CN114413983A - 一种分体式换能器封装结构及超声流量计 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种分体式换能器封装结构及超声流量计。所述分体式换能器封装结构，用于封装管段上的换能器，包括筒状结构、可拆卸基座、基座堵头和换能器堵头。筒状结构贯穿管段的管壁，其内设置有承接台。基座配置有与承接台配合的搭接结构，在基座搭接在承接台上时，基座的外壁与筒状结构密封配合，且全部在筒状结构内。基座设置有容纳腔，容纳腔封闭底端。基座堵头呈环状，用于与筒状结构的内壁配合连接，并将基座与承接台的接触面压紧。换能器堵头设置在基座堵头的中空区域，用于封堵容纳腔。本申请的技术方案能够在管道不停流的情况下对换能器进行更换，且可以对换能器对应的管道内表面进行污垢清理。

Description

一种分体式换能器封装结构及超声流量计

技术领域

本申请涉及计量仪表的技术领域，具体而言，涉及一种分体式换能器封装结构及超声流量计。

背景技术

超声波换能器是超声流量计的重要组成部分，其性能的优劣将直接影响流量计的稳定性和准确性，其维护的方便性将直接影响其流量计的经济效益。

目前市面上多采用换能器直接与管道内流体相接触的结构形式，这种换能器安装方式必须要将阀门关闭将流体排空后才能进行更换，因此在管道内流体为有害物质或管道管径过于粗大时，将极不方便，甚至更换时流体流失造成经济损失。

此外，还有一些采用换能器直接贴于管道管壁上，对于易产生污垢沉积的流体，在换能器对应的管道内表面沉积污垢后，会造成超声波能量损失，降低检测的准确性，由于换能器的信号接收发射面即为管道的内表面，若想清理换能器对应的管道内表面就必须将整个测量管段拆除，这种结构形式造成无法及时清理换能器对应的管道内表面，进而导致后续维护工作繁琐，效率低下。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种分体式换能器封装结构，其能够在管道不停流的情况下对换能器进行更换，并且还可以在管道短暂停流情况下对换能器对应的管道内部的表面进行污垢清理。

本申请实施例的第二目的还在于提供一种使用上述分体式换能器封装结构的超声波流量计。

第一方面，提供了一种分体式换能器封装结构，用于封装超声流量计的管段上的换能器，分体式换能器封装结构包括筒状结构、可拆卸基座、基座堵头和换能器堵头。筒状结构形成在管段的侧壁上并贯穿管段的管壁，筒状结构由管段的外表面向外延伸预定长度，筒状结构的内壁设置有承接台。基座配置有可与承接台配合的搭接结构，在基座搭接在承接台上时，基座的外壁与筒状结构密封配合，且基座全部容置在筒状结构内；基座还设置有可放置换能器的容纳腔，容纳腔自基座的顶部向下延伸预定深度，并具有封闭底端。基座堵头呈环状，用于在基座搭接在承接台后与筒状结构的内壁配合连接，并将基座与承接台的接触面压紧；基座堵头的中间部分可使换能器穿过。换能器堵头设置在基座堵头的中空区域，包括与容纳腔侧壁配合连接的第一封堵部和与基座堵头内壁密封连接的第二封堵部；换能器堵头用于在换能器放置在基座的容纳腔后将换能器密封固定。

在一种可实施的方案中，筒状结构朝向管段外部开口处的内壁表面设置内螺纹，基座堵头的外表面设置外螺纹，基座堵头的外螺纹用于与筒状结构的内螺纹形成螺纹配合。

在一种可实施的方案中，基座的容纳腔的开口处的内表面设置内螺纹，换能器堵头的第一封堵部的外表面设置外螺纹，第一封堵部的外螺纹用于与基座的容纳腔的内螺纹形成螺纹配合。

在一种可实施的方案中，换能器配置有接收发射面，换能器的接收发射面朝向基座的容纳腔的底面；封装结构还包括耦合层，耦合层填充并填满基座的容纳腔的封闭底端的内表面与换能器的接收发射面之间的空间。

在一种可实施的方案中，还包括限位座，其设置在基座的容纳腔的底端，用于支撑换能器，并使换能器的接收发射面与容纳腔的封闭底端的内表面形成出等距空间；耦合层填充于等距空间内并填满等距空间。

