CN114812714A - 一种超声波流量计结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流量计技术领域，公开了一种超声波流量计结构，包括：设于管道上且具有凹腔的壳体，及位于凹腔底部的换能器；换能器上设有第一通孔；凹腔底部具有用于穿过第一通孔并用于固定换能器的固定柱；固定柱与第一通孔的侧壁抵接。能提高换能器收发信号的能力，提高稳定性。

Description

一种超声波流量计结构

技术领域

本发明涉及流量计技术领域，特别是涉及一种超声波流量计结构。

背景技术

目前，常用型的超声波流量计是由换能器与壳体组装结合为一体，超声波流量计包括两个或更多个换能器组件，所述两个或更多个换能器组件各自固定在流量计的壳体内。换能器组件贴合在壳体内的底部，但是现有的换能器组件没能与壳体很好的固定，导致收发信号能力差和稳定性差。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能将换能器组件与壳体稳定固定，以提高换能器收发信号的能力，提高稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种超声波流量计结构，包括：设于管道上且具有凹腔的壳体，及位于所述凹腔底部的换能器；所述换能器上设有第一通孔；所述凹腔底部具有用于穿过所述第一通孔并用于固定所述换能器的固定柱；所述固定柱与所述第一通孔的侧壁抵接。

本发明实施例一种超声波流量计结构与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置凹腔来容置换能器，并且在换能器上设置第一通孔，在凹腔底部设置固定柱，通过固定柱穿过第一通孔实现对换能器的限制，将换能器固定在凹腔底部，提高换能器收发信号的能力，提高稳定性。

进一步的，所述换能器包括PCB板和压电元件；所述压电元件贴装在所述PCB板上；所述压电元件与所述凹腔底面贴合；所述第一通孔位于所述PCB板的边缘。压电元件用于发射或接收超声波信号，压电元件贴装在PCB板上，通过PCB板处理压电元件接收的超声波信号，或者控制压电元件发射超声波信号。其结构简单，运行稳定可靠。

进一步的，所述PCB板开设有第二通孔，且所述压电元件覆盖在所述第二通孔上。开设第二通孔，减小了PCB板与压电元件的接触面积，在压电元件表面形成空气背衬，增强压电元件信号接收和发送的灵敏度。具体的，在所述第二通孔周围的所述PCB板未覆铜和未上油，也能有效的提高压电元件信号接收和发送的灵敏度。

进一步的，所述PCB板具有耳板，且所述第一通孔位于所述耳板上。设置耳板便于第一通孔的开设和便于将PCB板固定。

进一步的，所述固定柱、所述耳板，以及所述第一通孔的数量均为两个，且所述固定柱、所述耳板，以及所述第一通孔一一对应。设置两个通孔，能更有效的对PCB板进行固定。

进一步的，所述凹腔和所述换能器的数量均为两个，且一一对应；两个所述凹腔均位于所述管道流向的正上方，且两个所述凹腔对称分布在所述壳体中心点的两侧。两个换能器间相互发射的超声波会经过管道的反射而接收到对方的超声波信号，进而通过PCB板的处理得出相应的流量信息。两个换能器均设于管道的同一侧，可将流量计做成一个整体，且减小流量计的体积。

进一步的，两个所述凹腔的底面均为斜面，且两个所述斜面呈“八”字形分布。将凹腔的底面设为斜面可减小超声波的反射次数，同时在管道内的流体施加压力后，能提高换能器接收和发射超声波信号的稳定性。具体的，进入流场中突出的小块，可降低余震、排除气泡。

进一步的，所述流向在所述斜面所在平面的投影与所述流向的夹角为10°至20°。在该数值范围内的角度值其稳定性最高。

进一步的，所述壳体还具有容置腔，且所述凹腔位于所述容置腔底部。将壳体设置成具有容置腔，能在该容置腔内容纳电路和换能器等其他元器件。此时的凹腔主要用于容纳PCB板和压电元件。

