CN110455360A - 一种超声波水表 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超声波水表。包括进水段、出水段和测量段；其特征在于：所述测量段一端配备一个超声波发生器，另一端配备一个超声波接收器，所述超声波发生器产生及发射超声波并记录发射时间，所述超声波接收器接收超声波并记录接收时间。本发明解决了现有超声波水表中两个超声波探头需要同时发射和接收超声波，超声波探头的结构复杂且体积大以及超声波探头边缘处会对水流的产生一定的阻滞和紊乱引起计量误差以及检测水流的位置为水流中心处导致检测的流速和水流量大于实际值的技术问题。

Description

一种超声波水表
技术领域
本发明属于超声波水表技术领域，特别是涉及一种超声波水表。
背景技术
现有的超声波水表由超声波探头、信号处理单元、显示单元等几部分组成。管道内部署的两个相向的超声波探头同时发射和接收超声波，根据这两个超声波探头接收到超声波的时间差计算出当前的水流速度，再根据段横截面积算出瞬时水流量。现有的超声波水表结构分为V型、W型、X型和Z型，其中V型和W型超声波水表都需要依靠管壁反射，存在信号方向特性差，声波损失较大，计量误差较大；X型超声波水表的声道与水流方向不平行，水流的速度分量会引起较大的计量误差；中国专利CN208140207U中提出一种Z型结构超声波水表段，其超声波声道与水流方向平行，如图1所示。上述超声波水表存在以下问题：(1)两个超声波探头需要同时发射和接收超声波，超声波探头的结构复杂且体积大；(2)超声波探头边缘处会对水流的产生一定的阻滞和紊乱，引起计量误差；(3)水流中心处水流的速度快，水流边缘处水流的速度慢，现有超声波水表检测水流的位置为水流中心处，导致检测的流速和水流量大于实际值。
为了解决上述超声波水表结构所存在的问题，提出一种超声波水表。
发明内容
本发明针对现有超声波水表中两个超声波探头需要同时发射和接收超声波，超声波探头的结构复杂且体积大、超声波探头边缘处会对水流的产生一定的阻滞和紊乱引起计量误差以及检测水流的位置为水流中心处导致检测的流速和水流量大于实际值的问题，提出一种超声波水表。
本发明的一种超声波水表，包括进水段、出水段和测量段；其特征在于：所述测量段一端配备一个超声波发生器，另一端配备一个超声波接收器，所述超声波发生器产生及发射超声波并记录发射时间，所述超声波接收器接收超声波并记录接收时间；所述超声波发生器、超声波接收器与计量电路连接。
优选的，所述测量段与水流方向平行；所述进水段和出水段分别位于测量段的两侧，且与测量段中空对接；
或所述进水段和出水段位于测量段的同一侧，且与测量段中空对接。
超声波检测水流的位置与水流中心线的平行距离范围为(0,D/2)，其中D为测量段内径；超声波检测水流的位置可调节，调节超声波检测水流位置是依托固定超声波发生器和接收器的装置，调整方式包括沿轴线移动或者螺旋移动，其中轴线或螺旋内嵌或安装在固定超声波发生器和接收器的装置中。
优选的，所述测量段与水流方向交叉；所述测量段连接进水段和出水段；
优选的，还包括在测量段内壁放置反射片；所述超声波发生器发射的超声波被反射片反射后再被超声波接收器接收；所述进水段、出水段和测量段为一体的直线段。
所述计量电路根据超声波发射及接收的时间差以及水流静止时超声波的传播时间计算水流速度。
本发明的方法具有的优点是：
(1)相比传统的两个超声波探头同时具有发射和接收超声波的器件，一个超声波探头具有发射超声波的器件，另一个超声波探头具有接收超声波的器件，可以降低系统的复杂性和制造成本。
(2)相比传统的根据两个超声波传播时间差计算水流速度，根据单个超声波发射和接收的时间差也可以计算水流速度，而且计算复杂度低。
(3)采用单发射和单接收超声波的超声波探头，可以减小超声波探头的体积，防止因超声波探头体积大导致出现部分水流阻滞和紊乱的现象。
(4)超声波检测水流的位置与水流中心线的位置可调节，可以有效减少流速和水流量的检测误差。
附图说明
图1是背景技术中Z型结构超声波水表段结构图；
图2是本发明实施例一的超声波水表结构示意图；
图3是本发明实施例一的超声波水表结构示意图；
图4是本发明实施例二的超声波水表结构示意图；
图5是本发明实施例二的超声波水表结构示意图；
图6是本发明实施例一或实施例二的超声波检测水流的位置示意图；
图7是本发明实施例一或实施例二的检测水流位置的调节方式示意图；
图8是本发明实施例三的超声波水表结构示意图；
图9是本发明实施例四的超声波水表结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
