CN115900852A - 一种气表流道组件及安装有该组件的超声波气表 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气表流道组件及安装有该组件的超声波气表，所述流道组件包括腔体分隔板、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构；环形整流结构包括多个同心设置的环形分隔管，环形分隔管通过连接筋与相邻环形分隔管进行连接；两个超声波换能器安装部分别固定设置在流道本体的左侧进气口和右侧出气口外侧，超声波换能器安装部朝向流道本体的内侧面设置有与流道本体同轴设置的用于容纳超声波换能器的安装孔；两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布。该气表流道组件的流道中上下游的飞行时间差得到提高，气表的测量精度和抗干扰能力也得到改善。

Description

一种气表流道组件及安装有该组件的超声波气表

技术领域

本发明涉及超声波气表技术领域，尤其涉及一种气表流道组件及安装有该组件的超声波气表。

背景技术

流量计广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究对外贸易以及人民生活各个领域之中。随着技术的飞速发展，流量计的种类繁多。根据力学、热学、声学、电学、光学、原子物理学等不同原理研制出的不同用途的流量计，如机械式流量计、电磁式流量计、超声波流量计等。

超声波流量计由于超声波气表具有量程宽、压损小、无可动部件、测量精度高等突出优势，是具有未来发展潜力的一种新型仪表。超声波流量计是利用超声波在流动的液体中传播时，载有流体流量的信息原理，通过检测穿过流体的超声波信号就可以得到所测流体的流速信息，最后再根据相应原理换算成测量所需的流量。具体测量方法是在被测管道的上下游安装了两个不分正负极性的配对的超声波换能器。上游的换能器发射一串超声波脉冲，经过流动的流体传播到下游换能器，下游换能器接收到超声波信号后，记录下超声波脉冲的相关信息，同理可记录下上游换能器接收到下游换能器发射的超声波脉冲的相关信息。通过记录的超声波脉冲的相关信息再结合相应的原理就可以换算成所要测量的流量。根据测流原理划分，超声波流量计主要采用时差法、频差法和多普勒法这几种工作原理。

但是目前，国内超声波燃气表技术主要依靠国外技术，国外超声波气表方案中，为了增加声程，超声波的测量路径主要是折射型，如V形、W形等，如图26所示，其特点在于，一对超声波换能器安装在流道管体的同侧的侧壁上，但是，受限于传输方式的影响，该结构声波传输的有效声程只是平行于气体流动方向两换能器间中心距离，多次反射会增加声波的衰减，小流量测量飞行时间差小，零漂带入的引用误差较大，导致测量精度不高，抗干扰能力弱。或者如图27所示，采用Z型，将一对超声波换能器分别安装在流道管体的相对的侧壁上，但是这样存在声程短，测量精度也不高的问题。

因此，现有超声波气表还有待进一步发展。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种气表流道组件及安装有该组件的超声波气表，该气表流道组件将超声波换能器对应的设置在流道本体的两端，并采用同心设置的环形整流结构，不仅提高了流场稳定性，并且提高了流道中上下游的飞行时间差，提高了气表的测量精度的同时还提高了抗干扰能力。

为解决上述问题，本发明提供了以下技术方案：

一方面，本发明提供一种气表流道组件，其包括被配置为安装在气表壳体内的腔体分隔板、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构；环形整流结构包括多个同心设置的环形分隔管，环形分隔管通过连接筋与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接；

两个超声波换能器安装部分别固定设置在流道本体的左侧进气口和右侧出气口外侧，超声波换能器安装部朝向流道本体的内侧面设置有与流道本体同轴设置的用于容纳超声波换能器的安装孔；两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布。

具体地，超声波换能器安装部通过固定支架固定在流道本体的左侧进气口和右侧出气口外侧。

具体地，所述固定支架的一端与超声波换能器安装部外侧面进行连接，固定支架的另一端与流道本体或腔体分隔板进行连接。

优选地，所述流道组件中，流道本体的左侧进气端和右侧出气端分别向外形成内径逐渐扩大的呈曲面的进气导流板和出气导流板。

优选地，所述流道组件中，至少一个超声波换能器安装部通过固定支架与腔体分隔板进行固定连接。

一种实施方式中，流道本体的左侧进气端配置有球面引流罩，球面引流罩的直径大于流道本体的直径，球面引流罩壁面上设置多个进气孔；流道本体的右侧出气端形成直径逐渐扩大的曲面出气导流板。

优选地，流道本体的左侧进气端设置为喇叭形的进气导流板，进气导流板的外周边与球面引流罩连接。

优选地，所述流道组件中，球面引流罩的外端向外延伸出第一超声波换能器安装部，或者，球面引流罩的外端向球面中心延伸出第一超声波换能器安装部。

另一种实施方式中，两个超声波换能器安装部分别通过固定支架与腔体分隔板的左右两侧进行固定连接。

优选地，每个超声波换能器安装部的上下对称分布有两个固定支架，两个固定支架为细长的连接杆，或者其他结构。本实施例中，所述固定支架为L形连接杆。其他实施例中，所述固定支架的数量和位置可以进行调整和变化。

