CN211042355U - 一种超声波燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超声波燃气表。其特征在于所述表体内设置流量计量模组，流量计量模组由方形流道和主备两路对称安装的超声波传感器组成，其中主路计量单元主要用于对气体介质流量精确计量，备路计量单元用于对主路计量状态的诊断，也可主备两路计量单元同时参与气体介质计量提高重复性及测量精准度，也降低了对气体介质扰动对其计量性能的影响；整流片上下两侧设置沿气体流动方向逐级升高的台阶，上壁和底板上的导向槽沿气体流动方向均设置成与整流片逐级升高的台阶相匹配的逐级降低的台阶槽，上壁和底板上台阶槽的段数和台阶高度相同且对称，便于插入后各段台阶紧密夹持在一起。

Description

一种超声波燃气表

技术领域

本实用新型涉及一种超声波燃气表。

背景技术

天然气作为一种清洁、高效的优质的能源成为国内能源结构的首选。随着天然气的广泛使用，作为城市天然气用户贸易计量所使用的燃气表，如何能实现公平计量尤其重要。随着燃气输气管道的兴建与普及，燃气表如雨后春笋般涌现，从机械式到电子式，从传统膜式表到全电子超声波燃气表，新概念新技术的不断涌现，各种流量计的准确度及使用范围也在不断提高，超声表由于其先进技术、易智能化优点，正在逐渐从工业领域走向家用领域。尤其近几年超声波燃气表正以强劲的势头在燃气表市场中崭露头角，然而超声波燃气表是全电子仪表，一般中小流量的商业燃气表一般只采用一对超声波传感器，导致对流场的稳定性要求极高，会影响超声波燃气表性能。同时任一超声波传感器发生故障时，无法正常计量，也无法准确判断故障通知用户维护，增加贸易纠纷的风险，这将给燃气公司带来损失！

目前用于家用和商用超声波燃气表，流道结构设计多采用长方形薄片式整流片，将方形流道划分成多层扁平流路。为了便于安装和定位，整流片形状一般采用两侧端部向上方突出的突起和下端部向下方突出的多个突起，插入流道底板部供于上述整流片的两侧端上侧的突起插入的槽部。由于这种安装方式要求尺寸精度高，不易安装定位，工艺性一致性不好，生产效率低下。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种超声波燃气表的技术方案。

所述的一种超声波燃气表，包括表体、进气口和出气口，其特征在于所述表体内设置流量计量模组，进气口连接控制阀门，出气口连接弯管，弯管一端连接出气口，弯管另一端连接流量计量模组尾部；所述流量计量模组由方形流道和主备两路对称安装的超声波传感器组成，两对超声波传感器设置在方形流道的上壁和底板的上下对称中心线位置，每对超声波传感器分别设置在上壁和底板上并成一定角度相互对射，两对超声波传感器同轴的中轴线连线中心点相交于方形流道内的中心点, 所组成对角角度相等。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述方形流道的上壁和底板上沿气体流动方向均开设多条对称设置的导向槽，多个整流片由方形流道尾部沿上壁和底板上对应的导向槽插入方形流道，将方形流道分隔成大小相同的多个流路。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述整流片上下两侧设置沿气体流动方向逐级升高的台阶，所述上壁和底板上的导向槽沿气体流动方向均设置成与所述整流片逐级升高的台阶相匹配的逐级降低的台阶槽。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述导向槽入口端呈由外向内缩进的台阶结构，位于方形流道尾部一阶的导向槽开口大于内侧一阶的导向槽开口，且靠近方形流道头部的末级导向槽开口截面呈喇叭口，喇叭口的最小处间距与整流片的厚度相匹配。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述整流片头部的上下角均设置为圆弧倒角。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述方形流道的底部水平设置计量电路板，用于测量多对超声波传感器之间的飞行时间，根据测量的飞行时间计算方形流道内流动的气体介质流量。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述主备两路对称安装的超声波传感器与计量电路板配合组成两个独立的计量单元，其中主路计量单元主要用于对气体介质流量精确计量，备路计量单元用于对主路计量状态的诊断，也能够让主路计量单元和备路计量单元同时参与气体介质计量提高测量精准度。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述控制阀门与进气口设置第一密封圈和卡扣，通过卡扣将控制阀门安装在进气口；所述弯管设有安装部，弯管的安装部插入流量计量模组尾部使其连为一体，且弯管的安装部与流量计量模组尾部设置第二密封圈，弯管另一端与出气口通过第三密封圈密封连接。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述流量计量模组两侧分别设有固定支架，固定支架上设有安装孔，通过固定螺丝能够将流量计量模组固定在表体上。