本发明的一种超声波水表，包括进水段(1)、出水段(2)和测量段(3)；其特征在于：所述测量段(3)一端配备一个超声波发生器(41)，另一端配备一个超声波接收器(42)，所述超声波发生器(41)产生及发射超声波并记录发射时间，所述超声波接收器(42)接收超声波并记录接收时间；所述超声波发生器、超声波接收器与计量电路连接。
实施例一、测量段与水流平行的超声波水表
优选的，所述测量段与水流方向平行；所述进水段和出水段分别位于测量段的两侧，且与测量段中空对接。本实施例中，测量段(3)与水流方向平行，进水段(1)和出水段(2)分别位于测量段(3)的两侧，且与测量段中空对接，如图2所示或图3所示，实线箭头表示水流方向。
实施例二、测量段与水流平行的超声波水表
优选的，所述测量段与水流方向平行；所述进水段和出水段位于测量段的同一侧，且与测量段中空对接。本实施例中，测量段(3)与水流方向平行，进水段(1)和出水段(2)分别位于测量段(3)的同一侧，且与测量段中空对接，如图4所示或图5所示，实线箭头表示水流方向。
在实施例一或实施例二中，超声波检测水流的位置与水流中心线的平行距离优选为D/8，其中D为测量段内径；超声波检测水流的位置可调节。如图6所示为超声波检测水流的位置示意图，点划线表示水流中心线，虚线表示超声波检测水流的位置，其位置可调节，超声波传输方向可以为顺水流方向或逆水流方向。
调节超声波检测水流位置是依托固定超声波发生器和接收器的装置，调整方式包括沿轴线移动或者螺旋移动，其中轴线或螺旋内嵌在固定超声波发生器和接收器的装置中。如图7所示，加粗的实线表示测量段(3)的外壳，未加粗的实线(31)表示固定超声波发生器(41)和接收器(42)的装置，超声波发生器和接收器可以沿轴线移动(图7(a))或螺旋移动(图7(b))，虚线表示超声波检测水流的位置，与水流中心线平行。
实施例三、测量段与水流交叉的超声波水表
优选的，所述测量段与水流方向交叉；所述测量段连接进水段和出水段。本实施例中，测量段(3)与水流方向交叉；所述测量段(3)连接进水段(1)和出水段(2)，如图8所示，实线箭头表示水流方向。
实施例四、安装反射片的超声波水表
优选的，还包括在测量段内壁放置反射片；所述超声波发生器发射的超声波被反射片反射后再被超声波接收器接收；所述进水段、出水段和测量段为一体的直线段。本实施例中，在测量段(3)底部内壁设置反射片，进水段(1)、出水段(2)和测量段(3)为一体的直线段，如图9所示，实线箭头表示水流方向。
所述计量电路(43)根据超声波发射及接收的时间差以及水流静止时超声波的传播时间计算水流速度。
当然，本技术领域中的普通技术用户应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波水表，包括进水段、出水段和测量段；其特征在于：所述测量段一端配备一个超声波发生器，另一端配备一个超声波接收器，所述超声波发生器产生及发射超声波并记录发射时间，所述超声波接收器接收超声波并记录接收时间；所述超声波发生器、超声波接收器与计量电路连接。
2.根据权利要求1所述的超声波水表，其特征在于，所述测量段与水流方向平行。
3.根据权利要求2所述的超声波水表，其特征在于，所述进水段和出水段分别位于测量段的两侧，且与测量段中空对接。
4.根据权利要求2所述的超声波水表，其特征在于，所述进水段和出水段位于测量段的同一侧，且与测量段中空对接。
5.根据权利要求2所述的超声波水表，其特征在于，超声波检测水流的位置与水流中心线的平行距离范围为(0,D/2)，其中D为测量段内径。
6.根据权利要求5所述的超声波水表，其特征在于，超声波检测水流的位置可调节，调节超声波检测水流位置是依托固定超声波发生器和接收器的装置，调整方式包括沿轴线移动或者螺旋移动，其中轴线或螺旋内嵌或安装在固定超声波发生器和接收器的装置中。
7.根据权利要求1所述的超声波水表，其特征在于，所述测量段与水流方向交叉；所述测量段连接进水段和出水段。
8.根据权利要求1所述的超声波水表，其特征在于，还包括在测量段内壁放置反射片；所述超声波发生器发射的超声波被反射片反射后再被超声波接收器接收。
9.根据权利要求8所述的超声波水表，其特征在于，所述进水段、出水段和测量段为一体的直线段。
10.根据权利要求1-9任一项所述的超声波水表，其特征在于，所述计量电路根据超声波发射及接收的时间差以及水流静止时超声波的传播时间计算水流速度。
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