CN209727180U - 一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，包括外环、以及沿着外环的内圆周均匀分布的筋条，所述外环与扰流器相连的大端靠近进水口、与测量管相连的小端靠近出水口，所述筋条包括沿着外环圆周方向交错设置的槽口筋与扇形筋，所述槽口筋的长度大于所述扇形筋的长度。本实用新型通过将整流结构设置成包括外环与筋条的结构，使得整个整流结构简单、便于使用；并且，筋条沿着外环的圆周内侧均布，使得整流结构内部结构布局合理。

Description

一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构

技术领域

本实用新型涉及超声波计量仪表技术领域，具体是一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构。

背景技术

随着科技进步和社会的发展，众多国家密切关注能源的使用效率，为提高能源的使用价值，节能技术成为能源使用的重中之重。超声波水表、热量表、流量计的出现颠覆了传统机械表的测量方法，大大提高测量精度，在水资源利用及供热领域展现出强劲的节能效益。

目前，提高超声波水表、热量表、流量计测量精度的方法有两个方向：一方面是电控方向，换能器间信号及能量转换计算精度的提高；另一方面是多种流体状态下的流体稳定性及适应性提高。根据GB/T778-2018，超声波计量仪表的最高测量精度为U0D0要求。但是对于采用多点反射或多声道反射的超声波计量仪表，由于其多用于流量较大的超声波计量仪表，且超声波传到路径较多，随着流体流量的增加，测量管内流体湍流及涡流增大，导致其测量难度增加。因此，对于多点反射或多声道超声波计量仪表在测量精度上并未满足所需要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，所述整流结构设置于扰流器与测量管之间，所述测量管的管壁内设置有用以限定超声波传导路径的反射镜；

所述整流结构包括外环、以及沿着外环的内圆周均匀分布的筋条，

所述外环与扰流器相连的大端靠近进水口、与测量管相连的小端靠近出水口，

所述筋条包括沿着外环圆周方向交错设置的槽口筋与扇形筋，所述槽口筋的长度大于所述扇形筋的长度。

为提高多点反射超声波计量仪表以及多声道超声波计量仪表的测量精度，通过改善整流结构在整个超声波计量仪表内的布局以及现有整流结构的形状、构造，使其满足现有国家标准的要求。具体是，将整流结构设置于扰流器与测量管之间，使得整流结构的一端与扰流器相连、另一端与测量管相连。同时，将整流结构设置为包括外环与筋条的结构，使得筋条在外环的圆周内侧面均布。

当流体从扰流器一端的进水口进入超声波计量仪表后，流体经扰流器形成涡流，再经整流结构实现整流，最后沿着测量管内的超声波传导路径从超声波计量仪表的出水口流出。其中，通过扰流器形成涡流的流体，在通过整流结构时，经设置在外环圆周内侧的各个筋条实现漩涡流体的分流；并且，将外环圆周内侧的筋条设置成槽口筋与扇形筋交错设置，限定槽口筋的长度大于扇形筋，使得靠近外环中心线位置的漩涡流体也能被分流，减小了漩涡流体的流速，达到整流的目的。通过整流结构，减小流体在测量管内的湍流，进而降低了超声波计量仪表的测量难度，使得超声波计量仪表在测量管区域内流体流场均匀分布，进而使得超声波计量仪表的测量精度达标。

作为本实用新型进一步的方案：所述外环为内部中空的多段式结构，外环从扰流器一端至测量管一端依次包括锥形段、过渡段以及直管段。

作为本实用新型进一步的方案：所述锥形段为从扰流器一端至过渡段一端直径逐渐减小的渐缩段；

所述过渡段为锥形过渡段、且所述过渡段的直径渐变坡度小于所述锥形段的直径渐变坡度。

作为本实用新型进一步的方案：所述槽口筋和所述扇形筋各自沿着外环的圆周方向等间距的设有一个以上。

作为本实用新型进一步的方案：相邻两所述槽口筋之间的间距与相邻两所述扇形筋之间的间距相等、且所述槽口筋与一相邻所述扇形筋之间的间距为相邻两槽口筋之间间距或相邻两扇形筋之间间距的一半。