所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述两对超声波传感器连线组成的平面成水平设置；所述方形流道截面为长方形，方形流道的上壁和底板之间距离大于方形流道两侧壁的距离。

本实用新型与现有结构优缺点对比如下：

1、传统超声波燃气表采用单声道结构，气体介质的气流扰动，会影响超声波燃气表性能，同时超声波传感器发生故障时，无法正常计量，也无法准确判断故障通知用户维护，增加贸易纠纷的风险，这将给燃气公司带来损失；

本实用新型的采用多对超声波传感器结构，组成主路和备路超声波传感器分别与计量电路板组成两个独立的计量单元，其中主路计量单元主要用于对气体介质流量精确计量，备路计量单元用于对主路计量状态的诊断，也可主备两路计量单元同时参与气体介质计量提高重复性及测量精准度，也降低了对气体介质扰动对其计量性能的影响；

2、传统超声波燃气表，流道结构设计多采用长方形薄片式整流片，将方形流道划分成多层扁平流路；为了便于安装和定位，整流片形状一般采用两侧端部向上方突出的突起和下端部向下方突出的多个突起，插入流道底板部供于上述整流片的两侧端上侧的突起插入的槽部；由于这种安装方式要求尺寸精度高，不易安装定位，工艺性一致性不好，生产效率低下，也无法保证整流片插入的垂直度，这将对超声波传感器的声波产生反射，不仅使得接收到信号的幅度大幅衰减，也会引起测量的稳定性变差；

本实用新型中测量区域的方形流道采用整体设计，整流片上下两侧设置沿气体流动方向逐级升高的台阶，上壁和底板上的导向槽沿气体流动方向均设置成与整流片逐级升高的台阶相匹配的逐级降低的台阶槽，上壁和底板上台阶槽的段数和台阶高度相同且对称，便于插入后各段台阶紧密夹持在一起，不仅安装定位方便，同时多层薄片式整流片安装垂直度高且无松动，将整流效果达到最佳的同时也大幅降低了接收信号幅度的衰减，提供了测量稳定性；

3、传统超声波燃气表，多采用V型反射式的，底部易污染堆积后对气体反射反射产生影响；

本实用新型采用对射方式，底部即使污染堆积，也不影响测量效果；

4、传统超声波燃气表，一般将计量电路板水平放置在计量模组顶部，会导致天然气中的污染物堆积在电路板表面，引起电路板腐蚀导致电气性能故障，尤其是计量电路板表面一般安装有压力传感器，这种安装方式使得压力传感器朝上放置，导致天然气灰尘、颗粒和水很容易进入压力传感器，在表面形成污染物堆积，使得压力测试产生偏差；

