CN111458534A - 用于风管内风速测量的超声风速仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风管内风速测量的超声风速仪，属于检测仪器的技术领域。它包括：底盘，用于与风管管壁连接实现风速仪的安装固定；主体，主体一端与底盘直接或间接连接，主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角；所述主体至少包括一内套，所述内套具有一定长度且内套侧壁开设有对通的检测风流道，内套的两端分别设置有换能器，两端的换能器可互为配合的超声发射器和超声接收器。本发明具有便于安装，安装时对风管的损伤小，可实现在线实时测量，测量准确，质量一致性好等特点，还具有便于维护更换的优点。

Description

用于风管内风速测量的超声风速仪

技术领域

本发明涉及一种用于风管内风速测量的超声风速仪，属于检测仪器的技术领域。

背景技术

现有技术中，测量风管内的风速通常是采用借测量流体总压力与静压力之差值来计算流速的仪器，译“皮托管”，亦称“测速管”，俗称“风速管”。如CN202956390U中国实用新型专利公开了一种测量管道风速的毕托管专用支架，其规则形状的底座上连接有固定带，底座平面上连接一平板支架，平板支架所在面与底座面垂直，平板支架面上开有一道凹槽，凹槽所在直线与底座面垂直，平板支架上还设有与底座面平行的条形压板。上述皮托管是通过测量风管某一截面多个点的风速再进行平均计算从而得出风管的风速的，其没有办法做到对风管内风速的在线测量。且皮托管容易被污染物堵塞、只能测量单个采样点的风速。

测量风管内风速的另一种常用仪器是热式流量计，其工作原理是测量加热元件因为受到气流吹拂而降低的温度来计算风速。但是热式流量计不能应用于燃烧和爆炸风险高的场合，也不能用于对气流温度控制要求高的场合，另外，热式流量计同样只能测量采样点的风速。

超声流量计是一种对气流干扰小、不引入污染物、不产生温度扰动的气流流速测量仪器，尤其适用于半导体制造、生物医药以及高纯化学等对污染物和温度敏感的领域中。其工作原理是测量超声波在一对互为发射机和接收机的换能器之间的传播时间，根据超声波的顺流传播和逆流传播之间的时间差来计算气流流速。超声流量计的测量结果反映了超声波传播路径上气流平均流速，相对于只能测量采样点流速的压差式和热式流量计更适用于管道流量的监测。但是由于超声波在换能器之间的传播对发射机和接收机的对准装配要求较高，现有的超声流量计难以应用于管壁薄，容易发生形变的风管中。

CN206892124U中国实用新型专利了公开了一种风速测量装置，包括管体，所述管体外环面上设置有保护箱，所述保护箱内设置有风速检测机构，所述保护箱上设置有第一通孔，所述管体外环面上设置有与第一通孔相通的第二通孔，所述风速检测机构的检测端穿过第一通孔、第二通孔伸入到管道内。该风速测量装置可以实现风管内风速的在线测量，但该风速测量装置的风速检测机构体积较大，需要先将该风速测量装置预先安装在风管内，然后再将安装有风速测量装置的风管与其它风管一同进行安装，即该测量装置无法在风管安装后进行后装。

发明内容

本发明目的在于提供一种安装方便，可在风管安装完成后安装，且对风管安装损伤很小，还具有便于维护更换的优点，可对风管内风速进行在线测量的用于风管内风速测量的超声风速仪，解决了现有技术存在风速测量装置不能对风管内风速进行在线测量或无法在已经安装好的风管上进行安装等问题。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：