优选地，另一种实施方式中，所述流道组件中，各超声波换能器安装部外侧面通过固定支架与流道本体端部的进气导流板或出气导流板进行固定连接；所述超声波换能器安装部的主体为圆柱体，安装孔设置在圆柱体的主体内，超声波换能器安装部远离流道本体的外侧部设置为圆锥形导流部。

优选地，在此基础上，所述固定支架的一端连接超声波换能器安装部的侧面，固定支架的另一端连接临近的进气导流板或出气导流板；所述固定支架的数量至少为两个，多个固定支架对称地分布在超声波换能器安装部的周围。

本实施例中，所述固定支架为一U形连接杆，数量为两个或三个。

可选地，所述环形分隔管的数量为个，环形整流结构为内外两层结构；连接筋设置在环形整流结构的两端位置或者中部位置，或者，连接筋设置为从环形整流结构的一端延伸至另一端。

优选地，从内向外的两个环形分隔管的半径依次分别为1/8D、5/16D，D为流道本体的内径。

优选地，超声波换能器安装部前端面与出气导流板根部之间的距离为3/8D，D为流道本体内径。

可选地，环形整流结构和流道本体之间为一体式设置，或者两者通过超声波焊接、粘接、卡接或螺接的方式进行连接。流道本体与腔体分隔板之间可设置为一体式，或者通过超声波焊接、卡接、螺接等方式进行固定连接。

可选地，所述流道组件整体采用塑料材质制成。这样设置极大地减轻了流道组件的重量，也降低了其制造和加工成本。

第二方面，本发明还提供一种超声波气表，其包括：气表壳体、设置在气表壳体进气口的进气阀、水平的安装在气表壳体内的如权利要求所述的超声波气表组件，气表壳体内的腔室被腔体分隔板分隔为左右分布的进气腔和出气腔，进气腔的体积大于出气腔的体积。

本发明提供的对射型超声波气表流道组件及超声波气表具有以下有益效果：

1、上述气表流道组件的结构简单，设计巧妙，一方面，通过流道本体内环形整流结构的设置，在大幅度地减小湍流强度的同时还增加了测量段流场的稳定性。另一方面，对射流道分布设置提高了上下游的飞行时间差，极大地提高了声波在传输过程中的声程，在提高流量测试精度的同时增加了抗干扰能力。

2、与目前主流流道模组相比较，上述流道组件的结构优势使其计算得到的飞行时间差提高到3～4倍以上，减小小流量测量时零漂带入的误差影响，在测量流量时提高了精度。

附图说明

图1为本发明实施例1的超声波气表的立体结构示意图；图中部分壳体进行剖视处理；

图2为实施例1的气表流道组件的立体结构示意图；

图3为实施例1的气表流道组件的纵向剖视图；

图4为实施例1的气表流道组件的横截面剖视图；

图5为实施例1的气表流道组件的部分剖视的立体图一；流道组件的两端进行了部分剖视的结构；

图6为图5的结构的另一角度的立体结构示意图；

图7为实施例2的另一种气表流道组件的立体结构示意图；

图8为实施例2的气表流道组件的剖视图；

图9为实施例2的气表流道组件的部分机构剖视图；图中仅一端进行部分剖视；

图10为实施例3的超声波气表的立体结构示意图；图中部分壳体进行剖视处理；

图11为实施例3的气表流道组件的立体结构示意图；

图12为实施例3的气表流道组件的俯视结构示意图；

图13为实施例3的气表流道组件的左视结构示意图；

图14为实施例3中图12的A-A剖视图；

图15为实施例3中图12的A-A剖面立体结构示意图；

图16为实施例3中图13的B-B剖视图；

图17为实施例3中图12的C-C剖视图；

图18为实施例4的超声波气表的立体结构示意图；图中部分壳体进行了去除；

图19为实施例4的气表流道组件的立体结构示意图；

图20为实施例4的气表流道组件的俯视结构示意图；

图21为实施例4的气表流道组件的左视结构示意图；

图22为图20的A-A剖视图；

图23为图21的B-B剖面立体结构示意图；

图24为实施例4中流道组件的部分剖视结构示意图；

图25为实施例4中流道组件的横截面结构示意图；

图26和图27分别为现有的超声波气表的测量路径的结构示意图；

图28为现有超声波气表专利的结构示意图；

图29为实施例1的超声波气表的部分结构放大示意图；

图30是实施例1～2的超声波气表的示值误差测试结果；

图31是实施例3的超声波气表的示值误差测试结果；

图32是实施例4的超声波气表的示值误差测试结果；

附图标记说明如下：

腔体分隔板1、流道本体2、环形整流结构3、环形分隔管31、连接筋32、内连接筋321、外连接筋322、球面引流罩4、第一超声波换能器安装部41、第一安装孔42、进气孔43、出气导流板51、进气导流板52、固定支架6、第二超声波换能器安装部61、第二安装孔62、第一超声波换能器71、第二超声波换能器72、气表壳体8、进气腔81、出气腔82、进气口83、出气口84、进气阀9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提供一种气表流道组件，其包括被配置为安装在气表壳体内的腔体分隔板、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构；环形整流结构包括多个同心设置的环形分隔管，环形分隔管通过连接筋与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接。

两个超声波换能器安装部分别固定设置在流道本体的左侧进气口和右侧出气口外侧，超声波换能器安装部朝向流道本体的内侧面设置有与流道本体同轴设置的用于容纳超声波换能器的安装孔，便于后续用于安装超声波换能器。两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布。

