CN211121406U - 大口径超声波流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大口径超声波流量计，包括壳体和成对的换能器，所述壳体包括外管和内衬，所述外管套装在内衬外侧，所述内衬上设置有用于安装换能器的换能器安装孔。多组换能器直接封装/一体插装在换能器安装孔中，再通过外管和内衬密封，可将所有的换能器与外管之间密封，结构简单安装方便；除显示器外，主要积算电路板也镶嵌/封装在内衬上部，便于换能器引出线的分辨与就近焊接，减少线长提高了抗干扰性。

Description

大口径超声波流量计

技术领域

本实用新型具体涉及流量计量设备技术领域，特别涉及一种大口径超声波流量计。

背景技术

超声波流量计是一种通过采集和计算声波在通过一段流动流体中(液体或气体)的时差来解析出流体流速，从而求得流体体积的高精度流量计。2012年后，随着时差芯片电子采样技术，即时差提取精度、处理水平的大幅提高，能够计算出的时差分辨率已经可达到5ps。如在水中，可以测量的最小流速已经达到1mm/s。在液体计量方面，以前常采用电磁流量计，但电磁流量计只能测量满足一定电导率强度的液体，对于电导率过低的液体，比如纯净水等是不能计量的。另外，电磁流量计在气体介质中，也是不能工作的。而超声波流量计对流体的计量，只与超声波在流体中的声速及两点时差相关，如果将声速与某种流体随温度变化的关系带入计量芯片软件中，那么，超声波流量计是目前所有流量计中，能够测量单相流体始动流量最小、量程比最大、压损最小、液体及气体均可分别使用的高精度流量计。

但是，当前超声波流量计有许多不足之处，具体如下：

通常在流量计金属壳体制造方面，多采用铸造或管段焊接的方法。铸造成型壳体有一次性成型的优点，但其制造过程工序复杂、时间长、容易造成环境污染，特别是声道多时，制造及后期加工的成本很高，如专利授权公告号CN 206440316 U。

采用焊接工艺的管段与法兰连接看似简单，如专利申请公布号CN 106441471 A，但是，由于管体外沿的换能器安装座也需要焊接，这部分是不易定位及焊接的，所以加工工艺同样复杂。而且，焊接好的换能器座易变形。理论与实验证明，安装后，由于换能器与水流动方向有角度，若两换能器面不平行，有微小角度差就会对信号的接受产生较大影响。所以换能器孔及定位必须要用CNC进行一次性精密定位加工，费时费工，成本也很高。

换能器安装及密封十分重要，为了安全，最好是采用多级密封，如专利CN208171354 U。但这也会带来换能器座体积变大，占用空间和成本增加。

如图21所示，目前所有换能器的引出线都要通过管外特殊通道引导到流量计上端的电路盒体里，引出线很长、而且线组很多，如4通道就有8条线，长度通常接近一米，线与线之间难以分辨，易搞错，同时，线长了抗干扰及安全性也差。

为了读取流量计的数值，通常需要液晶显示屏，而它与积算电路板一体就制约了积算电路板的IP68防护。比如，最可靠的IP68防护是用A、B组分的硬胶灌封，但其热胀冷缩极易损坏玻璃液晶屏及管脚。

现在的超声波流量计，内部换能器安装孔等非规则部分，无法做到防腐处理，即便是采用316L不锈钢制造，在海水等高腐蚀性流体中使用一段时间后，也会被腐蚀，寿命短，无法长期使用。

流量计的标准规定了仪表管段的长度，理论证明，换能器之间连线在流体流动方向的投影距离越大，对于采用相同的时差芯片的积算电路而言，流量计的信噪比将越高。即，可测量的流体的始动流量就越小，以及流量计可测量的精度范围即量程比也就越大。可见，如何将一对换能器之间连线在流体流动方向的投影距离不受流量计法兰及换能器安装座/孔尺寸的限制，将其尽可能做到最大，亦是行业关注的重要焦点。如专利CN 106441471A，尽管已经靠近法兰，但受安装、加工空间限制，也无法做到与法兰完全合并或超越法兰内侧。

又由于换能器座是焊接在流量计管段外侧的，占空间较大，能容纳焊接座的数量极其有限，比如，一个DN100的管段外侧，一般能容纳4对声道的换能器座。而流量计成对换能器的多少决定了测量的声道数量，声道分布在不同的流层，它们的不同角度测量，决定及直接影响计量精度。特别是流量计前端靠近弯管时，湍流和紊流使流体流速在管道内的流场及不均匀，这时，靠几对换能器所能取样计量的误差会变得很大，而如果能实现在有限的空间内，安装更多对数的换能器，将可有效地从管内空间的各个角度计算时差及水流速度，从而得到更接近实际流速的平均值，这将大大提高流量计抗干扰性，从而解决弯管带来的湍流和紊流影响。

