表的超声波测量水流速度的方式，又分为超声波直射式和反射式，由于反射式需在超声波的路径上固定一个或两个反射面，这些反射面很容易受到污染而降低反射能力，所以比较普遍的是采用直射的方式来做超声波水表和热能表。

而目前采用直射超声波的方式做成的水表和热能表，大部分都采用将超声波换能器装于测速管两侧，这样超声波的传播路径则与水的流动路径而言就有一定的角度，超声波被水流的影响就只有与超声波传播方向相同的分量才会有作用，从而减小了超声波被水流影响的幅度，也就是说这种方式降低了超声波测量水流速度的精度和灵敏度。

另外，目前的超声波水表和热能表，大多数采用的水流测速管的口径与该表的公称口径基本相同，从而使水在水流测速管内的流速得不到提高，也是降低其对水流速度测量精度和灵敏度的原因之一。同时，由于水流测速管大多数都是采用金属材料加工成，表面较为粗糙，对水流动的均匀性也有一定的影响。

还有就是，目前大多数采用金属或塑料做成的换能器固定套来固定和密封超声波压电陶瓷片，而这些换能器固定套又不能有效防止其表面结水垢和集聚水中的锈垢，所以换能器表面很容易结垢而失去正常传播和接收超声波的作用。

另外一个就是，目前大多数的超声波水表和热能表的连接超声波换能器和测温传感器的信号线都暴露在表壳外，从而很容易被人为或意外地破坏，使其失去正常的计量功能。

本发明提供一种解决方案，它能使用超声波所做成的水表和热能表的计量精度和灵敏度得以提高，并且其换能器的外表面不会结水垢和集聚锈垢，同时连接超声波换能器和测温传感器的信号线被封闭在表壳罩内，从而其信号线不会在不破坏表壳罩的情况下受到人为或意外的破坏。

发明内容：

本发明是这样实现的：它是将表壳做成类U管形，在其U形管的顶部水平方向做有进出水管；在其U形管的底部横向与进出水管并排的方向做有贯通横管，并且在其两端做有内螺纹，和在其横管壁做有侧通管，并在该侧通管尾端做有内螺纹，在其U形管的竖管侧外壁做有侧通管，在该侧通管尾端也做有内螺纹。在U形管的贯通横管内插入有测速管，测速管的内径要比进出口的口径要小，而且测速管的侧壁还做有侧孔，并将该侧孔对准横通管上的侧通管内孔。在U形管的横管的两端装入超声波换能器总成并用换能器压紧螺母将其压紧，而超声波换能器总成则是将超声波压电陶瓷片装入换能器固定套内，超声波压电陶瓷片的电极用细导线与信号线路板连接，信号线路板再与超声波信号线连接，然后用环氧树脂等固化剂将换能器固定套内部尾端的空间进行固化密封；而换能器固定套是用聚四氟乙烯做成的内空，并在其内壁做有凹凸台阶或内螺纹。在U形管的竖管侧外壁的侧通管内插入并密封地固定有测温传感器。在U形管的贯通横管的侧通管内装入电平电极总成并用压紧螺母压紧并密封，其电平电极总成是在用非金属做成电极外壳，并在其内装有一对或多对导电电极，导电电极与电极信号线连接，然后用环氧树脂将其内尾部的空间进行固化密封。在U形管的贯通横管的外侧面固定一组或多组半导体温差发电片，同时在该半导体温差发电片的周围放置密封圈，并在半导体温差发电片的冷面贴有一组或多组散热器。然后用上表壳罩和下表壳罩将以上做成的信号测量基表(除散热器的散热器外)封闭地包裹起来，而其上表壳罩和下表壳罩都做有多个散热排气孔，和在上表壳罩顶面做有凸形台阶的圆形通管，而且该圆形通管被切割成多瓣，并在其中一瓣上做有旋转限位台。控制线路板和供电电池固定在有开口的电子密封盒内，该电子密封盒的底部有内凹坑，并且该凹坑内有内凹槽，在凹坑内靠电子密封盒的底部有旋转限位台，在凹坑的底部做有信号线进出小孔。在电子密封盒的开口沿装有槽形密封圈，该槽形密封圈用有契形立边的密封顶盖在螺钉的压迫下将控制线路板和供电电池完全密封在电子密封盒内。