本实用新型采用计量电路板和压力传感器都向下放置，不会产生污染堆积。

附图说明

图1为本实用新型超声波燃气表的剖视图；

图2为本实用新型流量计量模组分解示意图；

图3为本实用新型流量计量模组侧视图；

图4为本实用新型流量计量模组的剖视图；

图5为图4中A部放大图；

图6为方形流道剖视图；

图7为整流片示意图；

图8为导向槽放大示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型的超声波燃气表包括表体21，表体21上设置超声波燃气表的进气口22、超声波燃气表的出气口23、控制阀门24、流量计量模组30，流量计量模组30连接弯管25，弯管25设有安装部25a，弯管25的安装部25a插入流量计量模组30尾部使其结构连为一体。超声波燃气表21内部设有控制阀24，在用户正常用气时，阀门处于开阀状态，气体由控制阀门24流入超声波燃气表内；当出现气体泄漏、欠费等异常情况时，控制阀门24将立刻关闭，从而阻断气体进入超声波燃气表壳体内。控制阀门24入口处设有第一密封圈26c和卡扣安装结构与超声波燃气表的进气口22连接在一起结构上成为一体。密封圈26c的主要目的是确保流经超声波燃气表进气口22的气体，全部经由控制阀门24流出到超声波燃气表腔体27内。

燃气表进气口进入的外部紊乱的气流，通过燃气表内腔缓冲后进入流量计量模组30，再由流量计量模组30入口端的蜂窝整流网11、文丘里整流器12和方形前直管13组成多级整流，再经过多片整流片38将气流调整为层流状态后进入超声波传感器组（34a-34d）的测试区域。方形流道的底部水平设置计量电路板，当管道内有气体介质28流动时，电路板密封盒32里的计量电路板利用测得的主路超声波传感器组（34a、34b）和备路超声波传感器组（34c、34d）各自之间的传播时间差△T与管道内的气体介质流速成正比的关系，计算得到管道内的气体介质流量。流量计量模组尾部37与出气口弯管25通过第二密封圈26a连接密封，出气口弯管25另一端和超声波燃气表出气口23通过第三密封圈26b连接密封，其目的是为了确保流量计量模组30出口部与超声波燃气表出气口23之间的密封性，也就是让流进流量计量模组30的气体介质经过出气口弯管25后，由超声波燃气表出气口23后全部流出。

流量计量模组30两侧分别设有固定支架33，固定支架33上设有2个安装孔，可通过2颗固定螺丝将流量计量模组30固定在表体上。其目的是将流量计量模组30与超声波燃气表表体21固定成为一整体，防止将流量计量模组30在壳体内晃动对计量性能产生影响。

本实用新型流量计量模组30主要由入口端的整流器、方形流道、超声波传感器和计量电路板组成。方形流道由沿着被测气体的流动方向的侧壁（36a、36b）、上壁36c和相对应配置的底板36d组成。多层整流片38由流量计量模组尾部37向方形流道插入，将流道分隔成多个相同扁平的小流道。在方形流道的上壁36c和相对应配置的底板36d，在方形流道两侧壁中心对称位置分别设置4只超声波传感器34a、34b、34c、34d，并通过带锁紧卡扣功能的安装压帽35a、35b、35c、35d,分别安装固定在安装孔31a、31b、31c、31d内。

通过流道结构中预先设定角度的安装孔，将超声波传感器34a和34b分别与上壁36c和底板36d以同一角度同轴对射方式固定安装，组成独立的互相收发的超声波传感器组。这种对射安装方式可使得超声波收发传感器34a发送超声波直接水平穿过多层整流片38后，到达对面超声波传感器34b接收超声波信号，避免了传统反射安装方式因反射面的不平坦导致信号衰减的问题，由此可以得到最优的接收灵敏度，保证了计量性能稳定性。超声波传感器与安装孔31的安装面设有耐腐蚀橡胶垫圈，该橡胶圈有连个作用：1、可起到密封作用防止流经流量计量模组30的气体介质由安装孔31发生气体泄漏影响测量精度；2、可以作为有效的减震载体即能够使超声波传感器在发射信号后振动快速截止避免影响信号接收，又能将接收到超声波信号的超声波传感器快速稳定减少噪声提高信噪比，确保超声波信号飞行时间△T的精度，从而提高计量稳定性。超声波传感器34c和34d安装方式与此相同，组成另一对独立的互相收发的超声波传感器组，两对超声波传感器连线组成的平面成水平设置。在结构设计时充分考虑到这两对换能器对称性设计，当气体介质流过计量模组时，这两对超声波传感器（换能器）所测得流量相同。根据这一特点这两对换能器可组成主路和备路换能器分别与计量电路板组成两个独立的计量单元，其中主路计量单元主要用于对气体介质流量精确计量，备路计量单元用于对主路计量状态的诊断，若主路计量单元发生故障时可执行切换备路计量单元继续进行测量，也可主备两路计量单元同时参与气体介质计量提高重复性及测量精准度，也降低了对气体介质扰动对其计量性能的影响。

