CN105987730A - 一种超声波流量传感器及超声波流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流量传感器及计量装置，尤其涉及一种用于计量的流量传感器及流量计，其技术方案的要点在于，内部安装有一个超声波流量管，该流量管是一体成型的，即集成了进水口、出水口、换能器安装孔、温度传感器安装孔、反射体安装槽于一体的结构，这种设计可以显著提高计量的精度，同时，超声波流量管中还安装了导流片式的反射体，该导流片位于流场截面正中心位置，这样流体进入流量管时，导流片会将流体分成均匀的两半，即使上游存在紊流、漩涡，导流片的存在也能很大程度上减少紊流和漩涡，其中特殊的反射体，充分利用了流体力学和动力学原理，达到显著提高抗扰流效果，从而提高计量的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种流量传感器及计量装置，尤其涉及一种用于计量的流量传感器及流量计。
背景技术
随着社会发展和科技的进步，人们对于环保和节能愈加重视，尤其是日常使用的能源，比如电、水、燃气、热的节能扮演着越来越重要的角色，而节能的前提是对于能源的精确计量。
对于流体的计量，比如水、热、燃气等，计量仪表的发展已经历了较长时间，从最初的机械式仪表到后来的半机械半电子，再到现在的纯电子式。对于流体计量来说，超声波流量计是近些年发展起来的新产品，其不易磨损、压损小等特点日益受到行业的追捧，但是，目前超声波流量计在技术上仍存在各种问题亟需解决，比如精度还不够高、稳定性也还不够好等。如图1所示，为现有技术当中的超声波流量计的核心部件——超声波流量传感器的示意图，一对超声波换能器安装在金属管段上，处于发射状态的换能器其发射出的超声波在反射体上反射，经过声道，然后到达另一端的反射体，再反射到出于接收状态的换能器，这种结构的超声波流量计普遍存在精度不高、稳定性差，因此，迫切需要一种新的技术来解决这些问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述的精度问题，而且还能进一步提高稳定性。流量管是超声波流量计的重要组成部件，是测量信号的初始来源，流体在流量管中的特性即流场的稳定性直接影响到测量信号的稳定性，经过深入分析发现，现有技术中的结构存在较大问题，一是金属管段的加工工艺精度不高会导致这对换能器的定位偏移在较大公差范围，影响生产精度和效率，二是超声波在金属内壁的通道中传播容易受到干扰，三是流场的抗扰能力较差，比如容易存在紊流、漩涡等。
本发明设计了一种高精度、高稳定度的超声波流量管及其组件，其技术方案的要点在于，金属管段内嵌一个超声波流量管，该流量管是一体成型的，即集成了进水口、出水口、换能器安装孔、温度传感器安装孔、反射体安装槽于一体的结构，该一体成型的流量管的材质为塑料或陶瓷，这种设计可以显著提高计量的精度。同时，在流量管的两端设置抗扰能力强的反射体，为此，设计了导流片式的反射体，该导流片位于流场截面正中心位置，这样流体进入流量管时，导流片会将流体分成均匀的两半，即使上游存在紊流、漩涡，导流片的存在也能很大程度上减少紊流和漩涡，特别地，本发明还设计了一种特殊的反射体，即弹头式反射体，这种反射体充分利用了流体力学和动力学原理，达到显著提高抗扰流效果，从而提高计量的稳定性，另外，本发明的金属管段内嵌一体式流量管的设计，也使得零部件更少、装配工艺更加简单和方便，显著提高生产效率。
本发明解决了现有技术遇到的技术问题，适用于流体计量仪表，尤其适用于超声波流量计，其中流通的媒介为水、暖气或燃气中的一种，比如超声波水表、超声波热量表、超声波气表等，显著提高了超声波流量计的测量精度和稳定性，使得超声波流量计在工业、商业、民用、军用等领域的大规模应用成为可能。
附图说明
图1：现有技术中的超声波流量管的示意图。
图2：实施例1的超声波流量管的示意图。
图3：实施例2的超声波流量管的示意图。
图4：实施例3的超声波流量管组件的示意图。
图5：实施例4的超声波流量管组件的示意图。
图6：实施例5的超声波流量管组件的示意图。
图7：实施例6的超声波流量传感器的示意图。
图8：实施例7的超声波流量计的示意图。
附图中的标记说明如下：
1A-进水口
1B-出水口
2-声道
3A-第一超声波换能器安装孔
3B-第二超声波换能器安装孔
4A-第一反射体安装槽
4B-第二反射体安装槽
5-温度传感器安装孔
6A-声道入口
6B-声道出口
7-密封圈安装槽
8A-第一反射体
8B-第二反射体
9-反射面
10-导流面
11A-管段进水口
11B-管段出水口
12-流量管安装位
13A-第一超声波换能器安装位
13B-第二超声波换能器安装位
14A-第一反射体安装位
14B-第二反射体安装位
15-温度传感器安装位
16-固定孔
17-铅封孔
18-控制器。
具体实施方式
实施例1：如图2所示，一种超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面，出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷中的一种。
实施例2：如图3所示，一种超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B），声道（2），第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装孔（4A），位于进水口（1A）的底面，出水口（1B）设有第二反射体安装孔（4B），位于进水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；管壁外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构。
优选地，该密封圈安装槽（7）的数量可为2个。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷中的一种。
