CN114295167A

CN114295167A - 一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表

Info

Publication number: CN114295167A
Application number: CN202210032527.7A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Juelong Sensing Technology Shenzhen Co ltd
Current assignee: Juelong Sensing Technology Shenzhen Co ltd
Priority date: 2022-01-13
Filing date: 2022-01-13
Publication date: 2022-04-08

Abstract

本发明隶属流量计量设备技术领域，具体为一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，旨在解决现有大口径超声波燃气表对气体整流不够充分、测量量程比低及与超声波燃气表技术导则之间存在的差距。本发明采取换能器安装柱非深入流道的定位安置、每对换能器按照流道不同高度布局且由分区导流隔板分割成独立测量流道、筒形换能器结构及其按照陶瓷片尺寸宽度分割设置对射声道、采用塑料注塑形成一种斜道内衬、流量计金属壳体及其相关固定座都通过焊接形成整体而非铸造，实现多声道、多流层流速的流量测量；配合压力及温度传感器的数据采集，达到了流量计流道通顺、始动流量值最小化、计量量程比最大化的目标。

Description

一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表

技术领域

本发明隶属流量计量设备的技术领域，具体涉及一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表。

背景技术

在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，对于工业及民生水、热、燃气供给计量领域，由全电子模式流量计逐步取代机械式或机电组合模式流量计，已成不可逆转的大趋势。

按照实际应用所需，流体计量行业或场合期待口径规格兼容性好、低压损、大量程比、高精度、高可靠性、无磨损器件、耐久性及经济性好的标准流量计量器具。近几年，在气体，特别是燃气流量计量方面，全电子模式且兼容性较好已经在应用的有热式质量流量计和超声波流量计。

随着AMS（ACAM）、TI等公司先后推出高精度的ASIC气体时差计时芯片起（2012～2017），才使得超声波测量流速的时差方式，应用于气体流量测量与计量及其广泛应用推广成为可能，其中，一个重要的应用领域就是燃气计量。

在气体，特别是燃气计量领域，目前广泛采用的仍然为机械式气体流量计。如膜式流量计（主要为小口径应用，如户用）、涡轮流量计、罗茨流量计、腰轮流量计等，而涡街流量计、热式流量计、超声波流量计为电子式流量计。

膜式流量计、涡轮流量计、罗茨流量计、腰轮流量计，无论其原理是容积模式还是速度模式，均为机械形式流量计。根据原理，机械式流量计测量流体是被动的，需要流体提供动能。其普遍存在的缺陷是由于磨损而致寿命短及需要一定的动能驱动而使得测量的量程范围窄，另外，其测量精度也会随使用期限延长而降低。

以全电子方式测量的热式质量流量计，其突出的优点是对于单一组份气体，可以直接测量和计量气体质量，对不同口径兼容性好、压损低。但是，依原理，它是以一个点来取值测量的，所以也有致命缺陷:1）对于大口径，管道内气体速度变化范围大，如果只设置一个或几个有限的测量点，所取值的精度很有限；2）遇到含水气体，其测量取值就会失准，以至于无法计量。所以，对于复杂工况情况，这种模式的应用推广难度较大。

以全电子方式测量的涡街流量计，按照原理，其优点为所测体积流量不受被测流体的温度、压力、密度等参数影响。但对于可压缩及速度多变的气体，其一个探头无法准确测量管内工况变化，测量误差很大；另外，涡街流量计受制于其抗震动及抗污染能力差，量程比也较低，影响其应用推广。

以全电子方式测量的超声波流量计为速度式流量计，其时差方式测量原理为：在流动流体中，按前、后一定间隔，布置两个超声波换能器，提取声波顺流和逆流需要的时差，计算出流体流速，再按照管道截面积及流通的时间，计算出流量。所以用超声波时差法测量流体的流速是主动形式，即如果流速为0，也不影响其正常测量（比如通过时差间接测量介质密度）。超声波测量流速的采样是声波在两个换能器之间形成的柱状空间而不是一个点，所以，如果在管道内的截面上，按照不同高度与方向，布置多对换能器，那么就能有代表性地、全方位地测量流体流速。另外，对于不同密度、不同温度下的介质，声速就不同。所以，对于一对换能器安装间距确定的情况下，标定过的流量计，可以根据超声波声速及管道压力、温度来推导计算出流体的密度。

当然，由于用超声波方式在气体测量与计量领域的应用时间较短，对于未来能达到高精度、宽量程比的燃气超声波流量计在计量方面的应用及其技术要求，仍需要进一步探索，对其中的指标要有明确界定。通常，流量计的性能指标为计量精度和量程比，计量精度为流量计的流量计量值与流量的实际值之比，提高流体流动稳定性和批量生产一致性是决定计量精度的重要条件；量程比为在流量计计量精度保证下，常用流量与最小流量之比，体现了可精确计量的范围，增大超声波换能器间的有效距离是提高量程比的必要条件。显然，计量精度越高、量程比越大，则流量计的计量性能就越好。

近几年，超声波燃气流量计通过一段时间的实践应用，其技术水平有所提升。需要明确：超声波流量计的构成，除了时差积算电路，还有换能器、换能器布局方式及流道分区结构等四个方面，前者即由芯片测量时差的分辨率大小决定着对某个确定的流量计基表可测流量的最小量值；后三者所构建的整体架构决定着超声波流量计的综合性能和计量品质指标。根据超声波燃气计量的技术特点，可总结出其技术导则归纳为如下十一条：

（1）声程最大化原则：为使超声波燃气表在满足一定精度要求时，具有大的测量范围即量程比，特别是对于大口径燃气表，采用超声波换能器之间声程最大化模式极为重要。因为对燃气表而言，大量程比是贸易结算极其重要的指标，也是燃气表最主要的技术指标。例如，某生产厂，白天工业生产时间段用气量是夜间的500倍，如果流量计量程比低，比如量程比

=200，那么，要兼顾考虑白天大流量段的计量，就必然舍去对夜间小流量段的计量考虑。换句话说，流量计可能在小流量情况下无法计量或计量误差很大（精度值偏负，如机械式涡轮燃气表），这就必然造成供气方计量损失。所以，要使得超声波燃气表具有大量程比，做到公平贸易结算，就应将超声波燃气表的两个换能器间距连线在主管内气流方向的投影距离最大化，以获得较大的量程比及较小的始动流量。

（2）换能器间对射式安装原则：对射式安装的声波信号由一对换能器间相互直接发、收，这样有效信号幅值就最强。不同于液体，高频声波在气体中传播能量衰减很大，而大口径流量计尺寸较大，为了保障信号接收强度，换能器应选择对射式安装模式。在换能器声波反射式安装模式情况下，因有一个或数个反射面，声波反射传递能量有损耗，所以，通常此模式只适合小口径的应用。

（3）多声道原则：为使大口径超声波燃气表具有高的计量精度和可靠性，大口径超声波流量计的采样应多方位，即采取多声道模式（即多组换能器）。这是因为，对射多声道换能器模式，除了能对流体在管道内不同层面进行分别计算，提高计量精度和准确性外，多声道还是计量可靠性的重要保障，例如，即便只有一对换能器工作，也能进行流量计量。