上述超声波换能器安装部可通过多种不同的方式固定设置在流道本体的左侧进气口和右侧出气口的外侧。例如，超声波换能器安装部通过固定支架与流道本体的两端端部进行固定连接，或者各超声波换能器安装部通过固定支架与临近的腔体分隔板的对应面进行固定连接，等等。

以下通过下述具体实施例对本发明的气表流道组件的方案进行具体说明。

实施例1

本实施例提供一种气表流道组件，如图2-6所示，该流道组件包括：被配置为纵向安装在气表壳体内的腔体分隔板1、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体2，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构3。

上述纵向设置的腔体分隔板用于安装在气表壳体内，将气表内腔分隔成两个腔室，气表壳体的内腔被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔和出气腔。

流道本体与腔体分隔板之间可设置为一体式，或者通过超声波焊接、卡接、螺接等方式进行固定连接。

环形整流结构3和流道本体2之间可设置为一体式，或者两者通过超声波焊接、粘接、卡接、螺接等方式进行连接。

优选地，为降低成本以及进行产品轻量化处理，上述流道组件采用现有的塑料材质制成。

流道本体的左侧进气端配置有球面引流罩4，球面引流罩4的直径大于流道本体2的直径，球面引流罩壁面上设置多个进气孔43。所述进气孔可设置为不同形状，均匀分布。

优选地，本实施例中，进气孔为矩形孔或槽型孔，沿环形流道等距周向分布。所述球面引流罩的形状为球形、半球形等具有球面特征的形状，并不要求其具有完整的球体形状。进入进气腔的气体沿着球面引流罩的进气孔进入流道本体中，所述球面引流罩的作用体现在两方面，一方面将紊乱的气体导流并缓冲进入流道本体，增加气体在流道本体内分布的均匀性，另一方面，所述球面引流罩起到固定换能器的作用，极大的降低对射分布的超声波换能器对气体流场造成的干扰和影响。

流道本体的右侧出气端形成直径逐渐扩大的曲面出气导流板51，呈喇叭状，起到更好的导流作用，出气导流板51与换能器安装部61形成环形导流间隙，气体沿该环形导流间隙流出换能器72，进入出气腔82，基于出气导流板与换能器的共同作用约束了该处气体的湍流流动，降低出气口处气体的扰流程度，减小声波加载影响计量准确度的干扰信息。

优选地，本实施例中，流道本体的左侧进气端也设置为喇叭形的进气导流板52，进气导流板52的外周边与球面引流罩4连接。

进气导流板和球面引流罩的连接方式包括：进气导流板和球面引流罩为一体设置，或者，进气导流板和球面引流罩通过粘接、超声波焊接、插接等方式进行连接。

目前超声波气表的整流结构主流结构是采用在矩形横截面的流道内安装平行排列的多个矩形整流片，如图28所示，公告号为CN103210287B的专利公开的超声波流体计量装置中，超声波换能器都设置在顶板上，分隔板为多个平行设置，从上方开口部插入。这种整流结构适用于具有矩形流道且采用折射型传播方式的超声波气表，由于受限于传输方式的影响，该结构中声波传输的有效声程只是平行于气体流动方向的两换能器中心距离，声程有限，且多次反射会增加声波的衰减，给信号检测会带来较大难度。

基于上述现有技术的问题，为了大幅度延长声波传输的有效声程，降低声波的衰减，提高信号检测的精度，并同时保证提高对进入到流道本体内的气体的整流效果，本实施例创新性地使用环形整流结构和对射式超声波换能器布局相结合的方案，方案具体进行了如下改进：

环形整流结构3包括多个同轴(即同心)设置的环形分隔管31，环形分隔管通过连接筋32与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接。

所述环形分隔管基本分布在整个流道本体中，环形分隔管的数量为至少两个，可根据流道本体的内径和具体需要对环形分隔管的数量和规格进行对应的调整。上述结构打破常规流道结构，采用同轴设置的多个分隔管减小流动过程中气体流场的雷诺数(Re)，降低流场流动过程中的湍动程度，为流量测试提供更稳定的速度场。

本实施例中，优选地，所述环形分隔管31的数量为2个，环形整流结构为内外两层结构；环形分隔管的厚度为1/16D，从内向外的两个环形分隔管的半径分别为1/8D、5/16D，其中D为流道本体内径。

优选地，如图29所示，超声波换能器安装部前端面与出气导流板根部之间的距离X为3/8D，D为流道本体内径。

为了解决本申请对射型气表流道本体中的超声波换能器的安装问题，球面引流罩的外端设置有第一超声波换能器安装部41，腔体分隔板1朝向流道本体的出气导流板侧设置有一固定支架6，固定支架6上对应流道本体出口的位置设置有第二超声波换能器安装部61，两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布，使声波传射方向与气体运动方向平行。

本实施例中，每个超声波换能器安装部的上下对称分布有两个固定支架，两个固定支架为细长的L形的连接杆，其他实施例中，所述固定支架还可以有其他结构变形。其他实施例中，所述固定支架的数量和位置也可以进行调整和变化，不受本实施例的限制。