进一步的，所述固定柱为热铆柱。通过热铆柱将固定柱固定在PCB板上能很好的限制住PCB板脱离凹腔。

附图说明

图1是本发明实施例壳体剖视图；

图2是本发明实施例PCB板结构图；

图3是本发明实施例PCB板和压电元件配合剖视图；

图中，1、壳体；11、凹腔；12、固定柱；13、凸部；14、容置腔；2、换能器；21、PCB板；22、耳板；23、第一通孔；24、第二通孔；25、压电元件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-3所示，本发明实施例优选实施例的一种超声波流量计结构，包括：设于管道上且具有凹腔的壳体，及位于凹腔底部的换能器；换能器上设有第一通孔；凹腔底部具有用于穿过第一通孔并用于固定换能器的固定柱；固定柱与第一通孔的侧壁抵接。

本发明实施例一种超声波流量计结构与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置凹腔来容置换能器，并且在换能器上设置第一通孔，在凹腔底部设置固定柱，通过固定柱穿过第一通孔实现对换能器的限制，将换能器固定在凹腔底部，提高换能器收发信号的能力，提高稳定性。

在一个实施例中，换能器2包括PCB板21和压电元件25；压电元件25贴装在PCB板21上；即压电元件25通过锡焊等方式与PCB板21的相应电路连接，锡焊不仅能保证压电元件与PCB板21电连接，还能保证压电元件25与PCB板21固定连接。压电元件25与凹腔11底面贴合；为保证压电元件25与凹腔11底面稳定的贴合，压电元件25还通过胶水粘接在凹腔11的底面。第一通孔23位于PCB板21的边缘。压电元件25用于发射或接收超声波信号，压电元件25贴装在PCB板21上，通过PCB板21处理压电元件25接收的超声波信号，或者控制压电元件25发射超声波信号。其结构简单，运行稳定可靠。

在一个实施例中，PCB板21开设有第二通孔24，且压电元件25覆盖在第二通孔24上。开设第二通孔24，减小了PCB板21与压电元件25的接触面积，增加了压电元件25表面与空气的接触面积，增加压电元件25表面的空气背衬面积，以空气为背衬能提高压电元件25接收和发送信号的最大峰值电压和余振的幅值比用其他材料为背衬的大，所以空气背衬可使压电元件25检测到更小的超声波信号，空气背衬增强了压电元件信号接收和发送的灵敏度。具体的，在第二通孔24周围的PCB板21未覆铜材料，且未上油，使得压电元件25与PCB板21的接触面积进一步减小，可进一步提高了压电元件25空气背衬面积，也能有效的提高压电元件25信号接收和发送的灵敏度。

具体的，PCB板21和压电元件25均为圆，第二通孔24的直径为5mm-10mm；保证压电元件25的空气背衬在一定范围内，若孔径过大，会导致空气背衬面积过大，使得压电元件25接收到很多干扰信号，影响换能器的工作精度，反之，孔径越小，压电元件25的背衬声学阻抗越强，导致压电元件25不能检测到较小的超声波信号，降低压电元件25信号接收和发送的灵敏度。

第二通孔24的数量可为多个，且多个第二通孔24均位于压电元件25正上方，采用多个小孔径的第二通孔24可以在满足压电元件25对空气背衬需求的同时还能保证PCB板21的强度。

在一个实施例中，PCB板21具有耳板22，且第一通孔23位于耳板22上。设置耳板22便于第一通孔23的开设和便于将PCB板21固定。

在一个实施例中，固定柱12、耳板22，以及第一通孔23的数量均为两个，且固定柱12、耳板22，以及第一通孔23一一对应。设置两个通孔，能更有效的对PCB板21进行固定。

在一个实施例中，凹腔11和换能器2的数量均为两个，且一一对应；两个凹腔11均位于管道流向的正上方，且两个凹腔11对称分布在壳体1中心点的两侧。两个换能器2间相互发射的超声波会经过管道的反射而接收到对方的超声波信号，进而通过PCB板21的处理得出相应的流量信息。两个换能器2均设于管道的同一侧，可将流量计做成一个整体，且减小流量计的体积。具体的，在本实施例中，管道内还设有反射片，该反射片贴合在管道的内壁上，用于反射超声波信号。