（4）稳流且具备抗湍流干扰原则：众所周知，气体体积不同于液体，它具有可压缩性，由此可推出它在管道内不同位置的流速变化较大，因此需要采取措施，尽可能稳定燃气在流量计管道内不同位置有较为稳定的速度变化率，以便一对换能器能更为准确的采样，提高计量精度；另外，对于流量计的安装，公认标准是保证前十后五，即前端直管段有十倍于流量计长度、后端五倍于流量计长度，才能保证流量计的有效量程比及计量精度。特别对于口径较大的流量计，这一要求是必须的。但是，在一些特殊场合，特别是在管道井内空间较小的地方安装时，如果前、后端有弯管，就无法保证前十后五，那么，当气体从弯管流入流量计，其流速分布严重偏向一侧，对于声道不足够多的直通管超声波流量计，这时，流量计的量程比与测量精度就大打折扣，这是行业一直待解的难题。如果能解决流量计前后不需要苛求有直管段这一要求，那将对流量计能在各种复杂场合的应用提供有力保障。

（5）内管壁完整性原则：在尽量做到有效声程最大化的前提下，要取得量程比同步提升的必要条件是流量计流量管内壁的平顺与基本完整。即为提高超声波流量计的计量精度和减小流体阻力，应使流量计内管直通和保证内管壁完整性。当一对换能器的安装设置与气流方向成一角度时，因为要构建对射通道，所以流量计流道表面必须切割出倾斜的声道，所以必然出现凹凸结构。如果斜度或面积较大，会产生流体流动紊乱，从而导致小流量的计量精度偏差较大（大、小流量都有影响，小流量受影响更为明显），按照流量计量程比

的定义

（下文有详细描述），由于

不稳定即误差较大时，只能通过将其值提高来换得它的稳定，这将导致流量计量程比

的数值大幅降低了，因此，在扩大一对换能器间声程的同时，必须解决减小对流道的严重损坏，保障有效量程比。另外，内壁不规则的严重损伤还会导致流量计的一致性差。

（6）先进制造工艺原则：为降低制造成本和方便制造，应采取优良制造工艺，使大口径超声波燃气表具有高的计量精度和一致性与可靠性。尽量不使用成本高、制造流程复杂、精度低的铸造工艺来加工制造流量计管段，而应采用拉伸或锻造成型的成品管段焊接、加工制造。因为用铸造工艺制造的管段，除了管壁较厚（薄管壁不易浇铸，容易有沙眼）成本高以外，其管体内斜道及缩径时的内孔都无法加工，致使其管内径一致性相差较大，这使得大口径流量计的流量标定费工费时，每个流量计基表都要单独修正补偿。

（7）低压损原则：流量计通道尽量不要有较大的缩径，以减小流体流动的压力损失。为了克服声程短，即量程比低的劣势，目前许多斜插式流量计都要缩径，有些甚至将流量计流道做成扁腔，这样做会增大了流量计的压损。

（8）一致性原则；大口径流量计管体及换能器安装，即流道加工与换能器组件安装工艺须有高的精度和一致性（铸造管体无法做到高度一致性），它决定了流量计批量生产的品质，此项水平，决定流量计等级水平及在其标定时是否省时省力。

（9）管体密封安全原则：较大口径流量计，在解决管体密封时，若采用与管径相同较大尺寸的密封圈，安装难度大，密封效果存在隐患。所以，尽量采用较小尺寸的多级密封方式，以保障其密封的可靠性、耐久性。

（10）适配性原则：方便安装压力传感器及温度传感器，适于对多种变量参数的测量。

（11）结构简单、方便装配原则：结构简约化、安装有唯一的确定性，从而整体易装配，且能保障流量计不仅稳定可靠，还有高的一致性。

对照上述超声波燃气表的十一条技术导则，现有技术仍然存在缺陷或不足。

超声波燃气表斜插式换能器安置方式，声程短、声道少、斜孔加工精度要求高：如专利授权公告号CN 211696533 U描述了一种大口径多声道斜插对射式超声波流量计基表管路结构，该方案的两换能器连线在管段内水流方向的投影距离很短，有悖于技术导则（1）；另外，该方案在管道口径较小时，其管外端无空间安置较多声道，有悖于技术导则（3）；流道内有换能器凸出部分，与技术导则（4）不符，对安装换能器的斜孔加工角度要求很高，偏移微小角度，声波接收强度大幅减少，因此加工有难度。

根据气体体积的易变性和可压缩性，为了稳定流体状态，对于大口径超声波燃气表，应当在其气体流通的管道内进行整流。专利授权公告号CN 210166007 U描述了一种超声波流量计基表管路结构，为了整流，在进气端管路进口处的一段，安装有蜂窝状气体流道，但换能器的安装仍然采用斜插安装模式，这有悖于技术导则（1）。

同上类似，专利授权公告号CN 210071019 U描述了一种超声波流量计基表管路结构，为了整流，在进气端管路进口处的一段，安装有整流栅；而换能器仍然采用斜插安装模式，有悖于技术导则（1）。

专利授权公告号CN 206804073 U描述了一种大口径多声道超声波流量计基表管路结构，为了扩大声程，一对换能器间的声路成V形，声波在两个换能器间要经过反射才能到达对方，换能器安装采用斜插V形反射式安装模式有悖于技术导则（2）。

专利授权公告号CN 211317421 U描述了一种超声波流量计基表管路结构，为了得到较大声程以获得更大的测量量程比，其一对换能器安装采用斜插W多次反射安装模式，声波在两个换能器间要经过两次或多次反射才能到达对方。这样，声能损失大，这有悖于技术导则（2），另外，多次反射对反射角度要求十分严格，这种方式的加工难度大。

超声波流量计的立柱式换能器的安置方式，它相对于斜插式，其优点是声程可以加长，理论上量程比得到较大改善，声程比斜插式可加长一倍或更多，声道数也比斜插式要多并且方便安装。从目前的资料显示，这种模式已经在水计量领域得以应用，如专利授权公告号CN 208921195 U。但这种柱状换能器安装结构将柱体排列在管道两侧，由于换能器间连线的对射模式也与流体流动方向有夹角，为了保障一对对射换能器声道畅通，所以不得不切去较大宽度的管体通道内壁，造成了内部流道的破坏（如该专利附图3）；又如专利公告号CN 202770480U，图2，其将换能器安装柱凸出于流道表面（换能器柱凸出，但换能器位置流道仍然有较大凹陷），这种流道的凹凸在流速较低时产生紊流，其结果是小流量流动不稳定，流量计的测量精度低，对满足一定计量精度要求的流量计最小流量

影响较大，从而降低了流量计的量程比，这与技术导则（4）不符。对应流道内壁的损坏程度而言，立柱式安装方式比斜插式安装方式要严重的多；另外，这种模式目前另一个弊端是只能铸造成型，效率低，一致性差，成本较高，与技术导则（5）不符。

综上所述，根据气体体积的易变性和可压缩性，为了稳定流体状态，对于大口径超声波燃气表，现有技术已经做到在管道入口处一段对气体进行局部的整流；而对于扩大测量范围即量程的测量方面，多数燃气表的方案仍采用声程短的斜插对射式，这些与上述超声波水表的十一条技术导则，尤其在大量程比（大声程）方面还存在差距，亟待克服和改进。