它包括：

底盘，用于与风管管壁连接实现风速仪的安装固定；

主体，主体一端与底盘直接或间接连接，主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角；

所述主体至少包括一内套，所述内套具有一定长度且内套侧壁开设有对通的检测风流道，内套的两端分别设置有换能器，两端的换能器可互为配合的超声发射器和超声接收器。

本发明可在已经安装完成的风管进行后装，只需在风管壁上开设一个供本发明主体通过开口，对风管的安装损伤很小，然后将本发明的主体通过该开口插入到风管内，调整主体的位置使主体居于风管内的预期位置，并使主体与底盘所在安装面形成夹角的面与风管的风向平行，然后将底盘与风管壁固定即可完成本发明的安装，然后将本发明通过有线通信或无线通信的方式接入到主机即可实现风管内风速的在线测量。本发明的主体也不会对风管内的风速造成影响，从而对风管内风速的实时在线准确测量。主体的轴线与底盘所在安装面之间的夹角可以在大于0度到小于90度之间进行选择。如果管道内的风速较高，为了避免风将超声波束吹得偏离接收换能器，可以适当减小主体轴线与底盘所在安装面之间的夹角。

利用本发明测量风管内风速的原理为：根据超声波在空气中的传播速度随风速而改变的原理制成，内套两端的两个换能器交替分别作为超声发射器和超声接收器，声波从发射器到接收器顺风传播时间t1较逆风传播时间t2快，如果声速为c，则声脉冲发射机与接收机方向上的风速分量，即风速分量与声波顺风传播和逆风传播的时间差成正比。主机获取t1和t2数值后结合主体与底盘安装面的夹角即主体与风向的夹角根据公式即可计算出风管内实时风速。

作为优选，所述内套外设置有翅片，所述翅片与内套外壁之间形成有布线通道。连接换能器的连线可通过布线通道布设，从而对连线进行保护，使本发明整体上更为简洁。

作为优选，所述主体与底盘之间连接有弯头，所述弯头用以实现主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角。通过弯头实现主体与底盘形成夹角，可实现弯头两端分别与主体及底盘同轴安装，从而便于本发明的装配和制造，并可较为准确控制主体与底盘所在安装面之间的夹角，从而保证测量值的准确性。同时，弯头的设置也便于主体插入到风管内，从而便于安装。

作为优选，所述主体的轴线与底盘所在安装面之间的夹角为45度。其中，主体的轴线与底盘所在安装面之间的夹角为45度可实现本发明的双向安装，即主体的朝向取迎风方向和背风方向可以使用同样的风速计算表达式，在安装和使用中更加便利。

作为优选，所述主体与底盘之间连接有伸长杆，所述伸长杆具有多种不同长度规格。其中，通过替换不同规格的伸长杆，进而可调整主体伸入到风管内的深度以适应不同粗细的风管，使得主体能居于风管内的预期位置，从而保证风速测量数值的准确性。

作为优选，所述底盘上固定有斜连接头，所述斜连接头的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角，所述主体与斜连接头同轴设置以实现主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角。主体也可以采用在底盘上直接设置斜连接头的形式以实现主体与底盘所在安装面之间呈一定夹角，该种连接方式可便于观察安装时主体与风管的位置关系，从而便于主体的方向调整以保证主体与底盘夹角所在平面与风管风向平行，从而便于本发明的安装。

作为优选，所述主体还包括位于内套靠近底盘一端的连接盖和内套远离底盘一端的顶盖，所述内套两端分别设置有换能器安装槽，所述顶盖与内套一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接，所述连接盖与内套另一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接。通过顶盖及连接盖分别与换能器安装槽配合可便于换能器的装配，从而保证能器的安装位置，继而保证内容两端两个换能器距离的一致性，即保证了测量数值的一致性。

作为优选，所述检测风流道的表面呈弧面结构。弧面结构可减小对风速测量区域风场干扰，从而保证测量数值的准确性。

作为优选，所述底盘的外轮廓由弧形侧面和切面形成为圆缺形，所述切面以所述主体呈左右对称。其中，底盘上的切面可用以指示主体的朝向，从而便于确认安装时插入到风管内的主体的方向，继而保证测量数值的准确性和安装的方便性。

作为优选，所述主体另一端直接或间接连接辅助底盘。辅助底盘的设置可以将主体两端分别通过底盘和辅助底盘进行固定，以保证主体位置的稳定，从而保证测量数值的准确性。尤其当风管的横截面尺寸较大时，可有效避免主体位置的移位，其效果尤为突出。