方形流道前端设置方形前直管，方形前直管前端配合设置文丘里整流器，文丘里整流器前端配合设置蜂窝整流器11，气体介质经蜂窝整流器11、文丘里整流器12和方形前直管13进入方形流道；可将入口端紊乱气体介质28经过前级整流后，进入超声波传感器测量区域，使得测量区域气流稳定，提高小流量稳定性及整体计量季度提高，由于蜂窝整流器流通截面积大，使得气体介质产生的压损极小。

以下对整流片38插入方形流道内的导向槽39进行说明：

方形流道的底板36d均匀分布多条导向槽39,开槽方向由流量计量模组尾部37向头部开槽，每条导向槽39的相同位置都设有逐级降低的台阶槽39a，相应的整流片38设有与之对应的逐级升高的台阶38a，整流片插入导向槽后相互抵接固定限位。

导向槽39入口端呈由外向内缩进方式，即，入口端由第一外边39h、第二外边39i、第三外边39j围成的周长大于第一内边39d、第二内边39e、第三内边39f、第四内边39g围成的周长，且与不在同一平面。这样设计的目的是便于整流片很容易的插入。由于导流槽由计量模组尾部37延伸到入口处行程很长，为了方便注塑时出模，避免导流槽底部出现过多毛刺影响整流片的插入，所以导流槽上半部分第一内边39d、第二内边39e采用是两条倾斜角开口，即，导向槽上部39k大于底39c和整流片38的宽度，这样设计的目的是既便于整流片很容易的插入。导流槽下半部分是由两条竖直的导向槽第三内边39f和第四内边39g及底39c组成，其宽度等于整流片38的宽度，当整流片38逐渐插入后与导流槽下半部分内壁紧密贴合起到很好的固定，防止因气体流量过大时整流片38晃动导致计量不稳定。

由于导流槽由计量模组尾部37延伸到入口处行程很长，导致整流片38由超声波计量模组尾部37的导向槽39逐渐插入的摩擦力在不断增强，这将使得安装时插入非常困难生产效率低下，同时用力过大很容易导致整流片38弯曲影响气体流场整流效果。为了解决这个问题，本实用新型中将整流片38与导向槽39

采用多段微小台阶来减少插入的摩擦力。

整流片38沿气体流动方向形成上下对称的多段逐级升高的台阶38a,在超声波计量模组上壁36c和相对应配置的底板36d中的导向槽底39c内具有供上述整流片插入沿气体流动方向的逐级降低的台阶槽39a，上壁和底板上台阶的段数和台阶高度相同且对称，便于插入后各段台阶紧密夹持在一起。本实施例中选用三段台阶，导致整流片38与导向槽底39c的接触面积减小3倍，则插入时摩擦力也相应减小了3倍。在整流片38的入口角是该多段整流片38最窄端，头部采用倒角设计,其目的是避免插入时遇到导向槽底39c内迎面的台阶阻挡便于插入。