对流量计以及超声波燃气表而言，计量的高精度和大量程比是最为重要的两大技术指标，如何按照超声波燃气表的十一条技术导则，提出一种大口径超声波燃气表的整体解决方案，正是本文要实现的技术目标。

发明内容

从上述现有技术的超声波燃气表已有专利分析可知，（1）斜插式换能器安置模式，声程短、声道少、斜孔加工精度要求高，其中，声程短是其无法改变的较大缺陷；（2）立柱式换能器安置模式（水、燃气等流体通用），其优点是在能保障较大声程（安装换能器的立柱可靠近法兰，只要不影响法兰焊接即可）的同时，立柱式也能极大方便多声道换能器的安装，但目前立柱式仍有的弊端是：

a. 当一对换能器的安装设置与流体流动方向成一角度时，因为要构建对射通道，所以流量计内流道表面必须以安装柱为参考（目前所有应用都是如此），切割出对射声道，两个换能器间的距离越大，斜度就越大，对管壁切割的越严重（对于这点，比换能器斜插式安装要严重），所以必然出现凹凸结构。如果斜度或面积较大，会产生流体流动紊乱，从而导致小流量的计量精度偏差较大（大、小流量都有影响，小流量受影响更为明显），按照流量计量程比

的定义

，由于

不稳定即误差较大时，只能通过将其值提高来换得它的稳定，这将导致上述流量计量程比

减小，即量程比会大幅降低，这就是换能器立柱式安装模式的致命缺陷。

b.换能器安装柱与在管体侧面的安置位置不正确，如专利公告号CN 202770480U，图2，其将换能器安装柱凸出于流道内表面会导致湍流产生，影响小流量。另外，铸造过程要考虑到脱模方便等原因，所以无法保证流量计流道内腔凸凹不受损伤且无法加工修正，这就导致立柱式换能器安装模式的流量特性较差（受紊流影响，主要表现为小流量稳定性差）、实际测量量程比低（但仍比斜插式高出一倍左右）。

c. 金属壳体都是采用铸造完成，成本高，内腔尺寸误差大，一致性差，到目前为止，还没有采用其它方式成型；

综上所述，要获得较大的量程比，换能器立柱式安装模式要解决的难题为：在将一对换能器安装柱（换能器）距离拉开的同时，解决对射声道对流量计管体内壁的严重凸凹切割损伤。因此，如果能成功地克服立柱式换能器安置方式这一结构性弊端，进行显著的技术提升，将会在计量应用领域有很大的实用价值和应用前景。

鉴于现有技术所存在的弊端及不足，本发明针对上述立柱式换能器布局模式与结构进行显著的技术升级改进；另外，对流量计基表的整体内管道进行分区布局；以及对流量计基表管道内带有斜道难以加工的情况，提出内衬解决方案；为了减小换能器安装柱的直径即减小换能器对射通道的宽度，采用了筒形换能器结构和换能器对射通道按照换能器陶瓷片尺寸取值的方法。至此，组成了一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表。

流量计的性能指标为计量精度和量程比，计量精度为流量计的流量计量值与流量实际值之比，量程比为满足一定计量精度要求的常用流量与最小流量之比，体现了可精确计量的范围。显然，能抑制气流过程湍流影响、计量精度越高、量程比越大，则流量计的计量性能就越好。对此，以下本案经深入分析得出两条重要的结论：

（一）有关超声波流量计计量品质的结论

本案对超声波流量计两个换能器之间的声程与量程比的关系推导如下:

在计量领域，流量计量程比

定义为

，其中，

为对应某管径下的常用流量，它是一个给定值；

为满足一定计量精度要求的最小流量（比如二级流量计的计量精度为±5%）。

本文经深入分析与推导，得出了一个重要的结论：对通过流量计管路内的流体而言，所计量的始动流量

（即流量计可感知计量的最小流量）越低（对应其流速

就越低，而

与超声波流量计的时差芯片分辨率及流量计的管路结构有关），与此对应，

也成比例地对应变低（即对应的最小流速

就变低）。通常，在实际应用中，其经验值是

（

随超声波流量计电路及换能器产生总体零漂及流量计管路水阻设计不同而不同）。由此，可以导出在某个口径下（流过流量计管路的

与

所用的时间间隔相等），量程比

与两换能器间距

之间的关系为：

上式中，

为某口径流量计的常用流量，

为与

相对应的流量计管路内流体的流速，

为满足一定计量精度要求的最小流量，

为与

相对应的流量计管路内流体的流速，对某口径流量计而言，

和

为常量(选定值)，

为圆周率，

为流量计管路的内半径，

为计量用时，

为超声波流量计管路内两换能器对射面之间的间距，

为两换能器之间连线在流量计管路流体流动方向的夹角（

为锐角，当

时，两换能器连线与流体流动方向一致，

,

为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，

为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，令

=

,为常数，而

通过超声波流量计时差公式计算

得出，即

，因而，在具体计算时，

按照

代入。由上面

的关系式可得出如下结论：

增大两换能器间在流量计管路流体流动方向的投影距离

，就可有效提高流量计的量程比

，对此结论的应用需要特别注意的是：流量计管路即流量计内管要尽量做到没有较大的凹凸不平，这样才能使流量计内管的小流量稳定性程度高，从而才能保证

稳定。

（二）并联小管径流速稳定性结论

对流体在管内流动而言，流体力学指出：雷诺数指标是判别流体流动是否为层流或紊流（即湍流）的性态准则，是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲数。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，流体流动呈现为层流。反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，伴随着脉动，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流动。这里做一个理论实验推导：

设大口径直管的内径为

、管内流体的流速为

、流体的密度为

、流体的动力粘度为

，则该大口径直管的流体流通面积则为

、流体的质量流量则为

、流体的雷诺数为

。若将该大口径直管的流体导入到一个由

根小管径

直管并联组成的组合流道、并且保持该组合流道的总流体流量与大口径直管的流体流量相同、保持该组合流道的流通面积

与大口径直管的流体流通面积

相同，即

，则组合流道中的小管径

直管内流体的雷诺数就为

,由此可见，当

时，就得出这样如下的结论：

组合流道中的小管径

直管内流体的雷诺数

小于大口径直管内流体的雷诺数

，即

，例如

，就有

，这揭示了组合流道中小管径

直管内流体与大口径直管内的流体相比，雷诺数要小，即组合流道中小管径

直管内流体流动的稳定性更高、脉动性更小、超声波计量测量流体流速就更为准确。特别是当在管道井内空间较小的地方安装流量计时，如果前端或后端有弯管，就无法保证流量计安装处须有前十后五直管长度的严格条件限制，而采用组合流道的计量方法，不仅可对流体实施自动整流，同时也可以消除或减小流量计安装地须有前十后五直管长度这一严格的条件限制，提高计量精度。

本发明遵从本案提出的十一条技术导则，从结构和安装模式上完全克服目前立柱式换能器布局模式的缺陷，即目前立柱式换能器布局模式的流量计管内壁被凹凸损伤严重的主要原因是换能器的安装柱的直径大、换能器柱安装位置也需要正确调整、换能器对射面的有效直径与产生平面超声波的关系需要厘清；另外，采用内衬解决方案代替铸造模式所造成的管内粗糙、斜道一致性差且无法加工的缺陷；对于大口径流量计基表的整体内部空间，进行了分层分区的布局；综上所述，本案提出本发明的技术方案：