使用时，水流从表壳的进口进入后，再沿着U形管的竖管进入底部贯通横管，然后进入测速管，由于测速管的内径比表壳的进出口的口径小，所以水流速都就会有很大的提高，而且固定于贯通横管两端的超声波换能器总成正对在测速管的轴线，所以可以使超声波水表和热能表所测出超声波的传播时间差大大增加，从而使其计量精度和灵敏度大大提高。

超声波换能器总成的换能器固定套用聚四氟乙烯材料做成，主要是为了防止在其上结水垢和集聚锈垢，因为聚四氟乙烯这种材料由于非常细腻而不会堆积水垢和锈垢，从而使其所做成的水表和热能表的正常使用寿命大大延长；在其换能器固定套内做有凹凸的台阶或内螺纹，主要是为了向其内注入环氧树脂等固化剂并固化后，提高固化剂与其换能器固定套的粘附力。在表壳的U形管的竖管处插入测温传感器的目的是为了实时测量流经热能表的水流的温度，以便计算用户所使用的热能量。在表壳的U形管底部的贯通横管的侧通管内插入电平电极总成有两个目的：其一，固定测速管，使其在高速的水流状态下不会被推动而移位；其二，裸露在测速管内的电极在无水状态时是相互不导通的状态；而在测速管内充满水时，电极之间就会通过水变成相互导通的状态，控制线路板就可以通过这两个状态来判断该水表或热能表是否处于正常的安装通水状态。在U形管底部的横管的外侧固定半导体温差片的目的，是利用管内流动的热水通过表壳传递的热能进行发电，并对供电电池进行充电；在半导体温差发电片的冷面贴有散热器的原因是为了使其冷面的热量尽快排走，而使其在冷热两面的温差尽量大，最后使其所发出的电动势尽量的大和输出发电功率也尽量的大。将信号测量基表用上表壳罩和下表壳罩封闭起来的目的，是让所有信号线都不再暴露在外而容易被人为或意外地损坏。在上表壳罩和下表壳罩做有散热排气孔的原因是让信号测量基表所发出的热量尽快排走，而不会对固定在电子密封盒内的供电电池和控制线路板造成不好的影响；在上表壳罩顶面做有凸形台阶的圆形通管，而且该圆形通管被切割成多瓣的目的是能与固定供电电池和控制线路板的电子密封盒进行配合，并使电子密封盒可以围绕上表壳罩顶面上的圆形通管进行转动；在上表壳罩顶面上被切割成多瓣的圆形通管上其中一瓣上做有旋转限位台，是为了使电子密封盒在转动时不会超过360度，从而不会使电子密封盒存在多圈转动而使线号线被绞断。在电子密封盒凹坑的底部做有线号线进出小孔的目的，是让信号线进出电子密封盒时，很容易做到与外界完全隔离密封。将槽形密封圈放于电子密封盒的开口沿并用有契形立边的密封顶盖通过螺钉将电子密封盒做成一个完全与外界隔离的密封盒，使供电电池和控制线路板不再与外界有任何连通，从而使供电电池和控制线路板得到很好的保护。

附图说明：

图1是本发明的主视剖面图

图2是信号测量基表的主视剖面图

图3是表壳的主视剖面图

图4是电平电极总成的主视剖面图

图5是电极外壳的主视剖面图

图6是图5的俯视图

图7是超声波换能器总成的主视剖面图

图8是换能器固定套的主视剖面图

图9是图8的俯视图

图10是上表壳罩的主视剖面图

图11是图10的俯视图

图12是电子密封盒的主视剖面图

图13是图12的俯视图

图14是槽形密封圈的主视图

图15是图14的俯视剖面图

图16是有契形立边的密封顶盖的主视剖面图

图17是图16的俯视图

图18是测速管的主视剖面图

图19是图18的俯视图

图中：1、表壳；2、上表壳罩；3、铅封线；4、铅封粒；5、电子密封盒；6、槽形密封圈；7、供电电池；8、有契形立边的密封顶盖；9、导电电极；10、电极信号线；11、电极装配垫圈；12、压紧螺母；13、控制线路板；14、电极外壳；15、测温信号线；16、电平电极总成密封圈；17、测温传感器；18、测温传感器密封圈；19、换能器压紧螺母；20、超声波信号线；21、固化剂；22、信号线路板23、超声波压电陶瓷片；24、换能器固定套；25、密封圈；26、半导体温差发电片；27、散热器；28、测速管。

