CN107356299A - 一种超声流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声流量计，包括承压壳体和多组换能器组件，承压壳体与流体管道连接，承压壳体能够承受42MPa的高压；多组换能器组件沿承压壳体周向分布，形成多通道，较大的声程可保证准确高效的计量；相邻两组换能器组件沿承压壳体的轴向错开分布，可在承压壳体内形成不同的截面，降低承压壳体内流态对计量精度的影响，提高了整体计量精度；每组换能器组件包括夹角呈50～120度的两个超声换能器，保证一个超声换能器发出的信号能够被另一个超声换能器接收，两个超声换能器交替作为发射端和接收端。
Description
技术领域
本发明涉及流量测量领域，尤其涉及一种超声流量计。
背景技术
超声流量计是通过检测流体流动对超声束的作用以测量流量的仪表。超声流量计是计量流体较为精确、稳定的一款流量计，很多天然气贸易交接、能源、环保等需要高精度计量的场合，都会选用超声流量计。
现有的超声流量计安装在管道中使用，在测量过程中，由于流体的流态不断变化，因此产生较大的流量波动，导致流量计的计量精度较低。目前对高压力介质测量特别是高压力气体介质的测量比较薄弱，而现有超声流量计作大多为低压力下测量，这样需要对高压介质进行逐级减压，之后才能测量，测量工艺复杂，费时费力，劳动强度大，测量效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声流量计，以解决现有技术中存在的计量精度低、压力高时易损坏的技术问题。
如上构思，本发明所采用的技术方案是：
一种超声流量计，包括：
承压壳体，其与流体管道连接；
多组换能器组件，其沿所述承压壳体周向分布，相邻两组所述换能器组件沿所述承压壳体的轴向错开分布，每组所述换能器组件包括夹角呈50～120度的两个超声换能器。
其中，所述换能器组件有两组，两组所述换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。
其中，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角为90度。
其中，两个所述超声换能器之间设置有压力传感器和/或温度传感器。
其中，所述超声换能器包括换能器底座和换能器探头，所述换能器探头的一端与所述换能器底座连接，另一端通过所述承压壳体上的安装孔插入所述承压壳体中。
其中，所述换能器底座靠近所述换能器探头的一端与所述承压壳体螺纹连接，所述换能器底座内部设置有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆上套设有金属垫片、密封圈和出线接头。
其中，所述换能器探头包括金属制成的探头保护壳，所述探头保护壳的一端与所述换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层，位于所述探头保护壳内的压电元件和阻尼垫与所述屏蔽线缆连接，所述金属匹配层位于所述压电元件远离所述阻尼垫的一端。
其中，所述承压壳体通过对焊法兰与所述流体管道连接，两个所述对焊法兰分别位于所述承压壳体的进口端和出口端。
其中，所述承压壳体一体成型，所述承压壳体的壁厚不低于10mm，所述承压壳体能够承受42MPa的压力。
其中，还包括超声转换器，其连接于所述承压壳体上并与所述换能器组件电连接，所述超声转换器上设置有显示屏。
本发明的有益效果：
本发明提出的超声流量计，承压壳体与流体管道连接，承压壳体能够承受42MPa的高压；通过将多组换能器组件沿承压壳体周向分布，形成多通道，较大的声程可保证准确高效的计量；相邻两组换能器组件沿承压壳体的轴向错开分布，可在承压壳体内形成不同的截面，降低承压壳体内流态对计量精度的影响，提高了整体计量精度；该超声流量计可以直接对高压介质进行测量，特别是气体介质，简化了测量工艺。
附图说明
图1是本发明提供的超声流量计的结构示意图一；
图2是本发明提供的超声流量计的结构示意图二；
图3是本发明提供的超声流量计的主视图；
图4是本发明提供的超声流量计的侧视图；
图5是本发明提供的超声流量计的局部剖视图；
图6是本发明提供的超声流量计的换能器探头的剖视图。
图中：
1、承压壳体；2、对焊法兰；3、超声换能器；4、超声转换器；5、压力传感器；6、温度传感器；
31、换能器底座；32、换能器探头；33、屏蔽线缆；34、金属垫片；35、密封圈；36、出线接头；
321、探头保护壳；322、金属匹配层；323、压电元件；324、阻尼垫。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
参见图1至图6，本发明实施例提供一种超声流量计，适用于计量液体或气体，例如油田井口气、高压天然气以及能源、环保等行业工艺过程流体的检测与计量。
超声流量计包括承压壳体1和多组换能器组件。
承压壳体1与流体管道连接，承压壳体1通过对焊法兰2与流体管道连接，两个对焊法兰2分别位于承压壳体1的进口端和出口端。
多组换能器组件沿承压壳体1周向分布，形成多通道，较大的声程可保证准确高效的计量；相邻两组换能器组件沿承压壳体1的轴向错开分布，可在承压壳体1内形成不同的截面，降低承压壳体1内流态对计量精度的影响，提高了整体计量精度，且充分利用了承压壳体1的空间，避免产生干涉，避免造成局部减弱。
每组换能器组件包括夹角呈50～120度的两个超声换能器3，保证一个超声换能器3发出的信号能够被另一个超声换能器3接收，两个超声换能器3交替作为发射端和接收端。
根据实际需要，不同直径的承压壳体1，对应换能器组件的数量不同。在本实施例中，换能器组件有两组，两组换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。每组换能器组件中的两个超声换能器3之间的夹角为90度，便于生产加工、安装和测量。