实施例3：如图4所示，一种超声波流量管组件，包括超声波流量管、第一反射体（8A）和第二反射体（8B）；该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面，出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构；第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为片状结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为片状结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
实施例4：如图5并参照图2所示，一种超声波流量管组件，包括超声波流量管、第一反射体（8A）和第二反射体（8B）；该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B），声道（2），第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装孔（4A），位于进水口（1A）的底面，与第一超声波换能器安装孔（3A）相对；出水口（1B）设有第二反射体安装孔（4B），位于进水口（1B）的底面，与第二超声波换能器安装孔（3B）相对；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；管壁外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构；第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为立柱结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为立柱结构且位于后端。
优选地，该密封圈安装槽（7）的数量可为2个。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
实施例5：如图6并参照图2所示，一种超声波流量管组件，包括超声波流量管、第一反射体（8A）和第二反射体（8B）；该一种超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面；出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构；第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
实施例6：如图7并参照图2所示，一种超声波流量传感器，包括超声波流量管、第一反射体（8A）、第二反射体（8B）、超声波换能器、温度传感器和管段；该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面，出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构；第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为斜面结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端。
该超声波流量管嵌套在管段中，流量管的进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）、第二超声波换能器安装孔（3B）、第一反射体安装槽（4A）、第二反射体安装槽（4B）、温度传感器安装孔（5）分别与管段的管段进水口（11A）、管段出水口（11B）、流量管安装位（12）、第一超声波换能器安装位（13A）、第二超声波换能器安装位（13B）、第一反射体安装位（14A）、第二反射体安装位（14B）、温度传感器安装位（15）相对应。
优选地，该管段还设有固定孔（16）和铅封孔(17)。
优选地，该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
实施例7：在上述实施例6的基础上，将其中的流量管换成实施例3中的流量管，即变成一种新的超声波流量传感器。
实施例8：在上述实施例6的基础上，将其中的流量管换成实施例4中的流量管，即变成一种新的超声波流量传感器。此类变换有多种组合，不便赘述。
实施例9：如图8所示，一种超声波流量计，包括超声波流量传感器和控制器（18），其中，该超声波流量传感器，包括超声波流量管、第一反射体（8A）、第二反射体（8B）超声波换能器、温度传感器和管段；该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B）；其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面，出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构；第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为斜面结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端。
该超声波流量管嵌套在管段中，流量管的进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）、第二超声波换能器安装孔（3B）、第一反射体安装槽（4A）、第二反射体安装槽（4B）、温度传感器安装孔（5）分别与管段的管段进水口（11A）、管段出水口（11B）、流量管安装位（12）、第一超声波换能器安装位（13A）、第二超声波换能器安装位（13B）、第一反射体安装位（14A）、第二反射体安装位（14B）、温度传感器安装位（15）相对应；该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
该控制器（18）包括主板、液晶、按键和壳体，上述超声波换能器和温度传感器与主板连接。
优选地，该管段还设有固定孔（16）和铅封孔(17)。
优选地，该超声波流量计为水表、热能表或燃气表中的一种。
