CN208937114U - 超声波流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种超声波流量计，包括两个探测头及电路板组件，其中，每一所述探测头包括壳体、超声波换能器及温度传感器，其中，所述超声波换能器设于所述壳体，且电性连接至所述电路板组件，所述温度传感器设于所述壳体，用以监测所述超声波换能器的温度，所述温度传感器电性连接至所述电路板组件。两个所述温度传感器分别对应监测两个所述超声波换能器的温度，根据监测到的温度的变化得到相位差偏移量，根据相位差偏移量对相位差进行校正，减小了温度变化对流量测量的影响，提高了流量测量精度。

Description

超声波流量计

技术领域

本实用新型涉及流量计量工具技术领域，特别涉及一种超声波流量计。

背景技术

目前超声波流量计应用较多的有多普勒流量计和传播速度差法流量计。多普勒流量计适用于水中有固体颗粒或者气泡的水体。传播速度差法流量计主要用于浊度值较小的水体、油体的流速和流量测量。传播速度差法流量计原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流传报时速度之差来反映流体的流速的，按照实现原理又分为直接时差法、时差法、频差法和相位差法。其中频差法和时差法克服了温度变化带来的误差，相位差法受探头温度、电路板温度影响较大，测量精度受限。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种超声波流量计，旨在减小温度变化对流量测量的影响，以提高流量测量精度。

为实现上述目的，本实用新型提出的超声波流量计，包括：

包括两个探测头及电路板组件，其中，每一所述探测头包括：

壳体；

超声波换能器，设于所述壳体，且电性连接至所述电路板组件；以及，

温度传感器，设于所述壳体，用以监测所述超声波换能器的温度，所述温度传感器电性连接至所述电路板组件。

优选地，所述壳体的一侧面为安装面，所述安装面上设有安装槽；

所述超声波换能器及温度传感器均设于所述安装槽内，且所述温度传感器呈邻近所述超声波换能器设置。

优选地，所述安装槽呈贯穿所述壳体上邻近所述安装面的一侧面设置；

所述安装槽具有邻近所述安装面的第一槽段及邻近所述侧面的第二槽段；

所述超声波换能器设于所述第一槽段；

所述温度传感器设于所述第二槽段。

优选地，所述第一槽段的延伸方向与所述安装面之间的夹角为α，且30°≤α≤60°。

优选地，α＝45°。

优选地，所述安装槽内设有耦合剂。

优选地，所述电路板组件包括：

电路板；

第一微处理器，设于所述电路板上，所述第一微处理器的输入端连接至两个所述温度传感器；

方向切换处理器，设于所述电路板上，所述方向切换处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端，输出端连接至两个所述超声波换能器；

接收信号切换处理器，设于所述电路板上，所述接收信号切换处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端；

波形发生处理器，设于所述电路板上，所述波形发生处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端，所述波形发生处理器的输出端分别连接所述方向切换处理器的输入端及所述接收信号切换处理器的输入端；以及，

混频模块，设于所述电路板上，连接至所述方向切换处理器的输出端及所述接收信号切换处理器的输出端，以及所述第一微处理器的输入端。

优选地，所述第一微处理器为STM32F407VET6单片机；和/或，

所述方向切换处理器为DG403芯片；和/或，

所述波形发生处理器为CDCE925芯片；和/或，

所述接收信号切换处理器为NC7SB3157芯片。

优选地，所述第一微处理器为STM32F407VET6单片机，所述方向切换处理器为DG403芯片，所述波形发生处理器为CDCE925芯片，所述接收信号切换处理器为NC7SB3157芯片，两个所述超声波换能器分别与所述DG403芯片的两个IO口电性连接；和/或，

两个所述温度传感器分别与所述STM32F407VET6单片机的ADC2及ADC3口电性连接；和/或，

所述混频模块与所述第一微处理器的ADC1口连接。

优选地，还包括通信组件，所述通信组件包括基于RS485的通信主机，所述通信主机的输入端与所述STM32F407VET6单片机的两个USART1口引脚相连接。

本实用新型提供的技术方案中，将两个所述探测头置于液体管道的流动方向上的两处，进行超声波的发射及接收，此时两个所述温度传感器分别对应监测两个所述超声波换能器的温度，根据监测到的温度的变化得到相位差偏移量，根据相位差偏移量对相位差进行校正，减小了温度变化对流量测量的影响，提高了流量测量精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的超声波流量计的一实施例的结构示意图；

图2为图1中探测头的立体结构示意图；

图3为图1中探测头的剖视示意图。

附图标号说明：

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种超声波流量计，图1至图3为本实用新型提供的超声波流量计的实施例的示意图。

请一并参阅图1至图3，所述超声波流量计100包括两个探测头1及电路板组件2，其中，每一所述探测头1包括壳体11、超声波换能器12及温度传感器13，其中，所述超声波换能器12设于所述壳体11，且电性连接至所述电路板组件2，所述温度传感器13设于所述壳体11，用以监测所述超声波换能器12的温度，所述温度传感器13电性连接至所述电路板组件2。