（1）为了减小换能器安装柱的直径，换能器不采用常规“凸”结构形，即前端小后端大的形状（这是为了便于在换能器前端加密封圈密封），而是采用上下一致的等径筒形结构及以下的密封方式，做到换能器前后端直径相等，从而显著减小换能器尺寸以及换能器安装柱的尺寸；（2）换能器与换能器安装柱孔间采用胶粘+激光焊接的安全密封方式，而不是按照传统用金属板及胶圈压紧螺丝固定的模式（如专利授权公告号CN 208921195 U中图5）；（3）换能器安装柱与流道内腔的最近距离保留1mm结构间距（安装柱不破坏流道，不会如专利公告号CN 202770480U，图2，凸出到腔体流道内）；（4）根据换能器产生超声波的原理，一对对射换能器的对射通道宽度尺寸做到与换能器陶瓷片的尺寸一致最为恰当，而不是按照凸形换能器的最大外径或者目前均按照换能器安装柱的尺寸那样。（5）换能器分层安装，如6声道就安排5层（目前模式4声道的换能器安排在两层内），这样计算精度更高；（6）燃气表流量计管体内的完整流道采取分层分区隔离布局的模式，这样对流体整流，可得到较为平稳和理想气流，便于分层精确测量，最终得到较高的计量精度；（7）流量计基表内部，以安置内衬和管体焊接形成方式代替以往的铸造形成方式，这样更利于标准化生产，不但一致性好，简化标定工作，而且成本低。

实施以上的技术方案所得到的显著益处是：（1）换能器安装柱可以靠近法兰内侧而不会引起对流道造成切割的严重破坏而引起紊流，这样就大幅提高了实际测量的量程比；（2）按照声波产生原理，一对对射换能器对流道所产生的对射通道的切割由宽度约28mm变为12mm，因此在流速较低时，流动特性稳定（流速较高时，更稳定），即

会更小，结合（1）大声程的结果，据

，所以可得到更大的量程比；（3）换能器分层分区隔离的独立计算更为合理，精度高；（3）采用法兰、管段焊接及换能器对射斜道的内衬注塑模式而不是铸造成型，不但降低了成本，而且大大提高了流量计基表的一致性。

本发明为一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于:包括进水口和出水口法兰、管体套管、带斜道的内衬整体结构、分区导流隔板、换能器安装柱固定座A和换能器安装柱固定座B、换能器安装柱A和换能器安装柱B、内六角外螺纹柱、换能器、温度传感器固定座、压力传感器固定座、仪表电路盒；而换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座和温度传感器固定座及仪表盒固定座与金属套管间都用激光焊接连接；大口径燃气表流量计的两个法兰与流量计中间金属管体套管间由激光焊接连接；在将法兰与金属管体套管焊接前，先将由两部分斜道内衬对接形成的带斜道的内衬整体结构及其上的分区导流隔板安置于管体套管中，其两端面由法兰面隔挡；将换能器安装柱协同换能器插入靠近法兰内侧的换能器安装柱固定座内，换能器安装柱对于带斜道的内衬起到位置定位的作用；在一个换能器安装柱上，可安装一个或多个换能器，与另一平行且在另外一侧斜对的换能器安装柱上对应的换能器构成一个或多个超声波燃气流速测量声道，加上燃气表流量计管体内的整体流道采取由分区导流隔板分层分区隔离布局的模式；最终，其引出信号线通过信号线护盖内的信号线走线槽通至仪表盒连接柱外圈后，导入电路仪表盒内，协同压力传感器及温度传感器，构成了立柱式换能器分层、分区安装的多声道大口径超声波燃气表的架构。在换能器安装柱尽可能的靠近法兰内侧的同时，使换能器安装柱不突出于流道中，改进后的管体流道消除了严重的凹凸损伤，管体套管两侧安装的换能器安装柱上的成对换能器，均安置在管内流体的不同水平面上，由此，形成了立柱换能器分层对射模式，可实现多声道、多流层流速的流量测量；配合压力及温度传感器的数据采集，实现了一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表；达到了流量计流道通顺、始动流量值最小化、计量量程比最大化、量程范围内有很高的计量精度，确保贸易结算的准确、公平性的效果；

如图1、图3所示，首先，将所述的换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座和温度传感器固定座及仪表盒固定座与金属管体套管间都用激光焊接连接；

如图5所示，所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称的斜道内衬，经定位凸柱、定位凹孔相铆接组成，其材料为PPS、PPO、PPA、PA66等工程塑料，所述斜道内衬上有内衬壁斜口通道、分区导流隔板安装槽、定位凸柱和定位凹孔。由于用同一副模具注塑形成，所以内衬壁斜口通道完全相同，对接安装后整体有较高的一致性，这点与铸造工艺截然不同（铸造工艺形成的斜道不平整且无法加工）。

与专利授权公告号CN 210166007 U及专利授权公告号CN 210071019 U只在流量计基表进气管口处一段对气体做了整流不同，本发明所述分区导流隔板为从流量计内管进口到出口整体布局，其紧配安插于斜道内衬上的分区导流隔板安装槽内固定；此后，将两部分完全对称斜道内衬经定位凸柱、定位凹孔相铆接组成带斜道的内衬整体结构。所以，这种分区导流隔板将流量计整个内管的气体进行了分区整流，按照并联小管径流速稳定性理论可知，进入流量计内管的气体整流成为稳定的层流，这一措施，可以大幅提高分区测量的精度，特别是小流量情况下，最终得到整体较为精准的计量结果。

所述带斜道的内衬整体结构安置于管体套管中以后，在换能器安装柱固定座A和B中插入对应的换能器安装柱A和B来对带斜道的内衬整体结构进行方向定位；此后，以两个法兰对接管体套管，经夹具固定后，用激光焊接法兰与管体套管的连接处，完成大口径流量计基表组装、焊接。

图4为两个法兰及法兰内衬护板、管体套管及换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座和温度传感器固定座及仪表盒固定座激光焊接连接后的剖视图。

如图2、9所示，所述换能器安装柱A和B，分别安置于对应两个换能器安装柱固定座A和B内，所述的换能器安装柱固定座A和B位于法兰内侧、管体套管外侧，以对称的形式排布；每一个安装座，安装一个换能器安装柱；换能器安装柱由上安装口插入，安装座上口端对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定作用；下口端对换能器安装柱起到高度定位和位置定位作用；进一步，上安装口内由两个半圆形定位凹槽对准换能器安装柱A及B端头上对应的两个半圆形定位凸柱，由此，对换能器安装柱即换能器发声面朝向管道内，进行准确的方向定位；换能器安装柱A和B上分别都有两个换能器安装柱侧密封圈，对换能器安装柱进行侧密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性；内六角外螺纹柱，结合其下部的弹性垫片，起到对换能器安装柱端部的压紧作用；外六角螺纹柱，其中心孔尺寸恰好配合换能器安装柱A及B的外尺寸，对换能器安装柱A及B起到位置定位作用，其中心孔深度，对换能器安装柱A及B起到高度定位的作用；外六角螺纹柱安装于两个换能器安装柱固定座A及B的下端,当以螺纹对接安装完毕后，将所述外六角螺纹柱与换能器安装柱固定座A或B之间缝隙用激光焊接固定与密封。此固定端以后不用拆卸，所以，所述外六角螺纹柱与换能器安装柱固定座A或B之间缝隙的焊接工作可以提前完成。