具体实施方式：

本发明是这样实现的：它是将表壳(1)做成类U管形，在其U形管的顶部水平方向做有进出水管；在其U形管的底部横向与进出水管并排的方向做有贯通横管，并且在其两端做有内螺纹，在其横管壁做有侧通管，并在该侧通管尾端做有内螺纹，在其U形管的竖管侧外壁做有侧通管，在该侧通管尾端也做有内螺纹。在U形管的贯通横管内插入有测速管(28)，测速管(28)的内径要比进出口的口径要小，而且测速管(28)的侧壁还做有侧孔，并将该侧孔对准横通管上的侧通管内孔。在U形管的横管的两端装入超声波换能器总成并用换能器压紧螺母(19)将其压紧，而超声波换能器总成则是将超声波压电陶瓷片(23)装入换能器固定套(24)内，超声波压电陶瓷片(23)的电极用细导线与信号线路板(22)连接，信号线路板(22)再与超声波信号线(20)连接，然后用环氧树脂等固化剂(21)将换能器固定套(24)内部尾端的空间进行固化密封；而换能器固定套(24)是用聚四氟乙烯做成的内空，并在其内壁做有凹凸台阶或内螺纹。在U形管的竖管侧外壁的侧通管内插入并密封地固定有测温传感器(17)。在U形管的贯通横管的侧通管内装入电平电极总成并用压紧螺母(12)压紧并密封，其电平电极总成是在用非金属做成电极外壳(14)，并在其内装有一对或多对导电电极(9)，导电电极(9)与电极信号线(10)连接，然后用环氧树脂将其内尾部的空间进行固化密封。在U形管的贯通横管的外侧面固定一组或多组半导体温差发电片(26)，同时在该半导体温差发电片(26)的周围放置密封圈(25)，并在半导体温差发电片(26)的冷面贴有一组或多组散热器(27)。然后用上表壳罩(2)和下表壳罩将以上做成的信号测量基表(除散热器的散热器外)封闭地包裹起来，而其上表壳罩(2)和下表壳罩都做有多个散热排气孔，和在上表壳罩(2)顶面做有凸形台阶的圆形通管，而且该圆形通管被切割成多瓣，并在其中一瓣上做有旋转限位台。控制线路板(13)和供电电池(7)固定在有开口的电子密封盒(5)内，该电子密封盒(5)的底部有内凹坑，并且有该凹坑内有内凹槽，在凹坑内靠电子密封盒(5)的底部有旋转限位台，在凹坑的底部做有信号线进出小孔。在电子密封盒(5)的开口沿装有槽形密封圈(6)，该槽形密封圈(6)用有契形立边的密封顶盖(8)在螺钉的压迫下将控制线路板(13)和供电电池(7)完全密封在电子密封盒(5)内。

使用时，水流从表壳(1)的进口进入后，再沿着U形管的竖管进入底部贯通横管，然后进入测速管(28)，由于测速管(28)的内径比表壳(1)的进出口的口径小，所以水流速度就会有很大的提高，而且固定于贯通横管两端的超声波换能器总成正对在测速管的轴线，所以可以使超声波水表和热能表所测出超声波的传播时间差大大增加，从而使其计量精度和灵敏度大大提高。