在一个实施例中，两个凹腔11的底面均为斜面，且两个斜面呈“八”字形分布。凹腔11底面倾斜设置后，使得压电元件25发射的超声波的方向与管道流向所形成的角度发生改变，两个压电元件25的发射角度增大，进而使得反射角度也增大，最终使得一个压电元件25反射的超声波在管道内只需发生几次反射(W反射结构)，甚至只需反射一次(V反射结构)就能到达对面的压电元件25中。相比于凹腔11底面与管道流向平行是的情况，凹腔11底面倾斜设置能减小超声波的反射次数，减小超声波信号传输时的因多次反射所造成能量损失，由于超声波的反射次数少，能量损失少，在管道内的流体施加压力后，除去水流对超声波信号干扰所损失的能量后，超声波的信号依然很稳定，提高换能器接收和发射超声波信号的稳定性。两个凹腔11的倾斜设置，可缩小两个凹腔11的距离，使得壳体1的体积更加小巧与合理。

在一个实施例中，两个凹腔11底面相靠近的一端与壳体1连接形成一个向壳体1外部突出的凸部13，该凸部13的尖端与凹腔11底面的另一端位于同一个平面上，该凸部13为山脊状并环绕在凹腔11底面周围。该凸部与流体接触，在流体经过该凸部时可降低超声波的余震，且能排除气泡；凸部13的上端为一个凹部，该凹部结构和形状与凸部13向配合，设置凹部使得壳体的厚度均匀分布，能节省壳体重量以及节省材料的使用。

在一个实施例中，流向在斜面所在平面的投影与流向的夹角为10°至20°。在该数值范围内的角度值其稳定性最高。

在一个实施例中，壳体还具有容置腔14，且凹腔11位于容置腔内壁。将壳体1设置成具有容置腔14，能在该容置腔14内容纳电路和换能器2等其他元器件。此时的凹腔主要用于容纳PCB板21和压电元件25。

在一个实施例中，固定柱12为热铆柱。通过热铆将固定柱12固定在PCB板21上能很好的限制住PCB板21脱离凹腔11。

本发明的工作过程为：如图1-3所示，将换能器2的PCB板21上的第一通孔23穿过热铆柱，安装在凹腔11底部，通过热铆的方式将PCB板21固定；两个压电元件25同时发射超声波信号，超声波信号在管道内经过反射进入到对方的换能器2中，PCB板21根据两个换能器2接收到超声波信号时间间隔，在根据设定的流体密度，管道直径等参数，计算出流体的流量。

综上，本发明实施例提供一种超声波流量计结构，其通过设置凹腔来容置换能器，并且在换能器上设置第一通孔，在凹腔底部设置固定柱，提高换能器收发信号的能力，提高稳定性；通过固定柱穿过第一通孔实现对换能器的限制，将换能器固定在凹腔底部，同时将凹腔底面设置为斜面，能提高换能器接收和发射超声波信号的稳定性；并且在PCB板上开设第二通孔，减小了PCB板与压电元件的接触面积，在压电元件表面形成空气背衬，增强压电元件信号接收和发送的灵敏度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超声波流量计结构，其特征在于，包括：用于设在管道上且具有凹腔的壳体，及位于所述凹腔底部的换能器；所述换能器上设有第一通孔；所述凹腔底部具有用于穿过所述第一通孔并用于固定所述换能器的固定柱；所述固定柱与所述第一通孔的侧壁抵接。

2.根据权利要求1所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述换能器包括PCB板和压电元件；所述压电元件贴装在所述PCB板上；所述压电元件与所述凹腔底面贴合；所述第一通孔位于所述PCB板的边缘。

3.根据权利要求2所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述PCB板开设有第二通孔，且所述压电元件覆盖在所述第二通孔上。

4.根据权利要求2所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述PCB板具有耳板，且所述第一通孔位于所述耳板上。

5.根据权利要求4所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述固定柱、所述耳板，以及所述第一通孔的数量均为两个，且所述固定柱、所述耳板，以及所述第一通孔一一对应。

6.根据权利要求1-5任一项所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述凹腔和所述换能器的数量均为两个，且一一对应；两个所述凹腔均位于所述管道的流向的正上方，且两个所述凹腔对称分布在所述壳体中心点的两侧。

7.根据权利要求6所述的超声波流量计结构，其特征在于，两个所述凹腔的底面均为斜面，且两个所述斜面呈“八”字形分布。

8.根据权利要求7所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述流向在所述斜面所在平面的投影与所述流向的夹角为10°至20°。

9.根据权利要求1所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述壳体还具有容置腔，且所述凹腔位于所述容置腔内壁上。

10.根据权利要求1所述的超声波流量计结构，其特征在于，所述固定柱为热铆柱。

Images