所述固定支架与腔体分隔板直接可设置为一体成型，或者，固定支架是通过螺接、卡接、粘接、超声波焊接等方式与腔体分隔板进行固定连接。

上述气表流道组件的工作原理具体如下：

如图3所示，气体经进气阀门进入左侧的进气腔后，气体在进气腔内进行缓冲，降低气体流经阀门的扰动程度，缓冲的气体在进气腔经过球面引流罩的进气孔后再次缓冲后，在进气导流板的导流聚集作用下进入流道本体(即测试段)，经测试的气体在出气导流板处围成的出口流出，避开下游换能器和固定支架，在出气腔进行缓冲后，最后流经出气口被排出。

而超声波在测量过程中加载在气体在管道内流动的速度信息，导致上下游飞行时间产生差值，通过时间差的计算得到气体在管段内的流速大小，继而得到流量值。

本实施例的流道组件采用对射型设置，将超声波的位置分别设置在流道本体的两端，不仅极大地提高了声波在传输过程中的声程，而且，由于气体的流动方向和超声波的传播方向一致，气体的速度全部加载在声波速度上，这种设置的优势使计算得到的飞行时间差提高到3～4倍以上(与目前主流的折射型相比较)，大大减小了小流量零漂带来的计量误差影响，在测量流量时提高了测量精度。

本实施例中，具体地，连接筋包括内连接筋和外连接筋。如图4所示，环形分隔管之间延伸出相连接的内连接筋321，最外侧的环形分隔板向流道本体内壁方向延伸出用于连接流道本体的外连接筋322。

本发明中，所述连接筋可设置在环形整流结构的任何位置，起到将环形整流器固定在流道本体内腔的作用。

本实施例中，如图3所示，为尽可能的降低连接筋对于流道本体内腔中的气流造成的影响，并保证环形整流结构的连接稳定性，连接筋设置在环形整流结构的两端位置；其他实施例中，连接筋设置在环形整流结构的中部位置；或者，如实施例2中图8-9所示，连接筋可设置为从环形整流结构的一端延伸至另一端，提高内部结构的稳定性。

本实施例中，如图3和5所示，球面引流罩4外端沿着流道本体的轴向向外延伸出第一安装部41。球面引流罩的横截面沿着远离第一安装部的方向逐渐变大，直至衔接到进气导流板的边缘。

本实施例中，如图5和图6所示，第一超声波换能器安装部41内设有与流道本体同轴设置的第一安装孔42，第二超声波换能器安装部61内设有与流道本体同轴设置的第二安装孔62，第一安装孔、第二安装孔分别与超声波换能器的形状相适配。超声波换能器通过卡接、螺接、粘接和物理焊接等方式中的一种或者多种方式与对应的安装孔进行连接。

上述气表流道组件的结构简单，设计巧妙，一方面，通过流道本体内环形整流结构的设置，在大幅度地减小湍流强度的同时还增加了测量段流场的稳定性。另一方面，对射流道分布设置提高了上下游的飞行时间差，提高流量测试精度的同时增加了抗干扰能力。

优选地，所述流道组件还包括安装在第一超声波换能器安装部41的第一超声波换能器71、安装在第二超声波换能器安装部61的第二超声波换能器72，两个超声波换能器呈对射式分布，声波传射方向与气体运动方向相平行。

可通过将第一超声波换能器71、第二超声波换能器72组装到前述的气表流道组件上，从而组装成超声波气表组件。

第二方面，本发明还提供一种超声波气表，如图1所示，该超声波气表包括：气表壳体8、设置在气表壳体进气口83的进气阀9、水平的安装在气表壳体内的如权利要求8所述的超声波气表组件，气表壳体内的腔室被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔81和出气腔82，进气腔81的体积大于出气腔82的体积。

本实施例中，腔体分隔板靠近出气口84方向设置。

为满足超声波气表的正常使用，气表还安装有计量电路部和运算电路部等核心零部件。计量电路部，其用于计量多个上述超声波收发器之间的超声波传播时间；运算电路部，其根据来自上述计量电路部的信号求得上述被测量流体的流量。也可将这两个部件进行集成到一电路板上。附图中，这些结构进行了省略。

实施例2

如图7～9所示，本实施例提供另一种气表流道组件，该流道组件是实施例1的一种变形，方案差别在于：

本实施例的气表流道组件中，球面引流罩的外端向球面中心延伸出第一超声波换能器安装部41。

本实施例中，球面引流罩的横截面的内径向靠近流道本体的方向逐渐缩小，其形状呈类似莲蓬状，内部腔体在缓冲的同时气体逐渐聚集收拢，将实例1中球面引流罩和喇叭形的进气导流板的作用合二为一。因此，本实施例的流道组件的结构更紧凑。

该第一超声波安装部的中部设有与流道本体同轴的第一安装孔42。第一安装孔与超声波换能器的形状相适配。本实施例中，该第一安装孔42为台阶孔。其他实施例中，根据超声波换能器的外形的特点，第一安装孔被设置为对应的匹配结构。

本实施例中，连接筋设置为从环形整流结构的一端延伸至另一端，提高内部结构的稳定性。

本实施例也提供安装有上述流道组件的超声波气表，附图省略。其他内容具体参见实施例1。

实施例3

本发明提供一种气表流道组件，如图11-17所示，该流道组件包括：被配置为纵向安装在气表壳体内的腔体分隔板1、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体2，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构3。

