CN210089772U - 一种超声波流量计 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于流量监测技术领域，具体涉及一种超声波流量计。包括流体腔、超声波传感器和数据和数据采集处理装置；流体腔为贯通的长管，管道两端由圆形的管道向管道中心压缩变形成一个长方形管道；超声波传感器设置于流体腔内的长方形管道侧壁上，且和数据采集处理装置数据连接。当气流通过时，从圆形的管道压缩变形成经过一个长方形管道，流通面积缩小，采用这种方式可以有效提高超声波传感器的精度和测量范围，并且大大缩短对前、后直管段长度的要求；在前直气管长度为为2倍管道直径，后直气管长度为1倍管道直径的条件下，流量计的准确精度可达到1±%。
Description
技术领域
本实用新型属于流量监测技术领域，具体涉及一种超声波流量计。
背景技术
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。
现有超声波流量计是采用圆形直通管，超声波传感器按一定角度安装在两侧，一个顺向发射脉冲，另一个接受，并记录时间t1，然后反向发射脉冲，另一个再接收并记录时间t2，然后两个时间相减获得时间差t。当管道气体静止，即无流量时，t＝0，当有流量时，声波传送的速度与气流流动相关，正向和反向的时间不一样，t就是一个与管道气体流速相关的量，将t按一定的数学模型转换成流速即可实现流量的测量。
然而这种采用直通圆形管道的方法。进行流量测量时，对前直管道要求很高，即在超声波传感器的前后必须保持一定长度的直管段。前直管段一般要大于30D(D为圆管内径)以上，后直管段要大于10倍以上。才能达到±1％的准确度和相关的重复性要求，这样超声波流量计现场安装条件很高，这就很大程度上限制了流量计的使用。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种检测精度高的超声波流量计。
本实用新型所提供的超声波流量计，包括流体腔1、超声波传感器2和数据采集处理装置3；
所述流体腔1为贯通的长管，管道两端由圆形的管道向管道中心区压缩变形成一段长方形管道；
所述超声波传感器2设置于流体腔1内的长方形管道侧壁上，且和数据采集处理装置3数据连接；
所述数据采集处理装置3能接收并处理超声波传感器2的测量信号，并反馈出来。
本实用新型中，所述流体腔1内腔截面的矩形面积为圆形面积40％～80％；矩形宽高比例为1:(1～10)。
本实用新型中，所述超声波传感器2有两个，分别作为发射端和接收端，设置于长方形管道的相对的两个面上，两个超声波传感器2的端头相对。
本实用新型中，所述超声波传感器2的超声发射方向和流体腔1长度方向呈20°～60°夹角，即使两个超声波传感器2在气体流动方向上形成对角的一前一后，能形成更精确的流量测量。
本实用新型中，管道两端由圆形的管道压缩变形成长方形管道的一段，作为变化过渡区5，该变化过渡区5中，矩形两条相对边为一组，共两组(即长边一组和短边一组)；其中至少一组中，管口的圆形边到对应位置的矩形的直边之间，形成一个中心截面外边沿为斜线的过渡面，该斜线共两条，相对称，两条斜线的夹角定义为锥角β(如图3所示)；该锥角β为20°～65°，优选为26°～56°。在该设定角度范围内，能保证气流进入内腔中间段4时，气流压力的损失小且平稳，干扰噪声小，从而保证了超声波传感器2测量的准确性。
本实用新型中，所述流体腔1的两端的圆形开口处，还设有整流网，用于使进入流体腔1的气流的流场更均匀，以此获得更加稳定的测量数据。
本实用新型中，所述流体腔1中还设有温度探测器和压力探测器，且同数据采集处理装置3连接。
本实用新型中，所述数据采集处理装置3上设有显示检测数据的显示设备，如液晶显示屏。
本实用新型中，所述数据采集处理装置3中设有无线数据收发装置，能将数据远程发送给客户端并显示。所述无线数据收发装置采用4G或Wifi无线网络技术，所述客户端可以为连接无线网络的PC端或者手机端。
本实用新型中，还包括包覆住流体腔1的保护外壳6，外壳6两端各设有可拆卸的封头7，封头7上设有对应流体腔1管口的圆孔，封头7外端面对应圆孔位置设有外凸的外螺纹管；
所述流体腔1设置于外壳6内，封头7密封盖合在外壳6两端，且封头7上的圆孔和流体腔1管口对接；外部气流管道则同封头7的外螺纹管对接；
所述外壳6的上端面设有线孔，外壳6外表面位于线孔位置设有可拆卸的仪表壳8，数据采集处理装置3设置于仪表壳8中，仪表壳8表面设有透明区域，通过该透明区域能观察到液晶显示屏；超声波传感器2、温度探测器和压力探测器通过数据线同数据采集处理装置3连接。这样超声波传感器2、温度探测器和压力探测器同数据采集处理装置3连接的连接线由外壳6保护。
本实用新型使用时，将装置设置于气管(如煤气圆管)中，即流体腔前、后端开口分别同圆管连接。当气流通过时，从圆形的管道压缩变形成经过一个长方形管道，流通面积缩小，采用这种方式可以有效提高超声波传感器的精度和测量范围，并且大大缩短对前、后直管段长度的要求，在前直气管长度为为2倍管道直径，后直气管长度为1倍管道直径的条件下，流量计的准确精度可达到1±％。