本实用新型提供的技术方案中，将两个所述探测头1置于液体管道的流动方向上的两处，进行超声波的发射及接收，此时两个所述温度传感器13分别对应监测两个所述超声波换能器12的温度，根据监测到的温度的变化得到相位差偏移量，根据相位差偏移量对相位差进行校正，减小了温度变化对流量测量的影响，提高了流量测量精度。

需要说明的是，超声波流量计100有多种测流量的原理，包括时间差法、相位差法、频率差法等相关测流量的原理，本实施例中，采用的是相位差法测流量，相位差法测量原理是当超声波在液体中传播时，其中一个所述探测头1发射的超声波脉冲沿液体流动顺流方向被另一个探测头1所接收，同时，切换超声波的发射和接收方向，其中一个所述探测头1发射的超声波脉冲沿液体流动逆流方向被另一个探测头1所接收，顺流和逆流时，接收到的信号之间就产生了相位差流速的公式为：其中，v表示径流的流速；c表示静止流体中超声波的声速；θ表示超声波轨迹与管道轴线之间的夹角；D表示径流管道的直径；w为角频率；表示顺流和逆流时接收到的超声波信号之间的相位差；在一定时间内，整个径流的输沙量为：

从上述的公式中就可以得到，当知道相位差后就可以得到相关的流量，考虑到温度对超声波的影响，本实施例中，通过大量实验获取温度和相位差偏移的关系，建立映射关系表，通过查表的方式对相位差进行校正，以获得较精确的流量的量。

具体地，本实施例中，是将两个所述探测头1设于管道的两对两侧上，所述壳体11的一侧面为安装面11a，所述安装面11a上设有安装槽111，所述超声波换能器12及温度传感器13均设于所述安装槽111内，且所述温度传感器13呈邻近所述超声波换能器12设置，实际应用中，所述安装面11a与管道贴合，一个超声波换能器12发射超声波，另一个超声波换能器12接收超声波，另外，将所述温度传感器13呈邻近所述超声波换能器12设置，使得所述温度传感器13更能很好地监测到所述超声波换能器12的温度，通过所述安装槽111设置安装所述超声波换能器12及温度传感器13，将所述超声波换能器12及温度传感器13内置，具有较好的效果。

所述温度传感器13将监测到的温度数据传送至所述探测头1的外界，为了便于结构的实现，本实施例中，所述安装槽111呈贯穿所述壳体11上邻近所述安装面11a的一侧面设置，所述安装槽111具有邻近所述安装面11a的第一槽段111a及邻近所述侧面的第二槽段111b，所述超声波换能器12设于所述第一槽段111a，所述温度传感器13设于所述第二槽段111b，便于连接所述温度传感器13的相关电线结构的安置，另外，分不同的槽段分别设置所述温度传感器13及所述超声波换能器12，便于对所述超声波换能器12角度的设置，本实施例中，所述第一槽段111a的延伸方向与所述安装面11a之间的夹角为α，且30°≤α≤60°，比较优选的一个夹角范围是45°，便于径流对超声波的影响，另外，也便于所述超声波换能器12的安装。

本实施例中，是采用耦合剂将所述超声波换能器12及所述温度传感器13封装于所述安装槽111内，该耦合剂在起到封装的同时，还不能影响超声波的传播，例如，外夹式超声波传感器专用耦合剂TCA-1等。

本实用新型的实施例中，请参阅图1，所述电路板组件25包括电路板、第一微处理器21、方向切换处理器22、波形发生处理器23、接收信号切换处理器24及混频模块25，其中，所述第一微处理器21，设于所述电路板上，所述第一微处理器21的输入端连接至两个所述温度传感器13，所述方向切换处理器22设于所述电路板上，所述方向切换处理器22的受控端连接至所述第一微处理器21的控制端，输出端连接至两个所述超声波换能器12，所述接收信号切换处理器24设于所述电路板上，所述接收信号切换处理器24的受控端连接至所述第一微处理器21的控制端，所述波形发生处理器23设于所述电路板上，所述波形发生处理器23的受控端连接至所述第一微处理器21的控制端，所述波形发生处理器23的输出端分别连接所述方向切换处理器22的输入端及所述接收信号切换处理器24的输入端，所述混频模块25设于所述电路板上，连接至所述方向切换处理器22的输出端及所述接收信号切换处理器24的输出端，以及所述第一微处理器21的输入端。

需要说明的是，所述方向切换处理器22主要是起切换控制两个所述超声波传感器的发射和接收方向，所述波形发生处理器23主要是提供超声波，所述接收信号切换处理器24主要是参比实际接收信号的切换，经过放大混频模块25后，进入所述第一微处理器21，经过所述第一微处理器21处理得到相位差，两个所述温度传感器13将监测到的温度数据传送至所述第一微处理器21，所述第一微处理器21通过所述相位差及监测到的温度，通过查表进行补偿校正，实现了对流量的精确测量，具有较好的效果。