上述纵向设置的腔体分隔板用于安装在气表壳体内，将气表内腔分隔成两个腔室，气表壳体的内腔被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔和出气腔。

流道本体与腔体分隔板之间可设置为一体式，或者通过超声波焊接、卡接、螺接等方式进行固定连接。

环形整流结构3和流道本体2之间可设置为一体式，或者两者通过超声波焊接、粘接、卡接、螺接等方式进行连接。

优选地，为降低成本以及进行产品轻量化处理，上述流道组件采用现有的塑料材质制成。其他实施例中，流道组件也可采用金属材质。

流道本体的左侧进气端和右侧出气端分别向外形成内径逐渐扩大的呈曲面的进气导流板52和出气导流板51。上述进气导流板52和出气导流板51，呈喇叭状，起到更好的导流作用。进气导流板52和出气导流板51分别与换能器安装部之间形成环形导流间隙，气体沿该环形导流间隙流出换能器，进入出气腔，基于出气导流板与换能器的共同作用约束了该处气体的湍流流动，降低出气口处气体的扰流程度，减小声波加载影响计量准确度的干扰信息。

进气导流板52、出气导流板51分别与流道本体之间可以为以下方式进行连接：为一体设置，或者，两者间通过粘接、超声波焊接、插接等方式进行连接。

优选地，所述环形分隔管31的数量为2个，环形整流结构为内外两层结构；环形分隔管的厚度为1/16D，从内向外的两个环形分隔管的半径分别为1/8D、5/16D，其中D为流道本体内径。

优选地，超声波换能器安装部前端面与出气导流板根部之间的距离X为3/8D，D为流道本体内径。

目前超声波气表的整流结构主流结构是采用在矩形横截面的流道内安装平行排列的多个矩形整流片，如图28所示，公告号为CN103210287B的专利公开的超声波流体计量装置中，超声波换能器都设置在顶板上，分隔板为多个平行设置，从上方开口部插入。这种整流结构适用于具有矩形流道且采用折射型传播方式的超声波气表，由于受限于传输方式的影响，该结构中声波传输的有效声程只是平行于气体流动方向的两换能器中心距离，声程有限，且多次反射会增加声波的衰减，给信号检测会带来较大难度。

基于上述现有技术的问题，为了大幅度延长声波传输的有效声程，降低声波的衰减，提高信号检测的精度，并同时保证提高对进入到流道本体内的气体的整流效果，本实施例创新地使用环形整流结构，具体进行了如下改进：

如图15～17所示，环形整流结构3包括多个同轴(即同心)设置的环形分隔管31，环形分隔管通过连接筋32与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接。

所述环形分隔管基本分布在整个流道本体中，环形分隔管的数量为至少两个，可根据流道本体的内径和具体需要对环形分隔管的数量和规格进行对应的调整。上述结构打破常规流道结构，采用同轴设置的多个分隔管减小流动过程中气体流场的雷诺数(Re)，降低流场流动过程中的湍动程度，为流量测试提供更稳定的速度场。

本实施例中，所述环形整流结构的结构设置参考实施例1，不再赘述。

为了解决本申请对射型气表流道本体中的超声波换能器的安装问题，腔体分隔板1分别设置有向出气导流板和进气导流板外侧延伸的固定支架6，两个固定支架上分别设置有超声波换能器安装部61，两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布，使声波传射方向与气体运动方向平行。

所述固定支架与腔体分隔板直接可设置为一体成型，或者，固定支架是通过螺接、卡接、粘接、超声波焊接等方式与腔体分隔板进行固定连接。

上述气表流道组件的工作原理具体如下：

如图10和图16所示，气体经进气阀门进入左侧的进气腔后，气体在进气腔内进行缓冲，降低气体流经阀门的扰动程度，缓冲的气体在进气腔在进气导流板的导流聚集作用下进入流道本体(即测试段)，经测试的气体在出气导流板处围成的出口流出，避开下游换能器和固定支架，在出气腔进行缓冲后，最后流经出气口并被排出。

而超声波在测量过程中加载在气体在管道内流动的速度信息，导致上下游飞行时间产生差值，通过时间差的计算得到气体在管段内的流速大小，继而得到流量值。

本实施例的流道组件采用对射型设置，将超声波的位置分别设置在流道本体的两端，不仅极大地提高了声波在传输过程中的声程，而且，由于气体的流动方向和超声波的传播方向一致，气体的速度全部加载在声波速度上，这种设置的优势使计算得到的飞行时间差提高到3～4倍以上(与目前折射型相比较)，在测量流量时提高了精度。

本实施例中，具体地，连接筋包括内连接筋和外连接筋。如图17所示，环形分隔管之间延伸出相连接的内连接筋321，最外侧的环形分隔板向流道本体内壁方向延伸出用于连接流道本体的外连接筋322。

本发明中，所述连接筋可设置在环形整流结构的任何位置，起到将环形整流器固定在流道本体内腔的作用。

为尽可能的降低连接筋对于流道本体内腔中的气流造成的影响，并保证环形整流结构的连接稳定性，连接筋设置在环形整流结构的两端位置；其他实施例中，连接筋设置在环形整流结构的中部位置；或者，如本实施例中图16所示，连接筋可设置为从环形整流结构的一端附近延伸至另一端附近，提高内部结构的稳定性。