作为本实用新型进一步的方案：所述槽口筋的截面为指向外环中心的棱形结构、且所述槽口筋靠近进水口的一面沿径向开设有弧度切角；

所述扇形筋的截面为指向外环中心的扇形结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过将整流结构设置成包括外环与筋条的结构，使得整个整流结构简单、便于使用；并且，筋条沿着外环的圆周内侧均布，使得整流结构内部结构布局合理；

(2)通过将外环设置成内部中空的多段式结构，并使得外环从扰流器一端至测量管一端依次包括锥形段、过渡段以及直管段，使得漩涡流体从扰流器流出后，从锥形段直径较大的一端流入外环，流体从锥形段进入外环，依次经过直径渐变坡度较小的过渡段以及与测量管相连的直管段，漩涡流体的横断面面积是逐渐减小的，避免流体流速急剧增大，进而在一定程度上降低测量管内流体的测量难度；

(3)筋条包括沿着外环圆周方向交错设置的槽口筋与扇形筋，漩涡流体经过外环时，设置在外环内的槽口筋与扇形筋将漩涡流体分流，以减小漩涡流体的流速；槽口筋的长度与扇形筋均指向外环的中心位置、且槽口筋的长度大于扇形筋的长度，通过将槽口筋的长度设置的大于扇形筋的长度，可实现处于外环中心位置的漩涡流体也能被分流，进一步减小漩涡流体的流速。

附图说明

图1为本实用新型超声波计量仪表的整体布局及测量管内超声波传导路径的示意图；

图2为本实用新型整流结构外环的结构图；

图3为本实用新型整流结构整体正面图；

图4为本实用新型整流结构槽口筋的结构图；

图5为本实用新型整流结构扇形筋的结构图；

图6为本实用新型左旋漩涡扰流器、右旋漩涡扰流器以及速度剖面流动扰流器的剖面图。

图中：

11-扰流器、12-测量管；

3-整流结构、31-外环、311-锥形段、312-过渡段、313-直管段、32-筋条、321-槽口筋、322-扇形筋、301-弧度切角。

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做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。

请参阅图1，一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，该整流结构3既可用于多点反射超声波计量仪表，也可用于多通道超声波计量仪表等超声波计量仪表，在对整个超声波计量仪表进行整体布局时，将所述整流结构3设置于扰流器11与测量管12之间，扰流器11的一端为进水口、测量管12的一端为出水口，使得整流结构3的大端与靠近进水口的扰流器11相连、小端与靠近出水口的测量管12相连；对于多点反射超声波计量仪表，在所述测量管12的管壁内设置有用以限定超声波传导路径的反射镜。

所述整流结构3包括外环31、以及沿着外环的内圆周均匀分布的筋条32，所述外环31与扰流器11相连的大端靠近进水口、与测量管12相连的小端靠近出水口；具体使用时，流体从进水口进入超声波计量仪表后首先进入扰流器11，形成漩涡状态；接着，形成漩涡的流体经过整流结构3实现流体整流；最后，整流后的流体通过具有多条超声波传导路径的测量管12，最终从出水口流出超声波计量仪表外。

请参阅图2，所述外环31为内部中空的多段式结构，外环31从扰流器11一端至测量管12一端依次包括锥形段311、过渡段312以及直管段313。外环31的锥形段311一端与扰流器11相连、直管段313一端与测量管12相连，过渡段312连接锥形段311与直管段313。所述锥形段311为从扰流器11一端至过渡段312一端直径逐渐减小的渐缩段；所述过渡段312为锥形过渡段、且所述过渡段312的直径渐变坡度小于所述锥形段311的直径渐变坡度。具体使用时，漩涡流体从扰流器11流出后，从锥形段311直径较大的一端流入外环31，流体从锥形段311进入外环31，依次经过直径渐变坡度较小的过渡段312以及与测量管12相连的直管段313，使得漩涡流体进入外环31时，其流体的横断面面积是逐渐减小的，避免流体流速急剧增大，进而在一定程度上降低测量管12内流体的测量难度。