如图1、3所示，信号线护盖位于换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座、温度传感器固定座上方并与这些安装座外径以筒状环形相扣，其中间内部有信号线走线槽并一直通到仪表盒固定座外圈，压力及温度传感器和换能器信号线再从仪表盒底部进入仪表盒内部与积算电路板电性连接。

所述的换能器安装柱由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便将换能器外壳与换能器安装柱孔的边沿通过胶粘或激光焊接成为一体，形成永久的密封结构而省去密封圈及其固定装置（同为工程塑料，可以用激光焊接连接）。

目前多数厂家生产的燃气超声波流量计，其换能器频率为200KHz或500KHz，仍采用前端直径Φ14、后端直径Φ21的凸形换能器结构（便于安装密封圈或密封需要），体积较大。如果换能器采用在安装柱上安装，即形成立柱式换能器安装模式的燃气流量计，那么，换能器通常安装要用金属板压住、螺丝固定的形式，如专利授权公告号CN 208921195 U（注：该专利为在水计量领域应用，但也适用于气体）中的图5所示；所以只能采用较粗的换能器安装柱安装，为了在柱体外侧加侧密封槽，用这种方式对应的安装柱的直径至少为28mm。这种凸形换能器及安装方式对应安装柱就粗，当一对换能器在与水流方向有较小斜角时，即换能器柱在管道内的距离拉开较大时，如专利授权公告号CN 208921195 U中的图3所示，图示中是按照换能器柱的直径即28mm来切割流量计管内壁的，这样，对流量计管内壁造成较大损伤；

如图6、7所示，本发明所采用的换能器为外壳直径12mm的等径小型筒形换能器，换能器内部由换能器组件即10mm陶瓷片、PCB及信号线组成，所述的陶瓷片用环氧胶与外壳内侧粘接；换能器信号线从换能器后部U形缺口引出，方便在换能器安装柱内走线。

所述换能器与换能器安装柱A和B上换能器安装孔之间的连接：在换能器安装柱上的换能器安装孔底部及侧面涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器外边沿与换能器安装孔沿之间焊接密封。由于换能器在管道内只会受到外侧向里的压力，所以，对换能器而言，只会受由外部向内推动力，故，用胶粘及激光焊接固定密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性。

本发明所述的超声波换能器陶瓷片的直径为10mm，据精确实验测试得知，当陶瓷片直径远大于对应的波长时，圆形片状换能器所发出的是指向性很高的平面超声波（声柱），其发出声波的直径就是谐振陶瓷片的有效直径（注：即以陶瓷片两个电极镀银面积中较小的面积为基准）。根据这一实验结果，本发明，如图5所示，一对对射式换能器在流量计内壁上的通道即斜道内衬上的通道宽度设定为10mm，而不是换能器安装柱较大的尺寸。

又如图10所示，所述的换能器安装柱A和B的安装位置与斜道内衬的内壁间，最小距离保持1mm左右，即为斜道内衬的内孔边与换能器柱的最近距离的间隔厚度，从而，换能器安装柱整体不外露于流量计管体内衬的内侧；其目的是，除了保留换能器陶瓷片能发出超声波10mm部分，即将管体内壁切开声波通道之外，换能器柱在管道内不凸出外露，内壁保持原有的完整，这样的结构可大幅减少了流量计管体内壁的损伤；例如，按照专利授权公告号CN 208921195 U中的图3所示选用凸形换能器，其安装柱的直径为28mm左右，其做法是按照换能器安装柱的直径来切开套管内壁，即切开28mm的通道；如果选择本案上述的筒状换能器，那么换能器安装柱的直径只需18mm，且换能器有效发出超声波的面积直径为10mm，那么将换能器对射通道在流量计内管壁上切开10mm的缺口通道即可满足声波的无损发射与接收。上述两种方案之间相差28-10=18mm，即切口宽度减小了64%，这样，可大幅降低了缺口对内壁造成的损伤，解决了小流量的稳定性难题。

如附图2所示，本发明对换能器安装柱中的换能器，也进行了合理的成对分层排布安装，如图2为6通道所进行的排布，对于6通道或更多通道的燃气表基表而言，管内流体的分层测量越细，测量结果就越精确，这对于时时监测流体在不同层流的流速变化，至关重要。图2中，换能器b、c、d在换能器安装柱B上；换能器a、c、e在换能器安装柱A上；而成对的a、b、c、d换能器把被测流体截面分为5层，其中c层有两对换能器，对比专利授权公告号CN208921195 U，4通道分为2层的结构而言，对流体流速的测量，可获得更为精确的结果。

如图4所示，本发明的管体套管与法兰和换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座和温度传感器固定座及仪表盒固定座之间都采用激光焊接连接，其加工工艺属于常规工艺，相比铸造工艺而言，不但能加快加工速度、降低基表的成本（通常，铸造成本比焊接高出一倍或更多），而且便于标准化生产，能有效提高基表的一致性。

如图5所示，本发明的流量计流道整体包括所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称斜道内衬注塑完成，通过定位凸柱、定位凹孔相铆接组成一个完整的整体，其斜道内衬上有内衬壁斜口通道，安装有分区导流隔板。由于是由同一副模具注塑形成，其内衬壁斜口通道完全相同，有较高的一致性；所以，对于口径相同的流量计，其流体流过内衬的特性都一致、性能相同，这将大大简化了流量计标定过程，节约时间。

所述压力传感器固定座位于管体套管外侧中部，靠近入水口端法兰内侧，压力传感器位于压力传感器固定座内，所述压力传感器通过压紧其下方的铜垫圈密封，压力传感器安置在进水端，其压力探头部分深入斜道内衬中的压力/温度传感器孔而不外露，所以不影响对流体流动的测量。

所述温度传感器固定座位于管体套管外侧中部，靠近出水口端法兰内侧。温度传感器位于温度传感器固定座内，所述温度传感器通过其下方的铜垫圈密封，其测温杆即温度探头部分从斜道内衬中的压力/温度传感器孔中伸出至管体套管中部，温度传感器安置在出水端的理由是测温杆不会影响对流体流动的测量的干扰。

所述仪表盒由仪表盒固定螺丝固定于管体外侧中部的仪表盒固定座上，其内部有积算电路板、显示屏、电池等，换能器及压力、温度传感器信号线经过信号线护盖、信号线走线槽从仪表盒底部进入，与积算电路板电性连接。

综上所述，与目前立柱式流量计管体均采用铸造工艺不同（如专利授权公告号CN208921195 U等），本发明对换能器安装柱相对流量计基表流道的安置位置、筒状换能器在换能器安装柱中的安装方式、换能器对射声波斜道按照换能器陶瓷片直径尺寸切割的规则、应用内衬解决换能器对射声波所需要的斜道加工难题、流量计基表法兰与外金属管体套管间采用焊接工艺等系列创新的问题解决，使得本案一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表具有卓越的技术性能优势。

本发明成功将现有的超声波换能器立柱式安装模式在水表上的应用，移植于燃气表应用，并且克服了现有立柱式超声波水表存在的技术缺陷，使超声波立柱换能器布局模式的性能大幅提升，形成了全新结构和性能卓越的超声波燃气表结构，与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，表现为：