超声波流量计在制造过程中，要分别安装与定位换能器，费时费工，如何减少安装部件保证其安装一致性也需要改进。

现有的超声波流量计管段，无论是铸造还是焊接，其厚壁内径的误差一般在0.5～3mm范围，这种误差对流量的计量，特别是在大流量计量时，会引起各测量表之间很大的流速差异，所以必须在流量鉴定台上对每一只大口径流量计进行流量校准和修正，如果能将超声波流量计的内径误差做到小于0.1mm，就可以大幅提高效率，减少检测鉴定时间。

实用新型内容

一种大口径超声波流量计，包括壳体和成对的换能器，所述壳体包括外管和内衬，所述外管套装在内衬外侧，所述内衬上设置有用于安装换能器的换能器安装孔。

因为用于安装换能器的内衬是套装于外管内的，所以完全避开了法兰的限制，这种设计可以将相互配合的成对的换能器之间在流体流动方向的投影距离在固定长度的内衬上拉长至最长。

所述换能器安装孔有若干对；区别于现有技术的超声波换能器，本实用新型的流量计上设置的换能器的数量远远超过现有技术中的流量计。

以DN100的超声波流量计为例，现有的流量计可以安装换能器的对数是4对，本实用新型的超声波流量计可以安装的换能器的对数是10对；

以DN400的超声波流量计为例，现有的流量计可以安装换能器的对数是6对，本实用新型的超声波流量计可以安装的换能器的对数是18对；

流量计前端靠近弯管时，湍流和紊流使流体流速在管道内的流场及不均匀，这时，靠几对换能器所能取样计量的误差会变得很大，而如果能实现在有限的空间内，安装更多对数的换能器，为了解决这一问题，本实用新型提出了一种新的设计，即：如图18所示，在原有的多个成对的换能器之间再加入多个成对的换能器，等距离成对的换能器组成一个换能器组，所述换能器组内的相互配合的成对换能器之间的连线在流体流动方向的投影距离相同；所述换能器组有若干个；不同换能器组内的相互配合的成对换能器之间的距离不同。这种设计是在现有的超声波流量计中无法实现的。

在上述方案的基础上，所述换能器安装孔为通孔或盲孔。当所述换能器安装孔为盲孔时，设置有换能器安装孔的内衬的材料为声阻抗匹配的材料。

所述换能器安装孔为盲孔，所述换能器陶瓷片和换能器其他的部件直接封装于换能器安装孔内，盲孔是在制作内衬的时候一体成型的，对这种换能器封装方式而言，它与流体之间不需要再采取任何的密封措施。

所述换能器安装孔为通孔，所述换能器为一体插装的换能器，包括换能器外壳、换能器陶瓷片和换能器电路板及换能器电路板的引出线，所述换能器陶瓷片与换能器电路板粘接及电性连接，所述换能器外壳内部形成有外壳盲孔，外壳盲孔的底面和换能器陶瓷片之间设置有换能器前胶层，所述换能器陶瓷片通过换能器前胶层与外壳盲孔的底面粘接，所述换能器电路板粘接在换能器陶瓷片外侧，所述换能器电路板外侧设置有换能器后封胶，所述换能器后封胶将外壳盲孔与外界分隔，所述换能器电路板的引出线穿过换能器后封胶。

还包括换能器后盖，所述换能器后盖在换能器后封胶外侧，所述换能器后盖通过换能器后封胶与换能器外壳定位粘接，所述换能器后盖形成有第一穿出孔，所述换能器电路板的引出线穿过第一穿出孔。所述换能器安装孔外侧设置有台阶孔，所述台阶孔设置于内衬上，所述换能器安装孔与台阶孔相连通，所述换能器外壳形成有膨大部，所述膨大部与台阶孔相适配，台阶面上有圆形密封槽，密封槽里嵌有密封圈。所述台阶孔限制膨大部向换能器安装孔方向移动。还包括换能器压紧块，所述换能器压紧块插入台阶孔中，所述换能器压紧块一端与换能器外壳接触，另一端与外管内壁接触；换能器压紧块将换能器外壳压紧固定，其压紧弹力来自于台阶平台上的密封圈。所述换能器压紧块相对外管位置固定，所述换能器压紧块形成有第二穿出孔和走线槽，所述第二穿出孔和走线槽相连通，所述换能器电路板的引出线依次穿过第二穿出孔和走线槽。换能器压紧块下方形成有定位凸起，换能器外壳和/或换能器后盖形成有定位台阶，定位凸起插入定位台阶中限制换能器外壳相对换能器压紧块转动。