超声波换能器总成的换能器固定套(24)用聚四氟乙烯材料做成，主要是为了防止结水垢和集聚锈垢，因为聚四氟乙烯这种材料由于非常细腻而不会堆积水垢和锈垢，从而使其所做成的水表和热能表的正常使用寿命大大延长；在其换能器固定套(24)内做有凹凸的台阶或内螺纹，主要是为了向其内注入环氧树脂等固化剂(21)并固化后，提高固化剂(21)与其换能器固定套(24)的粘附力。在表壳的U形管的竖管处插入测温传感器(17)的目的是为了实时测量流经热能表的水流的温度，以便计算用户所使用的热能量。在表壳(1)的U形管底部的贯通横管的侧通管内插入电平电极总成有两个目的：其一，固定测速管(28)，使其在高速的水流状态下不会被推动而移位；其二，裸露在测速管(28)内的电极在无水状态时是相互不导通的状态；而在测速管(28)内充满水时，电极之间就会通过水变成相互导通的状态，控制线路板(13)就可以通过这两个状态来判断该水表或热能表是否处于正常的安装通水状态。在U形管底部的横管的外侧固定半导体温差片(26)的目的，是利用管内流动的热水通过表壳(1)传递的热能进行发电，并对供电电池(7)进行充电；在半导体温差发电片(26)的冷面贴有散热器(27)的原因是为了使其冷面的热量尽快排走，而使其在冷热两面的温差尽量大，最后使其所发出的电动势尽量的大和输出发电功率也尽量的大。将信号测量基表用上表壳罩(2)和下表壳罩封闭起来的目的，是让所有信号线都不再暴露在外而容易被人为或意外地损坏。在上表壳罩(2)和下表壳罩做有散热排气孔的原因是让信号测量基表所发出的热量尽快排走，而不会对固定在电子密封盒(5)内的供电电池(7)和控制线路板(13)造成不好的影响；在上表壳罩(2)顶面做有凸形台阶的圆形通管，而且该圆形通管被切割成多瓣的目的是能与固定供电电池(7)和控制线路板(13)的电子密封盒(5)进行配合，并使电子密封盒(5)可以围绕上表壳罩顶面上的圆形通管进行转动；在上表壳罩(2)顶面上被切割成多瓣的圆形通管上其中一瓣上做有旋转限位台，是为了电子密封盒在转动时不会超过360度，从而不会使电子密封盒(5)存在多圈转动而使线号线被绞断。在电子密封盒(5)凹坑的底部做有线号线进出小孔的目的，是让信号线进出电子密封盒(5)时，很容易做到与外界完全隔离密封。将槽形密封圈(6)放于电子密封盒(5)的开口沿并用有契形立边的密封顶盖(8)通过螺钉将电子密封盒做(5)成一个完全与外界隔离的密封盒，使供电电池(7)和控制线路板(13)不再与外界有任何连通，从而使供电电池(7)和控制线路板(13)得到很好的保护。

Claims (10)

1.封闭型超声波水表和热能表，其特征是：将表壳(1)做成类U管形，在U形管的贯通横管内插入有测速管(28)，在U形管的横管的两端固定有超声波换能器总成，在U形管的竖管侧外壁的侧通管内密封地固定有测温传感器(17)，在U形管的贯通横管的侧通管内装入电平电极总成，在U形管的贯通横管的外侧面固定一组或多组半导体温差发电片(26)，同时在该半导体温差发电片(26)的周围放置密封圈(25)，并在半导体温差发电片(26)的冷面贴有一组或多组散热器(27)，然后用上表壳罩(2)和下表壳罩将以上做成的信号测量基表封闭起来，控制线路板(13)和供电电池(7)固定在有开口的电子密封盒(5)内，在电子密封盒(5)的开口沿装有槽形密封圈(6)，并用有契形立边的密封顶盖(8)将电子密封盒(5)密封。

2.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：在类U形管的表壳的顶部方向做有进出水管，在其U形管的底部横向与进出水管并排的水平方向做有贯通横管，并且在其两端做有内螺纹，在其横管壁做有侧通管，并在该侧通管尾端做有内螺纹，在其U形管的竖管侧外壁做有侧通管，在该侧通管尾端做有内螺纹。

3.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：测速管(28)的侧壁做有侧孔。

4.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：在U形管的横管的两端装入超声波换能器总成。

5.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：超声波压电陶瓷片(23)固定在换能器固定套(24)内。

6.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：换能器固定套(24)的内壁做有凹凸台阶或内螺纹。

7.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：电平电极总成是在用非金属做成电极外壳(14)，并在其内装有一对或多对导电电极(9)，导电电极(9)与电极导线(10)连接，然后用环氧树脂将其内尾部的空间进行固化密封。

8.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：上表壳罩(2)做有多个散热排气孔，在其顶面做有被切割成多瓣凸形台阶的圆形通管，并在其中一瓣上做有旋转限位台。

9.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：电子密封盒(5)的底部有内凹元坑，并且该凹坑内有内凹槽，在凹坑内靠电子密封盒(5)的底部有旋转限位台，在凹坑的底部做有信号线进出小孔。

10.根据权利要求1所述的封闭型超声波水表和热能表，其特征是：在电子密封盒(5)的开口沿装有槽形密封圈(6)。

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