本实施例中，超声波换能器安装部61内设有与流道本体同轴设置的安装孔，安装孔与超声波换能器的形状相适配。超声波换能器通过卡接、螺接和、粘接和物理焊接等方式中的一种或者多种方式与对应的安装孔进行连接。

上述气表流道组件的结构简单，设计巧妙，一方面，通过流道本体内环形整流结构的设置，在大幅度地减小湍流强度的同时还增加了测量段流场的稳定性。另一方面，对射流道分布设置提高了上下游的飞行时间差，提高流量测试精度的同时增加了抗干扰能力。

在实施例1的基础上，所述超声波气表流道组件中，在两个超声波换能器安装部61上分别安装有超声波换能器7，两个超声波换能器呈对射式分布，声波传射方向与气体运动方向相平行。

可通过将两个超声波换能器7分别组装到前述的气表流道组件上，从而组装成超声波气表组件。

本发明还提供一种超声波气表，如图10所示，该超声波气表包括：气表壳体8、设置在气表壳体进气口83的进气阀9、水平的安装在气表壳体内的如权利要求8所述的超声波气表组件，气表壳体内的腔室被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔81和出气腔82，进气腔81的体积大于出气腔82的体积。本实施例中，腔体分隔板靠近出气口84方向设置。

为满足超声波气表的正常使用，气表还安装有计量电路部和运算电路部等核心零部件。计量电路部，其用于计量多个上述超声波收发器之间的超声波传播时间；运算电路部，其根据来自上述计量电路部的信号求得上述被测量流体的流量。也可将这两个部件进行集成到一电路板上。附图中，这些结构进行了省略。

实施例4

本发明提供一种对射式气表流道组件，如图18-24所示，其主体为一圆管状的流道本体2，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构3。

本实施例中，所述对射式气表流道组件还包括：被配置为安装在气表壳体内的腔体分隔板1，流道本体贯穿腔体分隔板；流道本体与腔体分隔板之间为一体式成型，或者两者通过超声波焊接、卡接、螺接或粘接方式进行固定连接。

上述腔体分隔板用于纵向的安装在气表壳体内，将气表内腔分隔成两个腔室，气表壳体的内腔被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔和出气腔。

流道本体与腔体分隔板之间可设置为一体式，或者通过超声波焊接、卡接、螺接等方式进行固定连接。

流道本体的左侧进气端和右侧出气端分别向外形成内径逐渐扩大的呈曲面的进气导流板52和出气导流板51。上述进气导流板52和出气导流板51，呈喇叭状，起到更好的导流作用。进气导流板52和出气导流板51分别与超声波换能器安装部之间形成环形导流间隙，气体沿该环形导流间隙流出换能器，进入出气腔，基于出气导流板与换能器的共同作用约束了该处气体的湍流流动，降低出气口处气体的扰流程度。

进气导流板52、出气导流板51分别与流道本体之间可以为以下方式进行连接：为一体设置，或者，两者间通过粘接、超声波焊接、插接等方式进行连接。

流道本体的进气导流板和出气导流板外侧分别设置有一超声波换能器安装部61，为了解决超声波换能器安装部的固定问题，在流道本体的两侧分别设置固定支架6，每个超声波换能器通过固定支架6与流道本体的左右端部固定。

超声波换能器安装部61朝向流道本体的内侧面设置与流道本体同轴设置的安装孔62，安装孔与超声波换能器的形状相适配。两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布，使声波传射方向与气体运动方向平行。

超声波换能器通过卡接、螺接和、粘接和物理焊接等方式中的一种或者多种方式与对应的安装孔进行连接。

本申请中，所述超声波换能器安装部61的主体为圆柱体，安装孔62设置在圆柱形的主体内，超声波换能器安装部61远离流道本体的外侧部设置为圆锥形导流部611。该圆锥形导流部对气流起到导流汇聚作用，具体地，无锥形导流结构的设计时，气体直接撞击在换能器的背部面位置产生漩涡，而圆锥形结构设置可以很好的引导气体沿周向汇聚到喇叭状的进气导流板或出气导流板的中央位置。

本实施例中，所述固定支架6的一端连接超声波换能器安装部61的侧面，固定支架6的另一端连接临近的进气导流板52或出气导流板51。

为了保证超声波换能器安装部连接的稳定性，所述固定支架的数量至少为两个。如固定支架为对称或非对称设置的多个设置，固定支架的形状多样，起到上述连接作用的形状都可使用。

本实施例中，优选的，所述固定支架6为一U形连接杆，数量为2个，对称的分布在超声波换能器安装部61的周围。上述U形连接杆的形状不仅连接稳定，并且对气流的影响小。

固定支架的一端通过螺接或插接、粘接或超声波焊接等方式与超声波换能器安装部61的外侧壁进行连接。本实施例中，固定支架的一端是通过螺接与超声波换能器安装部61的外侧壁进行可拆卸连接的。

具体地，本实施例中，超声波换能器安装部61的外侧壁设置有连接块61A，连接块上设置第一连接孔，固定支架对应的端部设置有对应的第二连接孔，通过一紧固件(如螺钉或螺栓)与两个连接孔的配合，实现超声波换能器安装部和固定支架的可拆卸连接。