同时，通过调整所述锥角β角度大小以此调节变化过渡区5的长度，该锥角β大小对气流的压力损失产生影响，在设定角度范围内，能保证气流进入内腔中间段时，气流压力的损失小且平稳，干扰噪声小，从而保证了超声波传感器测量的准确性；防止在低压气流测试中，由于管道变径过程中气压损失过大，噪声过大，导致超声波传感器测量不到相关数据；使本超声波流量计适用于高、低压气流测量。
本实用新型优点在于：
压损小：最大流量时压损180Pa，特别适用于低压终端用户。
量程比大：精度保证范围可达到200倍，特别适用餐饮、食堂、医院、各类学校等用气量变化大的用户。
零点稳定：可检测到极小流量，因此可检测管网系统是否泄漏和预警。
声速测量：使用声速测量可实现远程在线检查流量表是否在精度范围之内。
前、后直管段短：本流量计具有自整流功能，能前后直管段很短(前2D 后1D)，几乎可以忽略并且不需要安装噪整器。
附图说明
图1为流体腔侧视结构示意图。
图2为流体腔正面的A-A剖视示意图。
图3为流体腔俯视局部示意图。图中剖视部分为超声波传感器的孔道的局部剖视。
图4为实施例整体外部正视示意图。
图中标号：1为流体腔，2为超声波传感器，3为数据采集处理装置，4 为内腔中间段，5为变化过渡区，6为外壳，7为封头，8为仪表壳。
具体实施方式
实施例
本实用新型用于酒店厨房煤气流量监测，外部气流管道为煤气管道。包括流体腔1、超声波传感器2和数据采集处理装置3。
所述流体腔1采用铝合金长管，总长220mm，其内腔位于两端的管口截面形状为圆形，内直径为50mm；内腔中间段4为截面矩形，长48mm，宽20mm，内腔中间段4总长为110mm；
即从管口位置起，内腔截面由圆形，经一段变化过渡区5后变为矩形，之后再经一段相同的变化过渡区5，在管尾位置内腔截面再变为圆形。
所述变化过渡区5中，管口的圆形边到对应位置的矩形的长边形成一个较大(与圆形边到对应位置的矩形的宽边形成的过渡面比较而言)的中心截面为斜线的过渡面，该斜线共两条(两条宽边)，两条斜线的夹角定义为锥角β，所述锥角β优选为26°～56°；如图3所示，具体还可根据实际测量气流压力大小和管径进行设计。
调整所述锥角β角度大小以此调节变化过渡区5的长度，该锥角β大小对气流的压力损失产生影响，在设定角度范围内，能保证气流进入内腔中间段4 时，气流压力的损失小且平稳，干扰噪声小，从而保证了超声波传感器2测量的准确性；防止在低压气流测试中，由于管道变径过程中气压损失过大，噪声过大，导致超声波传感器2测量不到相关数据；使本超声波流量计适用于高、低压气流测量。
所述变化过渡区5其他区域具体形态不限，自然过渡即可。
所述内腔中间段4位置斜向设有探测孔道，该探测孔道贯穿流体腔1相对的两个侧壁，即在内腔中间段4相对的两个侧壁上形成同轴的孔道，且探测孔道和流体腔1长度方向呈α夹角，20°≤α≤60°，优选30°。
所述超声波传感器2有两个，分别设置于两个侧壁的探测孔道中；其中，超声波传感器2的探测端朝向内腔中间段4中，且和孔道之间密封设置；超声波传感器2的连接线则通过探测孔道穿出流体腔1，同数据采集处理装置3连接；两个超声波传感器2一前一后，超声波传感器端头相对。如图1所示。
所述流体腔1中还设有温度探测器和压力探测器，超声波传感器2、温度探测器和压力探测器均同数据采集处理装置3连接；数据采集处理装置3设有液晶显示屏，能将探测到的数据通过液晶显示屏显示出来。
在所述流体腔1外设有一包覆住流体腔1的保护外壳6，外壳6两端各设有可拆卸的封头7，封头7上设有对应流体腔1管口的圆孔，封头7外端面对应圆孔位置设有外凸的外螺纹管。
所述流体腔1设置于外壳6内，封头7密封盖合在外壳6两端，密封方式可以是对接处设置橡胶垫圈，且封头7上的圆孔和流体腔1管口对接；外部气流管道同封头7的外螺纹管连接。
外壳6的上端设有线孔，外壳6外表面位于线孔位置设有可拆卸的仪表壳8，数据采集处理装置3设置于仪表壳8中，仪表壳8表面设有透明区域，通过该透明区域能观察到液晶显示屏；该透明区可以采用透明亚克力板覆盖在液晶显示屏对应的仪表壳8位置。这样超声波传感器2、温度探测器和压力探测器同数据采集处理装置3连接的连接线由外壳6保护。
所述数据采集处理装置3中设有无线数据收发装置，能将数据远程发送给客户端并显示。所述无线数据收发装置采用4G或Wifi无线网络技术，所述客户端可以为连接无线网络的PC端或者手机端。这样，用户也能远程随时随地通过电脑或手机监控流量数据。
所述封头7上的圆孔位置还设有整流网，整流网的网孔为连续排列的六边形蜂窝状网孔。
对比例
本实用新型采用管径DN50表(管内直径为50mm)下述方法进行实验并记录数据如下
1、前直管段长度分别取0mm，150mm，300mm，1000mm；
2、在前直管段前面无90°弯头，和加1个弯头、加2个弯头，加3个弯头；