请参阅图3-5，在外环31的圆周内侧面设置有筋条32，所述筋条32包括沿着外环31圆周方向交错设置的槽口筋321与扇形筋322，所述槽口筋321的长度大于所述扇形筋322的长度。漩涡流体经过外环31时，设置在外环31内的槽口筋321与扇形筋322将漩涡流体分流，以减小漩涡流体的流速；槽口筋321的长度与扇形筋322均指向外环31的中心位置、且槽口筋321的长度大于扇形筋322的长度，通过将槽口筋321的长度设置的大于扇形筋322的长度，可实现处于外环中心位置的漩涡流体也能被分流，进一步减小漩涡流体的流速。

所述槽口筋321和所述扇形筋322各自沿着外环31的圆周方向等间距的设有一个以上。相邻两所述槽口筋321之间的间距与相邻两所述扇形筋322之间的间距相等、且所述槽口筋321与一相邻所述扇形筋322之间的间距为相邻两槽口筋321之间间距或相邻两扇形筋322之间间距的一半。槽口筋321与扇形筋322交错设置，优选将槽口筋321与扇形筋322均设置为五个，使得相邻两槽口筋321之间的中心夹角为72°、相邻两扇形筋322之间的中心夹角也为72°，而槽口筋321与一相邻扇形筋322之间的中心夹角为36°，使得槽口筋321与扇形筋322的个数适当、分布合理，既不会因槽口筋321与扇形筋322数目过多导致其漩涡流体流速过大而影响超声波计量仪表的测量精度，合理数目的槽口筋321与扇形筋322、以及长度不同的槽口筋321与扇形筋322交错设置，实现漩涡流体在整流结构3内的快速整流。

请参阅图4，所述槽口筋321的截面为指向外环中心的棱形结构、且所述槽口筋321靠近进水口的一面沿径向开设有弧度切角301；通过将槽口筋321设置为截面呈棱形结构，并在槽口筋321靠近进水口的一面沿径向开设弧度切角301，使得漩涡流体进入整流结构3时平滑流入，减少流体与槽口筋321之间撞击产生湍流，进而减小流体流速。

请参阅图5，所述扇形筋322的截面为指向外环中心的扇形结构。通过将扇形结构的截面设置成指向外环中心的扇形结构，使得扇形筋322靠近外环中心位置的轮廓呈弧形结构，便于流体顺利流经整流结构3。

对多点反射超声波计量仪表的整流结构的改善与评价方法，包括如下步骤：

1)计算多点反射超声波计量仪表在直管状态下对应剖面流速的均匀性指数与各扰流状态下对应剖面流速的均匀性指数计算公式如下：

其中，均匀性指数的取值范围为0-1，为整个剖面平均速度值，φ_f为剖面上网格单元的速度值，A_f为剖面上网格单元的面积；

2)计算在同一剖面上，直管状态与扰流状态下的均匀性指数差值，计算公式如下：

所述步骤2)中，在同一剖面上，直管状态与扰流状态下的均匀性指数差值φ越小，说明多点反射超声波计量仪表的整流结构越好。

3)若在同一剖面上，直管状态与扰流状态下的均匀性指数差值φ达到10^-4级别时，则整流结构优良，该多点反射超声波计量仪表达标。

流体从整流结构进入测量管内，并沿着超声波传导路径流动直至最终流出超声波计量仪表外。设置在整流结构靠近进水口一端的扰流器可以为左旋漩涡扰流器、右旋漩涡扰流器以及速度剖面流动扰流器等。