内衬套装于外管的内部，为了保证两者尽量的贴合，同时避免现有技术中换能器的引出线长、线与线之间难以分辨、易搞错的问题，本实用新型在所述内衬的外壁上设置线槽，所述换能器的引出线设置于线槽中并经过线槽与积算电路板的对应点电性连接。这种设计不但解决了上述问题，而且解决了因为线长所带来的抗干扰性差及安全性差的问题。通过线槽的设计，将换能器的引出线按照预先设计的线路进行排布，最终汇集于积算电路板对应处进行焊接。

根据内衬的大小，所述内衬设计为一体式或分段式。

一体式是指内衬是一体成型的，这种成型方式包括但不限于注塑、3D打印等方式。

针对一体式的内衬，在内衬的外壁上设置有用于安装积算电路板的安装槽，套装后，积算电路板位于内衬和外管之间。

在一般情况下，多段式为三段式或两段式；如果对于体积较大的内衬，在成型的时候根据生产的需要(脱模是否方便、次品率是否高)，可以做成更多段的形式。

为了脱模方便，可以将一体式的内衬设计成二段式(类似于将一体式的内衬从垂直于内衬轴向的方向的中间分开)，包括两个第二内衬，两个第二内衬并排套装(由胶圈密封连接或由超声波焊接)于所述外管内；所述换能器安装孔设置于第二内衬上；所述内衬的外壁上设置有用于安装积算电路板的安装槽，所述安装槽可以分别设置于任一个第二内衬上，也可以是在每一个第二内衬上有一个半槽，两个第二内衬并排后共同形成一个完整的安装槽；

内衬为三段式时；包括一个第一内衬和两个第二内衬，所述第一内衬设置在两个第二内衬之间，两个第二内衬在第一内衬两边相互对称；所述换能器安装孔设置于第二内衬上；所述内衬的外壁上设置有用于安装积算电路板的安装槽；所述安装槽设置于第一内衬或者第二内衬的外壁上，最优的方式是将安装槽设置于第一内衬上。

对于一体式和三段式的内衬，所述外管形成有连接孔，所述连接孔用于表头与积算电路板之间的输出线通过；所述表头设置于所述外管外侧，所述输出线穿过连接孔将积算电路板和表头连接。表头内设置有液晶显示屏、电池及有线/无线远传输出结构。

三段式的设计优点是成型的时候便于脱模，同时，带有换能器安装孔的第二内衬的材料可以使用性能更高的材料，这样可以节省成本。

内衬为一体式和多段式的结构在流量计中是作为一个整体的，做成多段式的目的是节省材料成本和/或便于制造。

作为一种特殊的结构，所述内衬为两段分开式；包括两个第二内衬；所述换能器安装孔设置于第二内衬上；所述外管分为三段，两个外段和一个中间段；外段的内径大于中间段内径；外段和中间段之间形成安装台阶；两个第二内衬分别安装于安装台阶上。在所述外管中间段的外侧设置有表体；所述积算电路板设置于表体内；所述安装台阶上形成有出线孔；所述换能器的引出线经过第二内衬外壁上的线槽后穿出出线孔与所述积算电路板电性连接。这种方式可以直接将换能器的引出线经过第二内衬外壁上的线槽后穿出出线孔与所述积算电路板电性连接；表体内设置有液晶显示屏、电池及有线/无线远传输出结构。这种结构可以有效的减少换能器的引出线的长度。

为了增强本实用新型流量计的密封性，所述内衬的两端设置有密封圈。内衬和外管安装后，第一密封圈可以有效的阻隔管道内的流体，防止流体进入内衬和外管之间。

本实用新型具有如下优点：外管不用铸造，只需采用薄壁钢管(普通钢管或不锈钢管，通过板材卷管焊缝加工而成，厚度可选，例如DN50的用厚度1.5mm，而DN400的用厚度5mm，这种管段与法兰焊接模式已经大批量应用于直饮水工程中。)与法兰焊接(氩弧焊或激光焊)；管段外面没有如专利CN 106441471 A的换能器安装座，多组换能器直接封装/安装在换能器安装孔中，通过外管和内衬密封一次即可将所有的换能器密封，结构简单安装方便；除显示器外，主要积算电路板也封装/镶嵌在管内衬上部(两段内衬分开模式除外)，便于分辨与换能器的引出线就近焊接，易识别，减少线长及提高了抗干扰性。而且，无论要安装有多少对换能器及连线，最终输出线只有一条四芯线，即，正负电源线和一对数据线；由于核心积算电路板在管道内安装且用A、B胶封装，所以就有较高的防护等级，而外围的电路盒里只有液晶显示屏、电池及有线/无线远传输出；内衬由两端法兰夹在中间固定，两侧的局部法兰是活动的，由外丝与固定法兰连接或用激光焊接方法连接固定，十分可靠，内衬上部及侧面有密封圈，换能器所有引出线均在干燥环境中连接到积算电路板上。