目前超声波气表的整流结构主流结构是采用在矩形横截面的流道内安装平行排列的多个矩形整流片，如图28所示，公告号为CN103210287B的专利公开的超声波流体计量装置中，超声波换能器都设置在顶板上，分隔板为多个平行设置，从上方开口部插入。这种整流结构适用于具有矩形流道且采用折射型传播方式的超声波气表，由于受限于传输方式的影响，该结构中声波传输的有效声程只是平行于气体流动方向的两换能器中心距离，声程有限，且多次反射会增加声波的衰减，给信号检测会带来较大难度。

基于上述现有技术的问题，为了大幅度延长声波传输的有效声程，降低声波的衰减，提高信号检测的精度，并同时保证提高对进入到流道本体内的气体的整流效果，本实施例创新地使用同心设置的环形整流结构，具体进行了如下改进：

如图22～24所示，环形整流结构包括多个同心设置的环形分隔管31，环形分隔管通过连接筋32与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接。

所述环形分隔管基本分布在整个流道本体中，环形分隔管的数量为至少两个，可根据流道本体的内径和具体需要对环形分隔管的数量和规格进行对应的调整。上述结构打破常规流道结构，采用同轴设置的多个分隔管减小流动过程中气体流场的雷诺数(Re)，降低流场流动过程中的湍动程度，为流量测试提供更稳定的速度场。

本实施例中，所述环形分隔管31的数量为2个，环形整流结构为内外两层结构。优选地，从内向外的两个环形分隔管的半径依次分别为1/8D、5/16D，D为流道本体的内径。

优选地，超声波换能器安装部前端面与出气导流板根部之间的距离为3/8D，D为流道本体内径。

优选地，超声波换能器安装部与进气导流板/出气导流板哪个部位之间的距离为3/8D，D为流道本体内径。

上述气表流道组件的工作原理具体如下：

如图18和图22所示，气体经进气阀门进入左侧的进气腔后，气体在进气腔内进行缓冲，降低气体流经阀门的扰动程度，缓冲的气体在进气腔在进气导流板的导流聚集作用下进入流道本体(即测试段)，经测试的气体在出气导流板处围成的出口流出，避开下游换能器安装部和固定支架，在出气腔进行缓冲后，最后流经出气口并被排出。

超声波在测量过程中加载在气体在管道内流动的速度信息，导致上下游飞行时间产生差值，通过时间差的计算得到气体在管段内的流速大小，继而得到流量值。

本实施例的流道组件采用对射型设置，将超声波的位置分别设置在流道本体的两端，不仅极大地提高了声波在传输过程中的声程，而且，由于气体的流动方向和超声波的传播方向一致，气体的速度全部加载在声波速度上，这种设置的优势使计算得到的飞行时间差提高到3～4倍以上(与目前的折射型对比)，在测量流量时提高了精度。

本实施例中，具体地，连接筋包括内连接筋和外连接筋。如图25所示，环形分隔管之间延伸出相连接的内连接筋321，最外侧的环形分隔板向流道本体内壁方向延伸出用于连接流道本体的外连接筋322。

本发明中，所述连接筋可设置在环形整流结构的任何位置，起到将环形整流器固定在流道本体内腔的作用。

本实施例中，为尽可能的降低连接筋对于流道本体内腔中的气流造成的影响，并保证环形整流结构的连接稳定性，连接筋设置在环形整流结构的两端位置；其他实施例中，连接筋设置在环形整流结构的中部位置；或者，连接筋可设置为从环形整流结构的一端附近延伸至另一端附近，提高内部结构的稳定性。

连接筋和流道本体之间为一体式设置，或者两者通过超声波焊接、粘接、卡接或螺接的方式进行连接。

优选地，为降低成本以及进行产品轻量化处理，上述流道组件采用现有的塑料材质制成。其他实施例中，流道组件也可采用金属材质。

上述气表流道组件的结构简单，设计巧妙，一方面，通过流道本体内环形整流结构的设置，在大幅度地减小湍流强度的同时还增加了测量段流场的稳定性。另一方面，对射流道分布设置提高了上下游的飞行时间差，提高流量测试精度的同时增加了抗干扰能力。

本实施例还提供一种超声波气表，如图18所示，该气表包括气表壳体8、设置在气表壳体进气口83的进气阀9、水平的安装在气表壳体内的前述对射式气表流道组件，流道本体贯穿一腔体分隔板1，气表壳体内的腔室被腔体分隔板1分隔为左右分布的进气腔81和出气腔82，进气腔81的体积大于出气腔82的体积。在两个超声波换能器安装部61上分别安装有超声波换能器7，两个超声波换能器呈对射式分布，声波传射方向与气体运动方向相平行。

本实施例中，腔体分隔板靠近出气口84方向设置。为满足超声波气表的正常使用，气表还安装有计量电路部和运算电路部等核心零部件。计量电路部，其用于计量多个上述超声波收发器之间的超声波传播时间；运算电路部，其根据来自上述计量电路部的信号求得上述被测量流体的流量。也可将这两个部件进行集成到一电路板上。附图中，这些结构进行了省略。