请参阅图6，假设当设置在整流结构靠近进水口一端的为左旋漩涡扰流器，左旋漩涡扰流器工作时，其对应的扰流状态为I型扰流状态；当设置在整流结构靠近进水口一端的为右旋漩涡扰流器，右旋漩涡扰流器工作时，其对应的扰流状态为II型扰流状态；当设置在整流结构靠近进水口一端的为速度剖面流动扰流器，速度剖面流动扰流器工作时，其对应的扰流状态为III型扰流状态。再取直管状态下与各扰流状态下的流体在测量管内超声波传导路径同一处的剖面进行对比分析，计算各自流体在对应剖面上的流体流速均匀性指数，逐步改善整流结构、评估整流结的使用效果。

具体如下：请参阅图1，在直管状态时，截取直管状态下的流体在测量管内超声波传导路径A处、B处及C处的剖面；当左旋漩涡扰流器工作时，截取I型扰流状态下的流体在测量管内超声波传导路径A处、B处及C处的剖面；当右旋漩涡扰流器工作时，截取II型扰流状态下的流体在测量管内超声波传导路径A处、B处及C处的剖面；当速度剖面流动扰流器工作时，截取III型扰流状态下的流体在测量管内超声波传导路径A处、B处及C处的剖面。可发现在同一流量点下，无论是直管状态还是各扰流状态，在同一剖面上的流体速度等值线分布基本一致。例如：在流量点为15m³/h时，直管状态下的流体在超声波传导路径A处剖面上的流体速度等值线分布、I型扰流状态下的流体在超声波传导路径A处剖面上的流体速度等值线分布、II型扰流状态下的流体在超声波传导路径A处剖面上的流体速度等值线分布以及III型扰流状态下的流体在超声波传导路径A处剖面上的流体速度等值线分布基本一致。

再计算同一流量点时，在超声波传导路径同一处剖面上，直管状态下与各个扰流状态下的流体速度均匀性差值φ，当直管状态下及各扰流状态下，其流体速度均匀性差值φ均能达到10^-4级别时，说明该整流结构优良，该多点反射超声波计量仪表达标。例如：计算在流量点为15m³/h时。实际计算得：直管状态下的流体在测量管内超声波传导路径B处剖面上的流速均匀性指数为0.95228；扰流状态中，I型扰流状态下的流体在测量管内超声波传导路径B处剖面上的流速均匀性指数为0.95160、II型扰流状态下的流体在超声波传导路径B处剖面上的流速均匀性指数为0.95199、III型扰流状态下的流体在超声波传导路径B处剖面上的流速均匀性指数为0.95202，则直管状态下与I型扰流状态下的均匀性指数差值为6.8×10^-4，直管状态下与II型扰流状态下的均匀性指数差值为2.9×10^-4、直管状态下与III型扰流状态下的均匀性指数差值为2.6×10^-4，即在同一流量点，直管状态下的流体与各个扰流状态下的流体在超声波传导路径同一处剖面上，其流体速度均匀性差值φ均能达到10^-4级别，说明该整流结构优良，该多点反射超声波计量仪表达标。

将本申请的整流结构打样，并将其安装于多点反射超声波计量仪表或多声道超声波计量仪表中，通过实际使用的实验来测试在多个不同流量点下，直管状态下与各个扰流状态下的误差百分比，得到下表1，下表1为：整流结构的适应性测试数据表。