第一、本发明对超声波燃气表进行了系统性的结构改进，大幅提升了超声波立柱式换能器安装模式流量计的性能。本发明采取同径结构的换能器与换能器安装柱间的优化适配和密封方式、立柱上换能器分层布局的多声道结构、运用模具注塑制造的一致性高的斜道内衬、流量计流道用分区导流隔板分区整流、内衬上换能器对射的声波斜道宽度按照超声波换能器陶瓷片尺寸直径切割、换能器安装柱与流量计流道间保持小间隔而不使其凸入流道中等系列改进的实施，以及部件的定位结构、信号线走线方式等整表的优化布局等措施，做到了换能器安装柱可靠近法兰内侧的定位布局，有效扩大了一对对射换能器间的间距从而提高计量的量程比。与现有技术的超声波燃气表相比，本发明的超声波燃气表其计量精度和量程比显著提升。通过理论计算和重复实验表明，在相同管径、相同流量计管路长度下，本发明比现有技术的立柱式超声波燃气表，计量精度和量程比有大幅提升。

第二，在燃气计量领域的超声波燃气表中，本发明引入了超声波立柱式换能器安装模式，这一立柱式换能器安装模式还有一个显著的优点，它与斜插式换能器安装模式相比，更容易和更方便地实现换能器多声道测量模式，从而提高燃气表的测量精度。例如对于大口径燃气表中，当口径较小时，如DN50～DN80，由于管体外围空间有限，斜插式换能器安装模式就难于实现多声道测量模式，或者说可以设置的超声波声道数目要远小于换能器立柱安装模式。

第三，对于一对立柱式安装的对射换能器在流量计管道内部切割所形成的斜道即声道，本发明创新地采用塑料内衬，解决铸造产品加工难度大造成斜道一致性差的难题，提高了流量计基表的一致性，大大方便了流量计标定工作。

第四，本发明对换能器安装柱中的换能器，也进行了合理的成对分层排布安装，如图2为6声道所进行的排布，对于6通道或更多通道的燃气表基表而言，管内流体的分层测量越细，测量结果就越精确，这对于时时监测流体在不同层流的流速变化，至关重要。图2中，换能器b、c、d在换能器安装柱B上；换能器a、c、e在换能器安装柱A上；而成对的a、b、c、d换能器把被测流体截面分为5层，其中c层有两对换能器，对比专利授权公告号CN 208921195 U，4通道分为2层的结构而言，对流体流速的测量，可获得更为精确的结果。

第五，本发明采用的分区导流隔板为从流量计内管进口到出口整体布局，其紧配安插于斜道内衬上的分区导流隔板安装槽内固定；此后，将两部分完全对称斜道内衬经定位凸柱、定位凹孔相铆接组成带斜道的内衬整体结构。所以，这种分区导流隔板将流量计整个内管的气体进行了分区整流，按照并联小管径流速稳定性理论可知，进入流量计内管的气体整流成为稳定的层流，这一措施，可以减少流量计对安装管段所必须的前十后五的苛刻要求，大幅提高分区测量的精度，最终得到整体较为精准的计量结果。

第六，本发明根据超声波产生原理，将一对立柱式安装的对射换能器在流量计管道内部切割所形成的斜道即声道的宽度，按照产生声波陶瓷片的有效尺寸，而不是按照安装换能器的立柱直径尺寸，这样可以大幅减小斜道宽度。对流量计而言，管内越平整越利于稳定小流量，提高量程比。

第七，为了减少在流道内产生凹凸不平，本发明所述换能器安装柱在管道内不凸出外露，换能器安装柱A和B的安装位置与流量计斜道内衬的内边沿，最小距离保持1mm左右的间隔厚度。

第八，换能器安装柱由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便将换能器外壳与换能器安装柱孔的边沿通过胶粘或激光焊接成为一体，形成永久的密封结构（同为工程塑料，可以用激光焊接连接）。

第九，改进换能器结构，使其更适于换能器立柱安装模式。本发明所采用的换能器是一等径直筒形，直径为12mm，这与常规在换能器下面要安装密封圈形式的凸形换能器有较大区别，由于筒形换能器上下尺寸一致，加上不采用金属板及螺丝固定，所以，换能器的安装柱直径可减小至18mm。另外，换能器与换能器安装柱之间是通过胶粘和激光焊接连接，不需要安装密封圈。

第十，本发明的管体套管与法兰和换能器安装柱固定座A和B、压力传感器固定座和温度传感器固定座及仪表盒固定座之间都采用激光焊接连接，其加工工艺属于常规工艺，相比铸造工艺而言，不但能加快加工速度、降低基表的成本，而且便于标准化生产，能有效提高基表的一致性。

第十一，方便安装压力、温度传感器。本发明在管体套管外侧中部靠近法兰内侧，进水口端安装有压力传感器，出水口端安装有温度传感器；所述压力及温度传感器都不影响对流体流动的测量。

第十二，信号线护盖及其走线槽结构，可对换能器信号线及压力和温度传感器信号线进行有效的防护，将信号线安全送至仪表盒内部。

附图说明

图1 是一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表外观示意图；

图2 是一种内衬流道分层布局立柱换能器安装位置的结构剖视图；

图3 是内衬流道分层布局的分区导流隔板位置及压力、温度传感器安装结构图；

图4 是一种内衬流道分层布局的基表金属壳体结构剖视图；

图5 是一种内衬流道分层布局的大口径超声波燃气表带斜道的内衬结构示意图；

图6 是对射安装的筒形换能器剖视图；

图7 是对射安装的换能器柱及换能器布局B结构剖视图；

图8 是对射安装的换能器柱及换能器布局A结构剖视图；

图9是对射安装的换能器柱在换能器安装柱固定座中的安装结构剖视图；

图10 是一种内衬流道分层布局立柱换能器安装的立柱位置与管道内壁关系剖视图；

图中：

11. 进水口法兰；12.出水口法兰；21.管体套管；211.间隔厚度；221.半圆形定位凹槽；212.分区导流隔板；213.法兰内衬护板； 22. 换能器安装柱固定座A；23.换能器安装柱固定座B；；24.压力传感器固定座；25.温度传感器固定座；242.压力传感器；241、251.铜垫圈；252.温度传感器；26.仪表盒固定座；31.换能器安装柱A；32.换能器安装柱B；311.定位凸头；312.换能器安装柱侧密封圈；313.换能器安装孔；33.换能器；333.信号线；331.陶瓷片；332.PCB；337.U形缺口；334.内六角外螺纹柱；335.弹性垫片；336.外六角外螺纹柱；a,b,c,d：换能器在换能器安装柱上的排布高度位置；42.斜道内衬；411.内衬壁斜口通道；421.压力/温度传感器孔；422.分区导流隔板安装槽；423.定位凸柱；424.定位凹孔；51.仪表盒；511.显示屏；512.积算电路板；513.电池；261.仪表盒固定螺丝；61.信号线护盖；611.信号线走线槽。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的实施做进一步详细说明。

实施例：

本实施例是一种内衬流道分层布局的DN150大口径多声道超声波燃气表。

如图1、图3所示，先将所述的换能器安装柱固定座A 22、换能器安装柱固定座B23、压力传感器固定座24和温度传感器固定座25及仪表盒固定座26与金属管体套管21间都用激光焊接连接

