CN103698058A - 四声道超声波热量表 - Google Patents

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巫军华
王兆杰
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Abstract

本发明公开了一种四声道超声波热量表,包括管体,管体的壁上设有八个安装口,每个安装口分别安装有超声波换能器,八个超声波换能器两两相对分别构成一个声道,四个声道中每两个声道的轴线相互平行、长度相等并对称分布在管体的轴线的两侧,且两个声道的轴线距所述管体的轴线的距离相等。将换能器布置在符合流场速度分布规律的截面上,这样就可以大大减轻与流量计配套的计算仪对测量误差的修正难度,使得最终计量结果更准确;提高了超声波热量表对不同来流的适应性、稳定性,降低了安装要求。

Description

四声道超声波热量表
技术领域
本发明涉及一种超声波热量表,尤其涉及一种四声道超声波热量表。
背景技术
常见多声道的声道布置方式是比较简单的均分平行或者沿圆周分布集中交叉到轴线上一点,就是把圆管的截面在直径方向上等分,声道之间的距离为DN/(n+1),这种布置方式不符合流体流动的特点,对于安装环境不好的场合适应能力不好,尤其是上游存在较多的弯头、阀门等阻力件的情况下,测量腔内的流速分布发生畸变,导致测量精度有明显的下降,效果不好。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量精度和稳定性高、对流体适应性优良的四声道超声波热量表。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
本发明的四声道超声波热量表,包括管体,所述管体的壁上设有八个安装口,每个安装口分别安装有超声波换能器,八个超声波换能器两两相对分别构成一个声道,四个声道中每两个声道的轴线相互平行、长度相等并对称分布在所述管体的轴线的两侧,且两个声道的轴线距所述管体的轴线的距离相等。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明实施例提供的四声道超声波热量表,由于管体的壁上设有八个安装口,每个安装口分别安装有超声波换能器,八个超声波换能器两两相对分别构成一个声道,四个声道中每两个声道的轴线相互平行、长度相等并对称分布在所述管体的轴线的两侧,且两个声道的轴线距所述管体的轴线的距离相等,这样就可以大大减轻与流量计配套的计算仪对测量误差的修正难度,使得最终计量结果更准确;另外由于超声波传播路径经过管体横截面的不同部位,这样最终测到的流速实际是管体横截面不同位置流速的加权平均值,更加接近实际平均流速,使得测量结果更准确也更稳定。同时本设计提供了分析计算的功能,即使流速分布发生偏移、畸变也能满足热量表流量计的精度要求,提高了超声波热量表对不同来流的适应性、稳定性,降低了安装要求。
附图说明
图1a为本发明实施例一的四声道超声波热量表的侧面结构示意图;
图1b为本发明实施例一的四声道超声波热量表的端面结构示意图;
图2a为本发明实施例二的四声道超声波热量表的侧面结构示意图;
图2b为本发明实施例二的四声道超声波热量表的端面结构示意图;
图3a为本发明实施例三的四声道超声波热量表的侧面结构示意图;
图3b为本发明实施例三的四声道超声波热量表的端面结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的四声道超声波热量表,其较佳的具体实施方式是:
包括管体,所述管体的壁上设有八个安装口,每个安装口分别安装有超声波换能器,八个超声波换能器两两相对分别构成一个声道,四个声道中每两个声道的轴线相互平行、长度相等并对称分布在所述管体的轴线的两侧,且两个声道的轴线距所述管体的轴线的距离相等。
从所述管体的端面看,每个换能器凸入管道内腔1/3~1/4。
所述安装口处的管体上焊接有换能器安装座,所述超声波换能器与所述换能器安装座之间同轴安装。
所述管体的两端分别装有法兰,所述管体的内径小于所述法兰的口部直径。
所述法兰自口部向内设有锥度缩径。
本发明的四声道超声波热量表,将换能器布置在符合流场速度分布规律的截面上,这样就可以大大减轻与流量计配套的计算仪对测量误差的修正难度,使得最终计量结果更准确;另外由于超声波传播路径经过管体横截面的不同部位,这样最终测到的流速实际是管体横截面不同位置流速的加权平均值,更加接近实际平均流速,使得测量结果更准确也更稳定。同时通过分析计算的功能,即使流速分布发生偏移、畸变也能满足热量表流量计的精度要求,提高了超声波热量表对不同来流的适应性、稳定性,降低了安装要求。
声道之间的距离两两相等,符合流体力学的函数关系,换能器与管体之间形成的凹坑体积与换能器凸出管体内壁体积达到平衡,满足产生的扰流作用较小,同时气泡不会留存在换能器表面,对计量精度不产生负面影响。