表1整流结构的适应性测试数据表

由表1可看出，在同一流量点下，直管状态与I型扰流状态、II型扰流状态、III型扰流状态之间的误差差异均小于百分之一。例如：取流量为15m³/h时，当直管状态下的误差百分数为-0.4％、I型扰流状态下的误差百分数为-0.6％、II型扰流状态下的误差百分数为-0.6％、III型扰流状态下的误差百分数为-0.5％，则直管状态下的误差百分数与I型、II型扰流状态下的误差百分数之间的误差均为-0.4％-(-0.6％)＝0.2％，直管状态下的误差百分数与III型扰流状态下的误差百分数之间的误差为-0.4％-(-0.5％)＝0.1％；当直管状态下的误差百分数为-0.2％、I型扰流状态下的误差百分数为-0.8％、II型扰流状态下的误差百分数为-0.5％、III型扰流状态下的误差百分数为-0.5％，则直管状态下的误差百分数与I型扰流状态下的误差百分数之间的误差为-0.2％-(-0.8％)＝0.6％、直管状态下的误差百分数与II型扰流状态及III型扰流状态下的误差百分数之间的误差均为-0.2％-(-0.5％)＝0.3％，以上可看出：直管状态下的误差百分数与各扰流状态下的误差百分数之间的误差均小于百分之一。

即将本申请的整流结构应用于多点反射超声波计量仪表或多声道超声波计量仪表中时，通过实验数据可以证明，通过设置的所述整流结构，能够使得直管状态下的误差百分数与各扰流状态下的误差百分数之间的误差均小于百分之一，即能够达到GB/T778-2018中关于超声波计量仪表满足U0D0测试精度的要求。

综上，通过将整流结构设置成包括外环与筋条的结构，并将外环设置成包括锥形段、过渡段与直管段的三段式结构，将筋条设置成包括槽口筋与扇形筋，使得槽口筋与扇形筋在外环的圆周内侧交错、等间距设置，优化槽口筋与扇形筋的形状、尺寸，以使得流体在整流结构内，在同一流量点、同一剖面上的流速等值线分布，并使得直管状态与不同扰流状态下对应剖面上的等值线分布基本一致，同时，相对应剖面上流速的均匀性差值φ达到10^-4级别，提高了超声波计量仪表的测量精度，并通过设置的所述整流结构，使得直管状态下的误差百分数与各扰流状态下的误差百分数之间的误差均小于百分之一，达到GB/T778-2018中关于超声波计量仪表满足U0D0测试精度的要求。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，所述整流结构(3)设置于扰流器(11)与测量管(12)之间，所述测量管(12)的管壁内设置有用以限定超声波传导路径的反射镜；

其特征在于：所述整流结构(3)包括外环(31)、以及沿着外环的内圆周均匀分布的筋条(32)，

所述外环(31)与扰流器(11)相连的大端靠近进水口、与测量管(12)相连的小端靠近出水口，

所述筋条(32)包括沿着外环(31)圆周方向交错设置的槽口筋(321)与扇形筋(322)，所述槽口筋(321)的长度大于所述扇形筋(322)的长度。

2.根据权利要求1所述用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，其特征在于：所述外环(31)为内部中空的多段式结构，外环(31)从扰流器(11)一端至测量管(12)一端依次包括锥形段(311)、过渡段(312)以及直管段(313)。

3.根据权利要求2所述用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，其特征在于：所述锥形段(311)为从扰流器(11)一端至过渡段(312)一端直径逐渐减小的渐缩段；

所述过渡段(312)为锥形过渡段、且所述过渡段(312)的直径渐变坡度小于所述锥形段(311)的直径渐变坡度。

4.根据权利要求1所述用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，其特征在于：所述槽口筋(321)和所述扇形筋(322)各自沿着外环(31)的圆周方向等间距的设有一个以上。

5.根据权利要求4所述用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，其特征在于：相邻两所述槽口筋(321)之间的间距与相邻两所述扇形筋(322)之间的间距相等、且所述槽口筋(321)与一相邻所述扇形筋(322)之间的间距为相邻两槽口筋(321)之间间距或相邻两扇形筋(322)之间间距的一半。

6.根据权利要求1、4、5任意一项所述用于多点反射超声波计量仪表的整流结构，其特征在于：所述槽口筋(321)的截面为指向外环中心的棱形结构、且所述槽口筋(321)靠近进水口的一面沿径向开设有弧度切角(301)；

所述扇形筋(322)的截面为指向外环中心的扇形结构。