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种实施例，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本实用新型实施例2超声波流量计的主视剖视结构示意图；

图2：本实用新型实施例2的主视剖视结构示意图；

图3：本实用新型图2沿A剖切的剖视结构示意图；

图4：本实用新型实施例2内衬的结构示意图；

图5：本实用新型实施例2管道夹的结构示意图；

图6：本实用新型实施例3的主视剖视结构示意图；

图7：本实用新型图6沿B剖切的剖视结构示意图；

图8：本实用新型实施例3的立体结构示意图；

图9：本实用新型图7在E处的局部放大结构示意图；

图10：本实用新型换能器外壳的结构示意图；

图11：本实用新型换能器压紧块的结构示意图；

图12：本实用新型一体插装的换能器的爆炸图；

图13：本实用新型一体插装的换能器的剖视结构示意图；

图14：本实用新型实施例4的主视剖视结构示意图；

图15：本实用新型图14沿C剖切的剖视结构示意图；

图16：本实用新型实施例四的立体结构示意图；

图17：本实用新型图14沿D剖切的剖视结构示意图；

图18：本实用新型实施例4内衬的结构示意图；

图19：本实用新型实施例5的剖视结构示意图；

图20：本实用新型实施例5的第一内衬结构示意图；

图21：现有技术的超声波流量计的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

如图1到图3、图6到图16、图19和图20所示，本实施例的大口径超声波流量计，包括壳体和成对的换能器8；所述壳体包括外管1和内衬2，所述外管1套装在内衬2外侧。内衬2为塑料制成，具有防腐蚀的特性，且内衬2的内径误差小。同时塑料制成的内衬2便于注塑时一体加工成型，避免了后续对内衬的再次加工，防止换能器安装孔等安装位置或限位位置的误差加大。

优选的，所述外管1内壁与内衬2外壁接触，所述外管1和内衬2固定连接。外管1和内衬2可以通过限位构件进行限位来固定连接。外管1内壁与内衬2外壁之间进行密封处理，防止液体进入外管1内壁与内衬2外壁之间。密封处理的方式可以为密封圈密封。

优选的，所述内衬2上形成有换能器安装孔221，成对的换能器8设置于换能器安装孔221内，成对的换能器8相互对应。两个对应的换能器8所在的换能器安装孔221的轴线为同一条轴线。以图7为例来说明成对的换能器8相互对应：左上角的换能器8与右下角的换能器8相对应，组成一对换能器；左下角的换能器8和右上角的换能器8相对应，组成一对换能器。换能器8的位置相对外管1和内衬2固定，不会相对旋转或移动。

在生产内衬2的时候，换能器安装孔221可以是通孔，也可以是盲孔。如果所述换能器安装孔221为盲孔，所述换能器陶瓷片8可以直接安装于换能器安装孔221内。盲孔是在制作内衬2的时候一体成型的，这种方式换能器8和内衬2流经流体的内壁不需要采取任何的密封方式。

所述换能器安装孔221为通孔，所述换能器8为一体插装的换能器8，包括换能器外壳84。换能器陶瓷片安装在换能器外壳84内部，换能器外壳84固定安装在换能器安装孔221中。换能器组件包括换能器陶瓷片82和换能器电路板83，二者胶粘及电性连接。

工作原理：本实施例将换能器8安装在外管1和内衬2之间，只需将外管1和内衬2进行密封，就能对多组换能器8起到密封作用，简化了换能器8的密封，降低了换能器8密封的时间和成本。同时，外管1不需要铸造或焊接用于安装换能器8的空心圆桶，外管1为圆管加工简单。

依靠塑料制成内衬2，一体成型安装孔221等孔和槽，加工方便，不需要机床进行二次加工。同时，采用注塑一体成型工艺的一组换能器安装孔221同轴度等精度高于金属加工形式。