3、采用负压法，标准表为音速喷嘴，检测气体为空气；
4、用记录表中所列出的流量点进行比对检测并记录。
试验数据记录表
试验结论
根据分析记录数据得出：采用本实用新型实现的流量计在±1％精度下，能够大大缩小对前直管段长度的条件限制。
Claims (10)
1.一种超声波流量计，其特征在于，包括流体腔（1）、超声波传感器（2）和数据采集处理装置（3）；
所述流体腔（1）为贯通的长管，管道两端由圆形的管道向管道中心区压缩变形成一段长方形管道；
所述超声波传感器（2）设置于流体腔（1）内的长方形管道侧壁上，且和数据采集处理装置（3）数据连接；
所述数据采集处理装置（3）能接收并处理超声波传感器（2）的测量信号，并反馈出来。
2.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述流体腔（1）内腔截面的矩形面积为圆形面积40%~80%；矩形宽高比例为1:（1~10）。
3.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述超声波传感器（2）有两个，分别作为发射端和接收端，设置于长方形管道的相对的两个面上，两个超声波传感器（2）的端头相对。
4.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述超声波传感器（2）的超声发射方向和流体腔（1）长度方向呈20°~ 60°夹角，即使两个超声波传感器（2）在气体流动方向上形成对角的一前一后，能形成更精确的流量测量。
5.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，管道两端由圆形的管道压缩变形成长方形管道的一段，作为变化过渡区（5），该变化过渡区（5）中，矩形两条相对边为一组，共两组；其中至少一组中，管口的圆形边到对应位置的矩形的直边之间，形成一个中心截面外边沿为斜线的过渡面，该斜线共两条，相对称，两条斜线的夹角定义为锥角β；该锥角β为20°~65°。
6.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述流体腔（1）的两端的圆形开口处，还设有整流网，用于使进入流体腔（1）的气流的流场更均匀，以此获得更加稳定的测量数据。
7.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述流体腔（1）中还设有温度探测器和压力探测器，且同数据采集处理装置（3）连接。
8.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述数据采集处理装置（3）上设有显示检测数据的显示设备，如液晶显示屏。
9.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，所述数据采集处理装置（3）中设有无线数据收发装置，能将数据远程发送给客户端并显示；所述无线数据收发装置采用4G或Wifi无线网络技术，所述客户端可以为连接无线网络的PC端或者手机端。
10.如权利要求1所述的超声波流量计，其特征在于，还包括包覆住流体腔（1）的保护外壳（6），外壳（6）两端各设有可拆卸的封头（7），封头（7）上设有对应流体腔（1）管口的圆孔，封头（7）外端面对应圆孔位置设有外凸的外螺纹管；
所述流体腔（1）设置于外壳（6）内，封头（7）密封盖合在外壳（6）两端，且封头（7）上的圆孔和流体腔（1）管口对接；外部气流管道则同封头（7）的外螺纹管对接；
所述外壳（6）的上端面设有线孔，外壳（6）外表面位于线孔位置设有可拆卸的仪表壳（8），数据采集处理装置（3）设置于仪表壳（8）中，仪表壳（8）表面设有透明区域，通过该透明区域能观察到液晶显示屏；超声波传感器（2）、温度探测器和压力探测器通过数据线同数据采集处理装置（3）连接；这样超声波传感器（2）、温度探测器和压力探测器同数据采集处理装置（3）连接的连接线由外壳（6）保护。
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| CN201920946326.1U CN210089772U (zh) | 2019-06-23 | 2019-06-23 | 一种超声波流量计 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110285861A (zh) * | 2019-06-23 | 2019-09-27 | 上海玮轩电子科技有限公司 | 一种超声波流量计 |
| CN115684652A (zh) * | 2022-10-27 | 2023-02-03 | 瑞纳智能设备股份有限公司 | 一种计量表整流效果分析方法 |
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