作为优选，所述内套对应于检测风流道的两侧形成有相对的左侧壁和右侧壁，所述左侧壁和右侧壁以检测风流道的中心面呈左右对称，在左侧壁外侧及右侧壁外侧分别设置有翅片，翅片与左侧壁外侧或与右侧壁外侧之间形成有布设用于连接换能器连接线的布线通道；所述主体还包括位于内套靠近底盘一端的连接盖和内套远离底盘一端的顶盖，所述内套两端分别设置有换能器安装槽，所述顶盖与内套一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接，所述连接盖与内套另一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接；所述左侧壁的内表面、右侧壁的内表面、所述内套两端的换能器安装槽内端面、所述翅片的外侧面均呈弧面结构；所述主体的轴线与底盘所在安装面之间的夹角为45度。

用于风管内风速测量的超声风速仪的在风管内的安装结构，风管管壁上设置有开口；所述超声风速仪的主体穿过所述开口并位于风管内，主体与底盘所在安装面形成夹角的面与风管的风向平行，所述底盘与风管管壁固定。当主体另一端设置有辅助底盘时，将辅助底盘与相对于底盘的风管另一壁面固定。

因此，本发明具有便于安装，安装时对风管的损伤小，可实现在线实时测量，测量准确，质量一致性好等特点，还具有便于维护更换的优点。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明主体的一种分解结构示意图；

图3是本发明主体内套的一种结构示意图；

图4是本发明实施例2 对应的结构示意图；

图5是实施例2底盘与斜连接管的剖视结构示意图；

图6是实施例2底盘与斜连接管的立体结构示意图；

图7是实施例2超声风速仪在风管内的一种安装结构示意图；

图8是图7的A-A视图；

图9是本发明实施例3的一种装配结构示意图；

图10是实施例3超声风速仪在风管内的一种安装结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，包括底盘1和主体2，底盘1用于与风管管壁连接实现风速仪的安装固定；主体2一端与底盘1通过弯头3连接，通过弯头3的设置使得主体2的轴线与底盘1所在安装面之间形成有夹角a，夹角a为45度；

如图2和图3所示，主体2包括一内套4，内套4具有一定长度且内套侧壁开设有对通的检测风流道5，检测风流道5长度沿内套4的长度方向延伸，内套的两端分别设置有换能器9，两端的换能器9可互为配合的超声发射器和超声接收器。内套4两端分别设置有换能器安装槽6，主体2还包括位于内套4靠近底盘一端的连接盖7和内套远离底盘一端的顶盖8，顶盖8与内套4一端的换能器安装槽6呈可拆卸固定连接，连接盖7与内套4另一端的换能器安装槽6呈可拆卸固定连接。两个换能器9 分别安装在内套4两端的换能器安装槽6内并分别通过连接盖7和顶盖8进行压紧固定。内套4对应于检测风流道5的两侧形成有相对的左侧壁10和右侧壁11，左侧壁10和右侧壁11以检测风流道的中心面呈左右对称，为了保证超声波在传播途中不受到干扰，左侧壁10和右侧壁11之间的宽度需要大于两个换能器9之间超声波波束的宽度，换能器发射的超声波是以一个圆锥形状的波束发射出去的，波束的张角一般较小。如果超声波波束在传播的时候碰到壁面，会发生反射，影响换能器信号的品质。在左侧壁10外侧及右侧壁11外侧分别设置有翅片12，翅片与左侧壁外侧或与右侧壁外侧之间通过形成在左侧壁10外侧及右侧壁11外侧的卡槽13配合，翅片12与左侧壁10外侧或与右侧壁11外侧之间形成有布设用于连接换能器连接线的布线通道。左侧壁10的内表面、右侧壁11的内表面、内套两端的换能器安装槽6内端面、翅片12的外侧面、顶盖8的外端面、均呈流线型的弧面结构。