在一种可实施的方案中，等距空间为密闭的空间。

在一种可实施的方案中，换能器堵头的第一封堵部与基座的容纳腔侧壁密封配合；换能器堵头的中间设置有用于换能器的导线通过的通孔，通孔与导线密封配合。

在一种可实施的方案中，耦合层的厚度为50～150微米。

在一种可实施的方案中，基座的容纳腔的封闭底端的内表面至外表面的厚度为1.5～3.5毫米。

根据本申请的第二方面，还提供了一种超声波流量计，包括上述方案中的分体式换能器封装结构。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：采用本申请的分体式换能器封装结构以后，当换能器需要更换和维护时，首先使基座堵头压紧基座，保持基座与筒状结构的密封配合状态。然后，将换能器堵头的第一封堵部与基座的容纳腔分离，将换能器堵头从基座堵头的中间部分抽出，使基座的容纳腔中的换能器裸露出来。最后，将基座的容纳腔内的换能器取出维护或者更换。由此可以看出，在换能器的整个拆装维护或者更换的过程中，基座始终与筒状结构密封配合，管段内流体不会泄露，因此，本申请可以在不关闭管路阀门，在管路不停流、不停机的情况下，实现在管路系统正常运行状态下的换能器维护或更换，提高维护效率，降低维护成本，并且降低了对生产生活的影响。

当管路长时间运行，基座的容纳腔的封闭底端朝向管段内的一面沉积有较多污垢，对超声波的传递产生影响时，需要对基座朝向管段内的一面进行清洁。此时，首先，保持换能器堵头的第一封堵部与容纳腔处于配合状态，并对管段进行停流。然后，将环状的基座堵头从筒状结构上取出，此时基座便可从筒状结构中抽出。最后，对基座朝向管段内的一面进行清洁，清洁完后再次装回筒状结构内。由此可以看出，在对基座朝向管段内的一面清理过程中，只需操作一个基座堵头便可以完成拆卸，以便于高效率的完成清理。同时，将基座拆除后，换能器仍被换能器堵头封闭在基座的容纳腔中，可以很好的保护换能器。

由上述可知，本申请的技术方案能够在管段内流体不停流的情况下对换能器进行更换，并且还可以在管段内流体短暂停流情况下对换能器对应的管道内部的表面进行污垢清理，拆装方便，提高维护效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种分体式换能器封装结构的截面结构示意图；

图2为本申请实施例的分体式换能器封装结构在管段安装的局部结构示意图；

图3为本申请实施例的分体式换能器封装结构在管段安装的整体结构示意图；

图4为本申请实施例的分体式换能器封装结构在管段安装的截面结构示意图。

图中：10、管段；20、换能器；21、导线；30、筒状结构；31、承接台；40、基座；41、搭接结构；50、基座堵头；60、换能器堵头；61、第一封堵部；62、第二封堵部；70、耦合层；80、限位座。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

根据本申请的第一方面，如图1和2所示，首先提供一种分体式换能器封装结构，用于封装超声流量计的管段10上的换能器20，分体式换能器封装结构包括筒状结构30、可拆卸基座40、基座堵头50和换能器堵头60。筒状结构30形成在管段10的侧壁上并贯穿管段10的管壁，筒状结构30由管段10的外表面向外延伸预定长度，筒状结构30的内壁设置有承接台31。可拆卸的基座40配置有可与承接台31配合的搭接结构41，在基座40搭接在承接台31上时，基座40的外壁与筒状结构30密封配合，且基座40全部容置在筒状结构30内；基座40还设置有可放置换能器20的容纳腔，容纳腔自基座40的顶部向下延伸预定深度，并具有封闭底端。基座堵头50呈环状，用于在基座40搭接在承接台31后与筒状结构30的内壁配合连接，并将基座40与承接台31的接触面压紧；基座堵头50的中间部分可使换能器20穿过。换能器堵头60设置在基座堵头50的中空区域，包括与容纳腔侧壁配合连接的第一封堵部61和与基座堵头50内壁密封连接的第二封堵部62；换能器堵头60用于在换能器20放置在基座40的容纳腔后将换能器20密封固定。

采用本申请的分体式换能器封装结构以后，当换能器20需要更换和维护时，首先使基座堵头50压紧基座40，保持基座40与筒状结构30的密封配合状态。然后，将换能器堵头60的第一封堵部61与基座40的容纳腔分离，将换能器堵头60从基座堵头50的中间部分抽出，使基座40的容纳腔中的换能器20裸露出来。最后，将基座40的容纳腔内的换能器20取出维护或者更换。由此可以看出，在换能器20的整个拆装维护或者更换的过程中，基座40始终与筒状结构30密封配合，管段10内流体不会泄露，因此，本申请可以在不关闭管路阀门，在管路不停流、不停机的情况下，实现在管路系统正常运行状态下的换能器20维护或更换，提高维护效率，降低维护成本，并且降低了对生产生活的影响。

当管路长时间运行，基座40的容纳腔的封闭底端朝向管段内的一面沉积有较多污垢，对超声波的传递产生影响时，需要对基座40朝向管段10内的一面进行清洁。此时，首先，保持换能器堵头60的第一封堵部61与基座的容纳腔处于配合状态，并对管段10进行停流。然后，将环状的基座堵头50从筒状结构30上取出，此时基座40便可从筒状结构30中抽出。最后，对基座40朝向管段10内的一面进行清洁，清洁完后再次装回筒状结构30内。由此可以看出，在对基座40朝向管段10内的一面清理过程中，只需操作一个基座堵头50便可以完成拆卸，以便于高效率的完成清理。同时，将基座40拆除后，换能器20仍被换能器堵头60封闭在基座40的容纳腔中，可以很好的保护换能器20。