如图5所示，所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称的斜道内衬42，经定位凸柱423、定位凹孔424相铆接组成，其材料为PPS、PPO、PPA、PA66等工程塑料，所述斜道内衬上有内衬壁斜口通道411、分区导流隔板安装槽422、定位凸柱和定位凹孔。由于用同一副模具注塑形成，所以内衬壁斜口通道411完全相同，对接安装后整体有较高的一致性，这点与铸造工艺截然不同（铸造工艺形成的斜道不平整且无法加工）。

与专利授权公告号CN 210166007 U及专利授权公告号CN 210071019 U只在流量计基表进气管口处一段对气体做了整流不同，本发明所述分区导流隔板212为从流量计内管进口到出口整体布局，其紧配安插于斜道内衬42上的分区导流隔板安装槽422内固定；此后，将两部分完全对称斜道内衬经定位凸柱423、定位凹孔424相铆接组成带斜道的内衬整体结构。所以，这种分区导流隔板212将流量计整个内管的气体进行了分区整流，按照并联小管径流速稳定性理论可知，进入流量计内管的气体整流成为稳定的层流，这一措施，可以大幅提高分区测量的精度，特别是小流量情况下，最终得到整体较为精准的计量结果。

所述带斜道的内衬整体结构安置于管体套管21中以后，在换能器安装柱固定座A22、B 23中插入换能器安装柱A 31和B 32，来对带斜道的内衬整体结构进行方向定位；此后，以进水口法兰11和出水口管体法兰12对接管体套管21，经夹具固定后，用激光焊接法兰与管体套管的连接处，完成大口径流量计基表组装、焊接。

图4为进水口法兰11和出水口法兰12及法兰内衬护板213、管体套管21及换能器安装柱固定座A 22和B 23、压力传感器固定座24和温度传感器固定座25及仪表盒固定座26用激光焊接连接后的剖视图。

如图2、9所示，所述换能器安装柱A 31和换能器安装柱B 32，分别安置于对应两个换能器安装柱固定座A 22、B 23内，所述的换能器安装柱固定座位于法兰内侧、管体套管21外侧，以对称的形式排布；每一个安装座，安装一个换能器安装柱；换能器安装柱由上安装口插入，安装座上口端对换能器安装柱起到转动定位、压紧固定作用；下口端对换能器安装柱起到高度定位和位置定位作用；进一步，上安装口内由两个半圆形定位凹槽221对准换能器安装柱端头上对应的两个半圆形定位凸柱311，由此，对换能器安装柱即换能器发声面朝向管道内，进行准确的方向定位；换能器安装柱A和B上分别都有两个换能器安装柱侧密封圈312，对换能器安装柱进行侧密封，有效保证了换能器安装柱的密封安全性；内六角外螺纹柱334，结合其下部的弹性垫片335，起到对换能器安装柱A和B顶端部的压紧作用；外六角螺纹柱336，其中心孔尺寸恰好配合换能器安装柱A及B的外尺寸，对换能器安装柱A及B起到位置定位作用，其中心孔深度，对换能器安装柱A及B起到高度定位的作用；外六角螺纹柱安装于两个换能器安装柱固定座A或B的下端,当以螺纹对接安装完毕后，将所述外六角螺纹柱与换能器安装柱固定座A或B之间缝隙用激光焊接固定与密封。此固定端以后不用拆卸，所以，所述外六角螺纹柱与换能器安装柱固定座A或B之间缝隙的焊接工作可以提前完成。

如图1、3所示，信号线护盖61位于换能器安装柱固定座A 22和B 23、压力传感器固定座24、温度传感器固定座25上方并与这些安装座外径以筒状环形相扣，其中间内部有信号线走线槽611并一直通到仪表盒固定座26外圈，压力及温度传感器和换能器信号线333再从仪表盒51底部进入仪表盒内部与积算电路板512电性连接。

所述的换能器安装柱A 31和B 32由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其可获得的益处是：（1）大大降低了金属部件的加工成本；（2）方便将换能器33外壳与换能器安装柱孔313的边沿通过胶粘或激光焊接成为一体，形成永久的密封结构而省去密封圈及其固定装置（同为工程塑料，可以用激光焊接连接）。

如图6、7所示，本发明所采用的换能器33为外壳直径12mm的等径小型筒形换能器，换能器内部由换能器组件即10mm陶瓷片331、PCB 332及信号线333组成，所述的陶瓷片用环氧胶与外壳内侧粘接；换能器信号线从换能器后部U形缺口337引出，方便在换能器安装柱内走线。

所述换能器33与换能器安装柱A和B上换能器安装孔313之间的连接：在换能器安装柱上的换能器安装孔313底部及侧面涂胶，再将换能器插入固定，待胶干后，用激光对换能器外边沿与换能器安装孔沿之间焊接密封。由于换能器在管道内只会受到外侧向里的压力，所以，对换能器而言，只会受由外部向内推动力，故，用胶粘及激光焊接固定密封不但强度足够而且省去了密封圈，提高了密封安全性。

本发明所述的超声波换能器陶瓷片331的直径为10mm，据精确实验测试得知，当陶瓷片直径远大于对应的波长时，圆形片状换能器所发出的是指向性很高的平面超声波（声柱），其发出声波的直径就是谐振陶瓷片的有效直径（注：即以陶瓷片两个电极镀银面积中较小的面积为基准）。根据这一实验结果，本发明，如图5所示，一对对射式换能器在流量计内壁上的通道即斜道内衬42上的内衬壁斜口通道411宽度设定为10mm，而不是换能器安装柱较大的尺寸。

又如图10所示，所述的换能器安装柱A 31和B 32的安装位置与流量计斜道内衬42的内壁间，最小距离保持1mm左右，即为斜道内衬的内孔边沿与换能器柱A及B的最近距离的间隔厚度211，从而，换能器安装柱整体不外露于流量计管体内衬的内侧；其目的是，除了保留换能器陶瓷片能发出超声波10mm部分，即将管体内壁切开声波通道之外，换能器柱在管道内不凸出外露，内壁保持原有的完整，这样的结构可大幅减少了流量计管体内壁的损伤；例如，按照专利授权公告号CN 208921195 U中的图3所示选用凸形换能器，其安装柱的直径为28mm左右，其做法是按照换能器安装柱的直径来切开套管内壁，即切开28mm的通道；如果选择本案上述的筒状换能器，那么换能器安装柱的直径只需18mm，且换能器有效发出超声波的面积直径为10mm，那么将换能器对射通道在流量计内管壁上切开10mm的缺口通道即可满足声波的无损发射与接收。上述两种方案之间相差28-10=18mm，即切口宽度减小了64%，这样，可大幅降低了缺口对内壁造成的损伤，解决了小流量的稳定性难题。

如附图2所示，本发明对换能器安装柱A和B中的换能器33，也进行了合理的成对分层排布安装，如图2为6通道所进行的排布，对于6通道或更多通道的燃气表基表而言，管内流体的分层测量越细，测量结果就越精确，这对于时时监测流体在不同层流的流速变化，至关重要。图2中，换能器b、c、d在换能器安装柱B上；换能器a、c、e在换能器安装柱A上；而成对的a、b、c、d换能器把被测流体截面分为5层，其中c层有两对换能器，对比专利授权公告号CN208921195 U，4通道分为2层的结构而言，对流体流速的测量，可获得更为精确的结果。