如图1所示，连接两个换能器的线缆15穿过底盘1用以与风管运行系统或风速测量机器的主机连接，从而实现对风管内的风速进行在线测量。

实施例2：如图4、图5、图6所示，实施例2与实施例1的区别在于：主体2与底盘1之间通过斜连接头16连接替代了实施例1的弯头连接，底盘1上固定有斜连接头16，斜连接头16的轴线与底盘所在安装面之间形成有夹角a，夹角a为45度。主体2与斜连接头16同轴设置以实现主体的轴线与底盘所在安装面之间形成45度夹角。底盘1的外轮廓由弧形侧面17和切面18形成为圆缺形结构，切面18以主体2呈左右对称。底盘上的切面可用以指示主体的朝向，从而便于确认安装时插入到风管内的主体的方向，继而保证测量数值的准确性和安装的方便性。

如图7和图8所示，超声风速仪在风管内的安装结构，在风管19的侧壁上开设开口20，将主体2插入到风管内，调整主体的位置使主体居于风管内的预期位置，并使主体与底盘所在安装面形成夹角的面与风管的风向平行，底盘1则位于风管外与风管壁紧固。对于尺寸较小的风管，主体2的上下两端可分别临近风管相对的两个内壁从而可更为准确地对风管的风速进行测量。对于宽度较大的风管可在风管的宽度方向设置多个本发明超声风速仪以进行平均取值来测量风管内的风速，从而提高风速测量的准确性。

实施例3：超声风速仪在风管内的安装结构，本实施例与实施例2的区别在于：主体2与底盘1上的斜连接头16之间连接有伸长杆21，伸长杆21可以根据风管尺寸的不同更换不同长度规格。伸长杆21与斜连接头16及主体2同轴。本实施例其余结构同实施例2。

如图10所示，当风管尺寸较大时，主体2可通过适当的伸长杆21连接进行延长，使主体2的上端临近于风管的中间位置。同时，可以在垂直风向的方向横向并排设置多个本发明超声风速仪以提高风速测量值的准确性。

实施例4：本实施例与实施例1、2、3的区别在于主体另一端还连接有辅助底盘。其余结构可分别采用实施例1、或实施例2或实施例3之任一种形式。辅助底盘的设置可以将主体两端分别通过底盘和辅助底盘进行固定，以保证主体位置的稳定，从而保证测量数值的准确性。尤其当风管的横截面尺寸较大时，可有效避免主体位置的移位，其效果尤为突出。

Claims (11)

1.一种用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于包括：

底盘，用于与风管管壁连接实现风速仪的安装固定；

主体，主体一端与底盘直接或间接连接，主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角；

所述主体至少包括一内套，所述内套具有一定长度且内套侧壁开设有对通的检测风流道，内套的两端分别设置有换能器，两端的换能器可互为配合的超声发射器和超声接收器。

2.根据权利要求1所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述内套外设置有翅片，所述翅片与内套外壁之间形成有布线通道。

3.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述主体与底盘之间连接有弯头，所述弯头用以实现主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角。

4.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述主体的轴线与底盘所在安装面之间的夹角为45度。

5.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述主体与底盘之间连接有伸长杆，所述伸长杆具有多种不同长度规格。

6.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述底盘上固定有斜连接头，所述斜连接头的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角，所述主体与斜连接头同轴设置以实现主体的轴线与底盘所在安装面之间形成有一定夹角。

7.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述主体还包括位于内套靠近底盘一端的连接盖和内套远离底盘一端的顶盖，所述内套两端分别设置有换能器安装槽，所述顶盖与内套一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接，所述连接盖与内套另一端的换能器安装槽呈可拆卸固定连接。

8.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述检测风流道的表面呈弧面结构。

9.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述底盘的外轮廓由弧形侧面和切面形成为圆缺形，所述切面以所述主体呈左右对称。

10.根据权利要求1或2所述的用于风管内风速测量的超声风速仪，其特征在于所述主体另一端直接或间接连接辅助底盘。

11.如权利要求1-10所述用于风管内风速测量的超声风速仪的在风管内的安装结构，其特征在于：

风管管壁上设置有开口；

所述超声风速仪的主体穿过所述开口并位于风管内，主体与底盘所在安装面形成夹角的面与风管的风向平行，所述底盘与风管管壁固定。

Images