由上述可知，本申请的技术方案既能够在管段10内流体不停流的情况下对换能器20进行更换，并且还可以在管段10内流体短暂停流情况下对换能器20对应的基座40的容纳腔的封闭底端朝向管段内的一面进行污垢清理，拆装方便，提高维护效率，且清洁后降低超声能量的损失。

在一种实施方案中，如图1所示，在基座40的外壁与筒状结构30密封配合处设置密封件，以增强基座40与筒状结构30的密封效果，防止管段10内的流体泄露和失压。

在一种实施方案中，如图1所示，在基座堵头50的第二封堵部62与基座堵头50内壁连接处设置密封件，以对换能器20所处的容腔密封。

在一种实施方案中，如图1所示，筒状结构30朝向管段10外部开口处的内壁表面设置内螺纹，基座堵头50的外表面设置外螺纹，基座堵头50的外螺纹用于与筒状结构30的内螺纹形成螺纹配合，从而极为方便的对基座堵头50进行拆卸或安装。

在一种实施方案中，如图1所示，基座40的容纳腔的开口处的内表面设置内螺纹，换能器堵头60的第一封堵部61的外表面设置外螺纹，第一封堵部61的外螺纹用于与基座40的容纳腔的内螺纹形成螺纹配合，从而极为方便的对换能器堵头60进行拆卸或安装。

在一种实施方案中，如图1所示，换能器20配置有接收发射面，换能器20的接收发射面朝向基座40的容纳腔的底面。封装结构还包括耦合层70，耦合层70填充并填满基座40的容纳腔的封闭底端的内表面与换能器20的接收发射面之间的空间。

耦合层70的作用是，填充在换能器20的接收发射面与容纳腔的封闭底端的内表面之间，使换能器20的接收发射面与容纳腔的封闭底端之间很难再产生或进入气泡或空气，降低甚至消除气泡对超声能量的散射，从而减少超声能量的损失，提高了超声信号的准确性和稳定性。

同时，假如基座40的容纳腔的封闭底端的表面的加工一致性不好，表面粗糙，耦合层70可以在一定程度上填充和抹平粗糙的容纳腔的封闭底端的表面，弥补加工误差等原因造成的容纳腔的封闭底端表面的不平整，从而提高水表超声传递的稳定性，保证计量的精确性。

在一种实施方案中，如图1所示，还包括限位座80，其设置在基座40的容纳腔的底端，用于支撑换能器20，并使换能器20的接收发射面与容纳腔的封闭底端的内表面形成出等距空间；耦合层70填充于等距空间内并填满等距空间。

限位座80根据实际需要确定好高度后，等距空间的高度也随之确定，从而保证用来填充耦合层70的等距空间是高度确定且高度均匀一致的空间，如此当耦合层70填充满等距空间后，则耦合层70的厚度与等距空间具有一样的特点，即耦合层70的厚度也是厚度均匀一致，使得穿过耦合层70任何位置的超声波信号衰减或者影响都一致，尽可能的降低了耦合层70不同位置的厚度差异对超声能量的影响，保证了超声信号的一致性。

在一种实施方案中，限位座80为与基座40一体成形的结构。

在一种实施方案中，如图1所示，上述的等距空间为密闭的空间。密封的等距空间可以保护其内的耦合层70，尽可能的减缓等距空间内所填满的耦合层70因为温度变化产生挥发和流失的速度，提高耦合层70作为超声传递介质的稳定性，从而使耦合层70在更长的时间内发挥传导介质的作用，相应的提高了耦合层70的使用寿命。

在一种实施方案中，耦合层70为膏状或液态的耦合剂构成的膏状或液态耦合层，膏状或液态耦合层更易于充填等距空间中微小空隙，不使这些空隙间的微量空气影响超声的穿透。其次是通过耦合剂“过渡”作用，使换能器20与基座40的容纳腔的封闭端之间的声阻抗差减小，从而减小超声能量在基座40的容纳腔的封闭端界面的反射损失。

在一种实施方案中，如图1所示，换能器堵头60的第一封堵部61与基座40的容纳腔侧壁密封配合；换能器堵头60的中间设置有用于换能器20的导线21通过的通孔，通孔与导线21密封配合。此处结构使换能器20所处的空间完全被密封，从而尽量避免或者减缓换能器20的氧化。