如图4所示，本发明的管体套管21与进、出水口法兰11、12和换能器安装柱固定座A22、换能器安装柱固定座B 23、压力传感器固定座24和温度传感器固定座25及仪表盒固定座26之间都采用激光焊接连接，其加工工艺属于常规工艺，相比铸造工艺而言，不但能加快加工速度、降低基表的成本（通常，铸造成本比焊接高出一倍或更多），而且便于标准化生产，能有效提高基表的一致性。

如图5所示，本发明的流量计流道整体包括所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称斜道内衬42注塑完成，通过定位凸柱423、定位凹孔424相铆接组成一个完整的整体，其斜道内衬上有内衬壁斜口通道411，安装有分区导流隔板212。由于是由同一副模具注塑形成，其内衬壁斜口通道完全相同，有较高的一致性；所以，对于口径相同的流量计，其流体流过内衬的特性都一致、性能相同，这将大大简化了流量计标定过程，节约时间。

所述压力传感器固定座24位于管体套管21外侧中部，靠近入水口端法兰11内侧，压力传感器242位于压力传感器固定座内，所述压力传感器通过压紧其下方的铜垫圈241密封，压力传感器安置在进水端，其压力探头部分深入斜道内衬42中的压力/温度传感器孔421而不外露，所以不影响对流体流动的测量。

所述温度传感器固定座25位于管体套管21外侧中部，靠近出水口端法兰内侧。温度传感器252位于温度传感器固定座内，所述温度传感器通过其下方的铜垫圈251密封，其测温杆即温度探头部分从斜道内衬42中的压力/温度传感器孔421中伸出至管体套管中部，温度传感器安置在出水端的理由是测温杆不会影响对流体流动的测量的干扰。

所述仪表盒51由仪表盒固定螺丝261固定于管体外侧中部的仪表盒固定座26上，其内部有积算电路板512、显示屏511、电池513等，换能器及压力、温度传感器信号线经过信号线护盖61、信号线走线槽611从仪表盒51底部进入，与积算电路板512电性连接。

综上所述，与目前立柱式流量计管体均采用铸造工艺不同（如专利授权公告号CN208921195 U等），本发明对换能器安装柱相对流量计基表流道的安置位置、筒状换能器在换能器安装柱中的安装方式、换能器对射声波斜道按照换能器陶瓷片直径尺寸切割的规则、应用内衬解决换能器对射声波所需要的斜道加工问题、流量计基表法兰与外金属管体套管间采用焊接工艺等系列创新的问题解决，使得本案一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表具有卓越的技术性能优势。

通过以上例证对本发明一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表的DN150口径，进行了实施应用说明，但不限于上述具体实施例，如果更换换能器陶瓷片的尺寸及频率，本发明在液体计量方面同样适用，凡基于本发明内容所做的任何改动或变形均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于:包括进水口法兰（11）和出水口法兰（12）、管体套管（21）、带斜道的内衬整体结构、分区导流隔板（212）、换能器安装柱固定座A（22）、换能器安装柱固定座B（23）、换能器安装柱A（31）及换能器安装柱B（32）、内六角外螺纹柱（334）、换能器（33）、温度传感器固定座（25）、压力传感器固定座（24）、信号线护盖（61）、仪表电路盒（51），其中：

所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称的斜道内衬（42），经同一副模具注塑形成,通过其上的定位凸柱（423）、定位凹孔（424）相铆接组成，其材料为PPS、PPO、PPA、PA66等工程塑料，所述斜道内衬上有内衬壁斜口通道（411）、分区导流隔板安装槽（422），所述分区导流隔板（212），紧配安插于斜道内衬（42）上的分区导流隔板安装槽（422）内固定；所述带斜道的内衬整体结构是由两部分完全对称的斜道内衬（42）相铆接组成，斜道内衬（42）上的内衬壁斜口通道（411）宽度等同于换能器陶瓷片（331）的直径；所述的换能器安装柱A（31）和换能器安装柱B（32）由工程塑料PPS、PPO、PPA、PA66注塑完成，其上面有换能器安装孔（313），所述换能器安装孔内安装有筒形换能器（33），所述换能器（33）后部有U形缺口（337），换能器信号线（333）从U形缺口引出；所述换能器（33）外壳与换能器安装孔（313）的边沿通过胶粘或激光焊接成为一体；所述的换能器安装柱A（31）和换能器安装柱B（32）上安装有换能器（33），对于斜道内衬（42）的截面而言，每对换能器都安置于截面的不同高度，由分区导流隔板（212）隔离分开；所述的换能器安装柱A（31）和换能器安装柱B（32）的安装位置与流量计斜道内衬（42）的内壁间，最小距离保持1mm左右，即为斜道内衬的内孔边与换能器柱的最近距离的间隔厚度（211）。

2.根据权利要求1所述一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于: 所述换能器安装柱A（31）和换能器安装柱B（32），分别安置于对应换能器安装柱固定座A（22）和换能器安装柱固定座B（23）内，上安装口内由两个半圆形定位凹槽（221）对准换能器安装柱A和换能器安装柱B端头上对应的两个半圆形定位凸柱（311）进行方向定位；由内六角外螺纹柱（334），结合其下部的弹性垫片（335），起到对换能器安装柱A和换能器安装柱B顶端部的压紧作用；外六角螺纹柱（336），其中心孔尺寸恰好配合换能器安装柱A及换能器安装柱B的外尺寸，对换能器安装柱A及B起到位置定位作用，其中心孔深度，对换能器安装柱A及B起到高度定位的作用。

3.根据权利要求1所述一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于: 所述信号线护盖（61）位于换能器安装柱固定座A（22）和换能器安装柱固定座B（23）、压力传感器固定座（24）、温度传感器固定座（25）上方并与这些安装座外径以筒状环形相扣，其中间内部有信号线走线槽（611），该走线槽可一直通到仪表盒固定座（26）外圈，压力传感器、温度传感器和换能器信号线再从仪表盒（51）底部进入仪表盒（51）内部与积算电路板（512）电性连接。

4.根据权利要求1所述一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于: 所述管体套管（21）与进水口法兰（11）、出水口法兰（12）和换能器安装柱固定座A（22）和换能器安装柱固定座B(23)、压力传感器固定座(24)和温度传感器固定座(25)及仪表盒固定座(26)之间都采用激光焊接连接。

5.根据权利要求1所述一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于: 所述压力传感器固定座（24）位于管体套管（21）外侧中部，靠近入水口端法兰（11）内侧，压力传感器（242）位于压力传感器固定座内，所述压力传感器通过压紧其下方的铜垫圈（241）密封，其测压探头部分深入斜道内衬（42）中的压力/温度传感器孔（421）中不露头，压力传感器安置在进水端。

6.根据权利要求1所述一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表，其特征在于: 所述温度传感器固定座（25）位于管体套管（21）外侧中部，靠近出水口端法兰内侧；温度传感器（252）位于温度传感器固定座内，所述温度传感器通过其下方的铜垫圈（251）密封，其测温杆即温度探头部分从斜道内衬（42）中的压力/温度传感器孔（421）中伸出至管体套管中部。