测试实施例

1、采用的检验装置：

本实施例通过以下标准装置对实施例1～4的超声波气表进行误差检测：GNP型影像式音速喷嘴法燃气表误差检验装置；

厂家：杭州天马计量科技有限公司出厂编号：202072

环境条件：湿度37％RH大气压101kPa温度21.3℃

2、测试方法和实现原理

将待测试的超声波气表与检验装置中标准器串联，分别以7个(Q_max、0.7Q_max、0.4Q_max、0.2Q_max、0.1Q_max、3Q_min、Q_min)大小不同的流量点进行测量，计算每个流量点下超声波气表与标准器的示值误差。

图30～32的表中数值分别代表该流量点下读数与标准器读数的误差，单位为％。例如，图30中的0.25的涵义是该流量点下表1-1读数与标准器读数的误差为0.25％，其他同理。

3、检测结果及分析

根据GB/T39841-2021《超声波燃气表》中要求，燃气表精度等级为1.5级的示值误差在±1.5％以内，达到此标准才合格。

从图30～32中可知，实施例1～4的超声波气表的示值误差均在0.32％以下，最低值低至0.03％，该示值误差很小，其精度远高于上述国标的要求，这说明，本申请的四种超声波气表流道组件的设置显著提高了超声波气表的检测精度。

可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及本发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种气表流道组件，其特征在于，包括被配置为安装在气表壳体内的腔体分隔板(1)、贯穿腔体分隔板设置的圆管状的流道本体(2)，沿流道本体内腔轴向延伸设置有环形整流结构(3)；环形整流结构包括多个同心设置的环形分隔管(31)，环形分隔管通过连接筋(32)与相邻环形分隔管进行连接，最外侧环形分隔管通过连接筋与流道本体内壁连接；

两个超声波换能器安装部(61)分别固定设置在流道本体的左侧进气口和右侧出气口外侧，超声波换能器安装部(61)朝向流道本体的内侧面设置有与流道本体同轴设置的用于容纳超声波换能器的安装孔(62)；两个超声波换能器安装部相对设置，使分别安装在两个安装部的超声波换能器呈对射式分布。

2.根据权利要求1所述的气表流道组件，其特征在于，流道本体的左侧进气端和右侧出气端分别向外形成内径逐渐扩大的呈曲面的进气导流板(52)和出气导流板(51)。

3.根据权利要求1所述的气表流道组件，其特征在于，至少一个超声波换能器安装部通过固定支架(6)与腔体分隔板进行固定连接。

4.根据权利要求3所述的气表流道组件，其特征在于，流道本体的左侧进气端配置有球面引流罩(4)，球面引流罩(4)的直径大于流道本体(2)的直径，球面引流罩壁面上设置多个进气孔(43)；流道本体的右侧出气端形成直径逐渐扩大的曲面出气导流板(51)。

5.根据权利要求4所述的气表流道组件，其特征在于，球面引流罩的外端向外延伸出第一超声波换能器安装部(41)，或者，球面引流罩的外端向球面中心延伸出第一超声波换能器安装部(41)。

6.根据权利要求5所述的气表流道组件，其特征在于，流道本体的左侧进气端设置为喇叭形的进气导流板(52)，进气导流板(52)的外周边与球面引流罩(4)连接。

7.根据权利要求2所述的气表流道组件，其特征在于，两个超声波换能器安装部分别通过固定支架(6)与腔体分隔板的左右两侧进行固定连接。

8.根据权利要求2所述的气表流道组件，其特征在于，各超声波换能器安装部外侧面分别通过固定支架(6)与流道本体端部的进气导流板或出气导流板进行固定连接。

9.根据权利要求8所述的气表流道组件，其特征在于，所述超声波换能器安装部(61)的主体为圆柱体，安装孔(62)设置在圆柱体的主体内，超声波换能器安装部(61)远离流道本体的外侧部设置为圆锥形导流部(611)。

10.根据权利要求9所述的气表流道组件，其特征在于，所述固定支架(6)的一端连接超声波换能器安装部(61)的侧面，固定支架(6)的另一端连接临近的进气导流板(52)或出气导流板(51)；所述固定支架的数量至少为两个，多个固定支架对称地分布在超声波换能器安装部(61)的周围。

11.根据权利要求2所述的气表流道组件，其特征在于，所述环形分隔管(31)的数量为2个，环形整流结构为内外两层结构；连接筋设置在环形整流结构的两端位置或者中部位置，或者，连接筋设置为从环形整流结构的一端延伸至另一端。

12.根据权利要求2所述的气表流道组件，其特征在于，环形整流结构和流道本体之间为一体式设置，或者两者通过超声波焊接、粘接、卡接或螺接的方式进行连接；流道本体与腔体分隔板之间可设置为一体式，或者通过超声波焊接、卡接、螺接等方式进行固定连接。

13.根据权利要求2所述的气表流道组件，其特征在于，所述流道组件采用塑料材质制成。

14.一种超声波气表，其特征在于，包括：气表壳体(8)、设置在气表壳体进气口(83)的进气阀(9)、水平的安装在气表壳体内的如权利要求1-13中任一项所述的超声波气表组件，气表壳体内的腔室被腔体分隔板(1)分隔为左右分布的进气腔(81)和出气腔(82)，进气腔(81)的体积大于出气腔(82)的体积。

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