在一种实施方案中，耦合层70的厚度为50～150微米。本实施例测试耦合层70厚度为50微米、150微米及100微米等多个数值，得出以下结论，超声波穿过厚度为50～150微米的耦合层70的超声能量衰减程度低，能量散失少，能保持较好的超声信号传递稳定性，在长期使用中也可以保持较好的准确性。因此，耦合层70厚度为50～150微米对于本封装结构来说较为合适。

在一种实施方案中，基座40的容纳腔的封闭底端的内表面至外表面的厚度为1.5～3.5毫米。本实施例测试容纳腔的封闭端厚度1.5毫米、3.5毫米及2.65毫米等多个数值，1.5毫米、3.5毫米的超声信号传递功率能接近900mv左右，2.65毫米的超声信号传递功率基本无限接近900mv，且能够保持稳定。因此，1.5～3.5毫米对于本封装结构来说较为合适。

在一种实施方案中，基座40的材质为工程塑料。工程塑料可以起到较好的电流隔离作用，尽可能降低甚至消除管段10及流体带电对换能器20和连接电路造成的影响。

根据本申请的第二方面，还提供了一种超声波流量计，如图3和4所示为超声波流量计的测量管段，包括上述方案中的分体式换能器封装结构。超声波流量计可以采用一对、两对或者两对以上斜对应的分体式换能器封装结构的形式。超声波流量计也可以采用同侧布置一对分体式换能器封装结构的形式，并在管段10内设置超声传递结构。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分体式换能器封装结构，用于封装超声流量计的管段（10）上的换能器（20），其特征在于，分体式换能器封装结构包括：

筒状结构（30），其形成在管段（10）的侧壁上并贯穿所述管段（10）的管壁，所述筒状结构（30）由所述管段（10）的外表面向外延伸预定长度，所述筒状结构（30）的内壁设置有承接台（31）；

可拆卸的基座（40），其配置有可与所述承接台（31）配合的搭接结构（41），在所述基座（40）搭接在所述承接台（31）上时，所述基座（40）的外壁与所述筒状结构（30）密封配合，且所述基座（40）全部容置在所述筒状结构（30）内；所述基座（40）还设置有可放置换能器（20）的容纳腔，所述容纳腔自所述基座（40）的顶部向下延伸预定深度，并具有封闭底端；

基座堵头（50），呈环状，用于在所述基座（40）搭接在所述承接台（31）后与所述筒状结构（30）的内壁配合连接，并将所述基座（40）与所述承接台（31）的接触面压紧；所述基座堵头（50）的中间部分可使所述换能器（20）穿过；

换能器堵头（60），其设置在所述基座堵头（50）的中空区域，包括与所述容纳腔侧壁配合连接的第一封堵部（61）和与所述基座堵头（50）内壁密封连接的第二封堵部（62）；所述换能器堵头（60）用于在所述换能器（20）放置在所述基座（40）的所述容纳腔后将所述换能器（20）密封固定。

2.根据权利要求1所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述筒状结构（30）朝向所述管段（10）外部开口处的内壁表面设置内螺纹，所述基座堵头（50）的外表面设置外螺纹，所述基座堵头（50）的外螺纹用于与所述筒状结构（30）的内螺纹形成螺纹配合。

3.根据权利要求1所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述基座（40）的所述容纳腔的开口处的内表面设置内螺纹，所述换能器堵头（60）的所述第一封堵部（61）的外表面设置外螺纹，所述第一封堵部（61）的外螺纹用于与所述基座（40）的所述容纳腔的内螺纹形成螺纹配合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的分体式换能器封装结构，所述换能器（20）配置有接收发射面，其特征在于，所述换能器（20）的接收发射面朝向所述基座（40）的所述容纳腔的底面；

封装结构还包括耦合层（70），所述耦合层（70）填充并填满所述基座（40）的所述容纳腔的封闭底端的内表面与所述换能器（20）的接收发射面之间的空间。

5.根据权利要求4所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，还包括限位座（80），其设置在所述基座（40）的所述容纳腔的底端，用于支撑所述换能器（20），并使所述换能器（20）的接收发射面与所述容纳腔的封闭底端的内表面形成出等距空间；所述耦合层（70）填充于所述等距空间内并填满所述等距空间。

6.根据权利要求5所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述等距空间为密闭的空间。

7.根据权利要求6所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述换能器堵头（60）的所述第一封堵部（61）与所述基座（40）的所述容纳腔侧壁密封配合；所述换能器堵头（60）的中间设置有用于所述换能器（20）的导线（21）通过的通孔，所述通孔与所述导线（21）密封配合。

8.根据权利要求7所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述耦合层（70）的厚度为50～150微米。

9.根据权利要求7所述的分体式换能器封装结构，其特征在于，所述基座（40）的所述容纳腔的封闭底端的内表面至外表面的厚度为1.5～3.5毫米。

10.一种超声波流量计，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的分体式换能器封装结构。

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