导向槽39入口部具有可供整流片38插入由外向内呈逐渐缩小的倾斜面，同时，导向槽上部39k大于底39c呈上宽下窄的倾斜的第一内边39d、第二内边39e，首先整流片38由流道结构尾部37插入时，由于导向槽39入口有逐渐缩小的倾斜面，很轻易将整流片38推送到导向槽39，随着逐步推进由于导向槽内壁的第一内边39d、第二内边39e的作用，很容易将整流片38插入到导向槽底39c。继续将整流片38向导向槽39推进时，由于整流片前端头部设有圆弧倒角38c，第一级整流片宽度d1与第一导向槽宽度L3相等，且小于前第二导向槽宽度L2和第二导向槽宽度L2，整流片38与导向槽39接触摩擦力大幅减小，使得整流片38很容易插入流道结构中到达设定位置，即，导向槽中内多段微小向下台阶与整流片38插入沿气体流动方向成多段微小向下台阶状，紧密夹持在一起。当整流片插入到底部时，整流片38逐级升高的台阶38a与导向槽逐级降低的台阶槽39a依次相互咬合，由于后级台阶的宽度大于前级台阶的宽度，整流片38到达预定位置后无法再往前推进，即，整流片38尾部与导向槽39的第一外边39h、第二外边39i、第三外边39j在同一平面上。最后，弯管25插入流量计量模组30出口部使其结构连为一体,其安装部25a与整流片38尾部贴合，防止整流片38退出。

本实用新型的流道结构设计，不仅适用于超声气体计量仪表，也适用于mems热式气体流量仪表。

Claims (10)

1. 一种超声波燃气表，包括表体、进气口和出气口，其特征在于所述表体内设置流量计量模组，进气口连接控制阀门，出气口连接弯管，弯管一端连接出气口，弯管另一端连接流量计量模组尾部；所述流量计量模组由方形流道和主备两路对称安装的超声波传感器组成，两对超声波传感器设置在方形流道的上壁和底板的上下对称中心线位置，每对超声波传感器分别设置在上壁和底板上并成一定角度相互对射，两对超声波传感器同轴的中轴线连线中心点相交于方形流道内的中心点, 所组成对角角度相等。

2.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述方形流道的上壁和底板上沿气体流动方向均开设多条对称设置的导向槽，多个整流片由方形流道尾部沿上壁和底板上对应的导向槽插入方形流道，将方形流道分隔成大小相同的多个流路。

3.根据权利要求2所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述整流片上下两侧设置沿气体流动方向逐级升高的台阶，所述上壁和底板上的导向槽沿气体流动方向均设置成与所述整流片逐级升高的台阶相匹配的逐级降低的台阶槽。

4.根据权利要求3所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述导向槽入口端呈由外向内缩进的台阶结构，位于方形流道尾部一阶的导向槽开口大于内侧一阶的导向槽开口，且靠近方形流道头部的末级导向槽开口截面呈喇叭口，喇叭口的最小处间距与整流片的厚度相匹配。

5.根据权利要求3或4所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述整流片头部的上下角均设置为圆弧倒角。

6.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述方形流道的底部水平设置计量电路板，用于测量多对超声波传感器之间的飞行时间，根据测量的飞行时间计算方形流道内流动的气体介质流量。

7.根据权利要求6所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述主备两路对称安装的超声波传感器与计量电路板配合组成两个独立的计量单元，其中主路计量单元主要用于对气体介质流量精确计量，备路计量单元用于对主路计量状态的诊断，也能够让主路计量单元和备路计量单元同时参与气体介质计量提高测量精准度。

8.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述控制阀门与进气口设置第一密封圈和卡扣，通过卡扣将控制阀门安装在进气口；所述弯管设有安装部，弯管的安装部插入流量计量模组尾部使其连为一体，且弯管的安装部与流量计量模组尾部设置第二密封圈，弯管另一端与出气口通过第三密封圈密封连接。

9.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述流量计量模组两侧分别设有固定支架，固定支架上设有安装孔，通过固定螺丝能够将流量计量模组固定在表体上。

10.根据权利要求1所述的一种超声波燃气表，其特征在于所述两对超声波传感器连线组成的平面成水平设置；所述方形流道截面为长方形，方形流道的上壁和底板之间距离大于方形流道两侧壁的距离。

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