换能器安装座经过精密加工后,插在管体上焊接,工艺简单、成本低,保证每个声道的长度、角度一致。
为了提高测量范围,提升小流量的测量精度,将管件上换能器安装部位的内径缩小,以提高小流量时的流速,配合电子线路的计时以提高测量精度。同时兼顾管体的压损,法兰口部与缩径处采用锥度过渡连接。
由于声道的数量较多,且位置符合流场分布的规律,所以给每个声道的测量结果赋以特定的加权值,通过实测的声道流速计算、比较,可以实现流场状态的准确的判断、分析,从而得到一个精确的结果。同时通过对每个声道实测流速值的分析,能够准确判断换能器有无故障。一旦某一个声道发生故障了,可以舍弃这个声道的测量值,通过加权计算的方式实现正常测量,而不会导致精度明显下降或者不能使用。
V n = L 2 2 x ( t 1 - t 2 ) ( t 1 t 2 ) V avg = Σ n = 1 4 W n V n
式中:
Vn----是每个声道的流速实测值;
Vavg----是平均流速;
Wn----是每个声道的加权值。
具体实施例:
如图1a至图3b所示,在管体上精密加工八个斜孔,其中两两同轴;以斜孔为基础,在钢管上焊接八个换能器安装座;再将法兰焊接在管体的两头;将超声波换能器组件装入其中,盖上换能器压盖。
从所述管体的端面看,A换能器与B换能器同轴并且相对,C换能器与D换能器同轴并且相对;E换能器与F换能器同轴并且相对,G换能器与H换能器同轴并且相对;四个声道的信号相互独立,处在要求的位置上。
工作过程:A换能器、C换能器、E换能器、G换能器能同时发射超声波信号,或者分时发送发射超声波信号;B换能器、D换能器、F换能器、G换能器在发射超声波信号同时接收。在有水流的流速分布正常、偏移、畸变的工作环境中,可以得到不同声道超声波信号在静水和流水中传播的时间差,通过加权以后再平均,进而得到准确的水流平均速度和流量。
本发明的优点是:
该产品将换能器布置在流场合适的位置,通过CFD计算与实际试验结合,算出最佳的加权值,这样计算出的平均流速与实际测量腔横截面上水流速度的平均流速基本一致,这样就可以大大减轻与流量计配套的计算仪对测量误差的修正难度,使得最终计量结果更准确。另外该设计的超声波传播路径经过测量管横截面的不同部位,这样最终测到的流速实际是测量腔横截面不同位置流速的加权平均值,更加接近实际平均流速;同时换能器因扰流和留存气泡而影响计量精度的可能性降到最低,使得测量结果更准确也更稳定。一旦有声道故障出现时,可以剔除故障声道的值,采用加权的方式进行计算,保持测量精度。既能起到故障报警的作用,又能提高热量表的可靠性。
实施例一:
如图1a、1b所示,声道的与管体轴线的距离等同于双声道的值,AB声道与CD声道同在一个平面并交叉,EF声道与GH声道同在一个平面并交叉,结构最简单。
实施例二:
如图2a、2b所示,声道与管体轴线的距离不等同于双声道的值,AB声道与GH声道同在各在一个平面并对称,CD声道与EF声道同在一个平面并对称,AB声道与CD声道的间距和CD声道与EF声道的间距不相等。A、C、E、G换能器同在一边并且相邻,B、D、F、H换能器同在一边并且相邻;在声道之间距离比较小的情况下,可以把A、C、E、G换能器的安装座设计成一个整体,把B、D、F、H换能器的安装座设计成一个整体。
实施例三:
如图3a、3b所示,声道与管体轴线的距离不等同于双声道的值,AB声道与GH声道同在各在一个平面并对称,CD声道与EF声道同在一个平面并对称,AB声道与CD声道的间距和CD声道与EF声道的间距不相等。A、C、E、G换能器两两同在一边并且不相邻,B、D、F、H换能器两两同在一边并且不相邻;投影到声道的法向平面上会交叉。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种四声道超声波热量表,包括管体,所述管体的壁上设有八个安装口,每个安装口分别安装有超声波换能器,其特征在于,八个超声波换能器两两相对分别构成一个声道,四个声道中每两个声道的轴线相互平行、长度相等并对称分布在所述管体的轴线的两侧,且两个声道的轴线距所述管体的轴线的距离相等。
2.根据权利要求1所述的四声道超声波热量表,其特征在于,从所述管体的端面看,每个换能器凸入管道内腔1/3~1/4。
3.根据权利要求2所述的双声道超声波热量表,其特征在于,所述安装口处的管体上焊接有换能器安装座,所述超声波换能器与所述换能器安装座之间同轴安装。
4.根据权利要求1、2或3所述的四声道超声波热量表,其特征在于,所述管体的两端分别装有法兰,所述管体的内径小于所述法兰的口部直径。
5.根据权利要求4所述的四声道超声波热量表,其特征在于,所述法兰自口部向内设有锥度缩径。
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