具体地，本实施例中，所述第一微处理器21为STM32F407VET6单片机，所述方向切换处理器22为DG403芯片，所述波形发生处理器23为CDCE925芯片，所述接收信号切换处理器24为NC7SB3157芯片，所述STM32F407VET6单片机、DG403芯片、CDCE925芯片、NC7SB3157芯片均为现有产品，不仅优惠实用，而且具有丰富的硬件资源、开发资料资源等，易于开发，可用于实现本实施例中对所述温度传感器13监测的温度的采集及对所述超声波换能器12的控制的数据进行分析判断，对数据的处理快速、准确，另外，所述混频放大模块为现有技术，在现有的超声波流量计100的测量中有大量的应用，此处不作详细叙述。

本实施例中，所述第一微处理器21为STM32F407VET6单片机，所述方向切换处理器22为DG403芯片，所述波形发生处理器23为CDCE925芯片，所述接收信号切换处理器24为NC7SB3157芯片，两个所述超声波换能器12分别与所述DG403芯片的两个IO口电性连接，两个所述温度传感器13分别与所述STM32F407VET6单片机的ADC2及ADC3口电性连接，所述混频模块25与所述第一微处理器21的ADC1口连接，另外，所述波形发生处理器23为CDCE925芯片与所述STM32F407VET6单片机之间均采用SCL、SDA进行信号连接，所述DG403芯片、CDCE925芯片、NC7SB3157芯片之间的数据均是各自的IO口进行数据通信。

本实施例中，所述的超声波流量计100还包括通信组件，所述通信组件包括基于RS485的通信主机，所述通信主机的输入端与所述STM32F103XX单片机的两个USART1口引脚相连接，所述通信组件包括基于RS485的通信主机以及基本电子元器件、线缆等构成的通信电路，用于使所述微处理器与外界通信，所述基于RS485的通信主机为现有产品，RS485是现在流行的一种布网方式，实施简单方便，支持RS485的设备也很多，可以实现本实施例中对所述STM32F407VET6单片机信息的传输，本实施例中，所述通信主机的输入端与所述STM32F407VET6单片机的两个USART1口引脚相连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种超声波流量计，其特征在于，包括两个探测头及电路板组件，其中，每一所述探测头包括：

壳体；

超声波换能器，设于所述壳体，且电性连接至所述电路板组件；以及，

温度传感器，设于所述壳体，用以监测所述超声波换能器的温度，所述温度传感器电性连接至所述电路板组件。

2.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述壳体的一侧面为安装面，所述安装面上设有安装槽；

所述超声波换能器及温度传感器均设于所述安装槽内，且所述温度传感器呈邻近所述超声波换能器设置。

3.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，所述安装槽呈贯穿所述壳体上邻近所述安装面的一侧面设置；

所述安装槽具有邻近所述安装面的第一槽段及邻近所述侧面的第二槽段；

所述超声波换能器设于所述第一槽段；

所述温度传感器设于所述第二槽段。

4.如权利要求3所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一槽段的延伸方向与所述安装面之间的夹角为α，且30°≤α≤60°。

5.如权利要求4所述的超声波流量计，其特征在于，α＝45°。

6.如权利要求2所述的超声波流量计，其特征在于，所述安装槽内设有耦合剂。

7.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述电路板组件包括：

电路板；

第一微处理器，设于所述电路板上，所述第一微处理器的输入端连接至两个所述温度传感器；

方向切换处理器，设于所述电路板上，所述方向切换处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端，输出端连接至两个所述超声波换能器；

接收信号切换处理器，设于所述电路板上，所述接收信号切换处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端；

波形发生处理器，设于所述电路板上，所述波形发生处理器的受控端连接至所述第一微处理器的控制端，所述波形发生处理器的输出端分别连接所述方向切换处理器的输入端及所述接收信号切换处理器的输入端；以及，

混频模块，设于所述电路板上，连接至所述方向切换处理器的输出端及所述接收信号切换处理器的输出端，以及所述第一微处理器的输入端。

8.如权利要求7所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一微处理器为STM32F407VET6单片机；和/或，

所述方向切换处理器为DG403芯片；和/或，

所述波形发生处理器为CDCE925芯片；和/或，

所述接收信号切换处理器为NC7SB3157芯片。

9.如权利要求8所述的超声波流量计，其特征在于，所述第一微处理器为STM32F407VET6单片机，所述方向切换处理器为DG403芯片，所述波形发生处理器为CDCE925芯片，所述接收信号切换处理器为NC7SB3157芯片，两个所述超声波换能器分别与所述DG403芯片的两个IO口电性连接；和/或，

两个所述温度传感器分别与所述STM32F407VET6单片机的ADC2及ADC3口电性连接；和/或，

所述混频模块与所述第一微处理器的ADC1口连接。

10.如权利要求8所述的超声波流量计，其特征在于，还包括通信组件，所述通信组件包括基于RS485的通信主机，所述通信主机的输入端与所述STM32F407VET6单片机的两个USART1口引脚相连接。