综上所述，本发明设计了一种高精度、高稳定度的超声波流量管及其流量计，有效解决了现有技术中的难题以及行业困境。应当指出，以上实例并非限制本发明的专利范围，在不脱离本发明原理的前提下，凡是所属领域技术人员利用本发明的说明书及其附图公开的内容或相同构思，所做出的改进或转用，均应理解为包含在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种超声波流量传感器，包括超声波流量管、第一反射体（8A）、第二反射体（8B）、超声波换能器、温度传感器和管段，其特征在于：该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B），其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽或孔（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽或孔（4B），位于出水口（1B）的侧面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构，该超声波流量管嵌套在管段中，流量管的进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）、第二超声波换能器安装孔（3B）、第一反射体安装槽（4A）、第二反射体安装槽（4B）、温度传感器安装孔（5）分别与管段的管段进水口（11A）、管段出水口（11B）、流量管安装位（12）、第一超声波换能器安装位（13A）、第二超声波换能器安装位（13B）、第一反射体安装位（14A）、第二反射体安装位（14B）、温度传感器安装位（15）相对应；该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
2.根据权利要求1所述的超声波流量传感器，其特征在于：第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽或孔（4A），其反射面（9）为斜面结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽或孔（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端。
3.根据权利要求2所述的超声波流量传感器，其特征在于：出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面。
4.根据权利要求1所述的超声波流量传感器，其特征在于：第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为片状结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为片状结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端；出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面。
5.根据权利要求1所述的超声波流量传感器，其特征在于：第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为立柱结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为立柱结构且位于后端。
6.根据权利要求1至6所述的超声波流量传感器，其特征在于：该管段还设有固定孔（16）和铅封孔(17)。
7.一种超声波流量计，包括超声波流量传感器和控制器（18），其中，该超声波流量传感器，包括超声波流量管、第一反射体（8A）、第二反射体（8B）超声波换能器、温度传感器和管段，其特征在于：该超声波流量管，包括进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）和第二超声波换能器安装孔（3B），其中，进水口（1A）设有第一反射体安装槽（4A），位于进水口（1A）的侧面，出水口（1B）设有第二反射体安装槽（4B），位于出水口（1B）的侧面；声道（2）的两端分别设有声道入口（6A）和声道出口（6B），声道入口（6A）设有倒角，使得水流更加平稳并抑制紊流；流量管外侧设有密封圈安装槽（7），用于密封该超声波流量管和外围结构，该超声波流量管嵌套在管段中，流量管的进水口（1A）、出水口（1B）、声道（2）、第一超声波换能器安装孔（3A）、第二超声波换能器安装孔（3B）、第一反射体安装槽（4A）、第二反射体安装槽（4B）、温度传感器安装孔（5）分别与管段的管段进水口（11A）、管段出水口（11B）、流量管安装位（12）、第一超声波换能器安装位（13A）、第二超声波换能器安装位（13B）、第一反射体安装位（14A）、第二反射体安装位（14B）、温度传感器安装位（15）相对应；该超声波流量管的材质为塑料或陶瓷。
8.根据权利要求7所述的超声波流量计，其特征在于：第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽或孔（4A），其反射面（9）为斜面结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽或孔（4B），其反射面（9）为斜面结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为弹头结构且位于后端。
9.根据权利要求7所述的超声波流量计，其特征在于：第一反射体（8A）位于第一反射体安装槽（4A），其反射面（9）为片状结构位于前端，与第一超声波换能器安装孔（3A）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端；第二反射体（8B）位于第二反射体安装槽（4B），其反射面（9）为片状结构且位于前端，与第二超声波换能器安装孔（3B）的中心轴成45°，其导流面（10）为片状结构且位于后端；出水口（1B）设有温度传感器安装孔（5），位于出水口（1B）的底面。
10.根据权利要求7至9所述的超声波流量计，其特征在于：该控制器（18）包括主板、液晶、按键和壳体，超声波换能器和温度传感器与主板连接；该管段还设有固定孔（16）和铅封孔(17)，且该超声波流量计为水表、热能表或燃气表中的一种。
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