两个超声换能器3之间设置有压力传感器5和/或温度传感器6，可测量流体的压力和温度，还可提供补偿，为计算工况压力提供可靠数据。在本实施例中，一组换能器组件中的两个超声换能器3之间设置压力传感器5，另一组换能器组件中的两个超声换能器3之间设置温度传感器6。压力传感器5和温度传感器6与承压壳体1螺纹连接，螺纹长度均大于10扣，保证承压性能。压力传感器5靠近被计量流体的一端设置有压力芯体，压力传感器5远离被计量流体的一端设置有出线转换接头。
还包括超声转换器4，其连接于承压壳体1上并与换能器组件、压力传感器5和温度传感器6电连接，超声转换器4上设置有显示屏，可显示瞬时流量、累计流量、压力、温度、流体流速等参数信息。超声转换器4使用ARM处理器，可进行自诊断，超声换能器3信号具有AGC功能，能够输出脉冲信号、电流等参数。
超声换能器3包括换能器底座31和换能器探头32，换能器底座31和换能器探头32先螺纹备紧，再焊接固定，保证加工精度，换能器底座31和换能器探头32内部各零部件填充紧密，并且在尾部接头处压紧，使内部整体结构带有一定的预紧力，可有效抵抗外部压力，能够在42MPa的压力下进行正常收发信号。
换能器底座31靠近换能器探头32的一端与承压壳体1螺纹连接，换能器底座31内部设置有屏蔽线缆33，屏蔽线缆33上套设有金属垫片34、密封圈35和出线接头36，各部件之间紧密连接，保证密封性和接触良好，出线接头36与超声转换器4电连接。换能器底座3与承压壳体1采用四个螺钉固定，螺纹处涂抹螺纹密封胶。
换能器探头32的一端与换能器底座31连接，另一端通过承压壳体1上的安装孔插入承压壳体1中。换能器探头32包括金属制成的探头保护壳321，探头保护壳321的一端与换能器底座31连接，另一端设置金属匹配层322，位于探头保护壳321内的压电元件323和阻尼垫324与屏蔽线缆33连接，压电元件323靠近阻尼垫324的一端设置有引线，金属匹配层322位于压电元件323远离阻尼垫324的一端。探头保护壳321由316L不锈钢或钛制成，金属匹配层322嵌入探头保护壳321内并与探头保护壳321焊接，金属匹配层322的一个面与流体接触。压电元件323和阻尼垫324均位于探头保护壳321内，各部件之间紧密连接，保证密封性和接触良好。
金属匹配层322的设置增加了探头的承压能力，进而提高了超声流量计的承压性能，避免了复杂的降压工艺，节省了成本。在本实施例中，流量计可测量高达42MPa的高压流体，计量精度可达到0.5％级，重复性0.1％级，量程比至少达到1:30，流体流速在1～30m/s之间，温度使用范围在-40～120℃之间。
在本实施例中，为确保承压性能，承压壳体1采用整体加工一体成型的方式，避免了焊接带来的缺焊、漏焊等问题，加工精度高，避免了焊接变形。承压壳体1能够在42MPa的压力下正常工作，承压壳体1的壁厚不低于10mm，承压壳体1的各部分螺纹连接处的螺纹深度均大于1.5倍螺距或大于10扣螺纹，使螺纹满足高压要求。
承压壳体1与对焊法兰2焊接，焊接后采用X射线探伤，保证承压性能。加工完成后，对超声流量计表体进行打压测试，1.5倍公称压力的水压，保压30分钟，不得泄露、变形，否则为不合格产品。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种超声流量计，其特征在于，包括：
承压壳体，其与流体管道连接；
多组换能器组件，其沿所述承压壳体周向分布，相邻两组所述换能器组件沿所述承压壳体的轴向错开分布，每组所述换能器组件包括夹角呈50～120度的两个超声换能器。
2.根据权利要求1所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器组件有两组，两组所述换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。
3.根据权利要求2所述的超声流量计，其特征在于，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角为90度。
4.根据权利要求3所述的超声流量计，其特征在于，两个所述超声换能器之间设置有压力传感器和/或温度传感器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超声流量计，其特征在于，所述超声换能器包括换能器底座和换能器探头，所述换能器探头的一端与所述换能器底座连接，另一端通过所述承压壳体上的安装孔插入所述承压壳体中。
6.根据权利要求5所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器底座靠近所述换能器探头的一端与所述承压壳体螺纹连接，所述换能器底座内部设置有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆上套设有金属垫片、密封圈和出线接头。
7.根据权利要求6所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器探头包括金属制成的探头保护壳，所述探头保护壳的一端与所述换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层，位于所述探头保护壳内的压电元件和阻尼垫与所述屏蔽线缆连接，所述金属匹配层位于所述压电元件远离所述阻尼垫的一端。
8.根据权利要求1-4任一项所述的超声流量计，其特征在于，所述承压壳体通过对焊法兰与所述流体管道连接，两个所述对焊法兰分别位于所述承压壳体的进口端和出口端。
9.根据权利要求8所述的超声流量计，其特征在于，所述承压壳体一体成型，所述承压壳体的壁厚不低于10mm。
10.根据权利要求1-4任一项所述的超声流量计，其特征在于，还包括超声转换器，其连接于所述承压壳体上并与所述换能器组件电连接，所述超声转换器上设置有显示屏。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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