采用在外管1和内衬2之间安装换能器8的方式，可以使换能器8能最大限度的靠近外管1和内衬2外侧端部，使一组的换能器8之间距离最大化，有利于精度的提升。

实施例2

本实施例的大口径超声波流量计，如图1到图5所示，其中内衬2为三段式，包括一个第一内衬21和两个第二内衬22，所述第一内衬21设置在两个第二内衬22之间，两个第二内衬22在第一内衬21两边相互对称；所述换能器安装孔221设置于第二内衬22上；所述内衬2的外壁上设置有用于安装积算电路板3的安装槽211；所述安装槽211设置于第一内衬21或者第二内衬22的外壁上，最优的方式是将安装槽211设置于第一内衬21上。所述外管1形成有连接孔1a，所述连接孔1a用于表头4与积算电路板3之间的输出线31通过；所述表头4设置于所述外管1外侧，所述输出线31穿过连接孔1a将积算电路板3和表头4连接。

这种设计的优点是只需要将带有换能器安装孔221的第二内衬22使用价格较高的声阻抗匹配的材料，如PPS、PSU或PEEK，第一内衬21可使用价格较低的材料，可以节省成本；同时，相对于一体式的内衬2，第一内衬21、第二内衬22单个体积小，便于生产、脱模；

第二内衬22和外管1之间采用第一密封圈11密封，第二内衬22和第一内衬21采用第二密封圈12进行密封。

如图1所示，外管1形成有外管孔1b，第二内衬22形成有内衬开口223，内衬开口223内放置有螺母71，内衬开口223与螺母71相适配并限制螺母71转动。螺钉72穿过外管孔1b与螺母71螺纹连接，将第二内衬22与外管1固定。其中，外管孔1b可以为螺纹孔或光孔，与螺钉72的螺纹段或光杆段相适配。

第一内衬21两端分别形成有内衬凸起214，第二内衬22形成有内衬凹槽224，内衬凸起214插入内衬凹槽224中，限制第一内衬21和第二内衬22之间相对转动，所以两端的第二内衬22均不会相对第一内衬21转动。两端与外管1固定的第二内衬22限制第一内衬21的轴向运动，所以第一内衬21和第二内衬22之间相对位置固定。

优选的，密封环73套装在外管1外侧，螺钉72在密封环73内部，密封环73通过焊接与外管1固定，将螺钉72与外界隔绝。

如图1和图2所示，第一内衬21外侧形成有安装槽211，外管1形成有连接孔1a，连接孔1a在安装槽211上方，安装槽211内部安装有积算电路板3，积算电路板3与输出线31电性连接，输出线31穿出连接孔1a。表头4安装在外管1外侧，表头4内安装有显示器41，连接孔1a将表头4与安装槽211相连通，输出线31进入表头4与显示器电性连接。使用A、B组分的硬胶在安装槽211内灌封积算电路板3，使用派瑞林纳米镀层密封显示器41，防止A、B组分的硬胶损伤显示器41。

换能器8直接封装/一体插装在内衬2上的换能器安装孔221中，除液晶显示屏41外，积算电路板3也封装/镶嵌在内衬2上部，这样就便于分辨不同换能器8的引出线并将换能器8的引出线就近焊接，减少引出线的线长。而且，无论要安装有多少对换能器及引出线，最终输出线31只有一条四芯线(即正负电源线及一对数据线)。由于核心积算电路板在管道内安装且用A、B胶封装，有较高的防护等级，而外围的电路盒里只有液晶显示屏41、电池及有线/无线远传输出模块。换能器8引出线到积算电路板3的距离最短，引出线各走其路，非常容易识别与连接，积算电路板3也容易用A、B胶进行全部封装防护，这样省去了同类其他超声波流量计所设计的用于走引出线的外接护线连接管。线槽的设置有效的解决了超声波换能器数据线多且繁杂的问题，每一个换能器8的引出线都固定于线槽内，便于安装和整理；同时，线槽的设置可以使内衬2和外管1之间紧密贴合，利于第一密封圈11的密封。

如图3所示，图3中采用了封装换能器8的形式。换能器安装孔221为盲孔，换能器安装孔221内部从内到外依次设置有换能器前胶层81、换能器陶瓷片82和换能器电路板83，换能器前胶层81一端与换能器安装孔221的底面固接，另一端与换能器陶瓷片82固接。换能器陶瓷片82与换能器电路板83胶粘及电性连接。当换能器8的组件安装完成后，使用密封胶将换能器安装孔221开口处密封。优选的，第二内衬22内壁形成有传导孔225，换能器安装孔221和传导孔225在一条轴线上，换能器安装孔221和传导孔225的底面平行，这是为了防止换能器8发出的声波被厚度不均的第二内衬22塑料层所影响，造成流量计精度下降。

如图4所示，内衬2外侧形成有线槽，线槽将换能器安装孔221和安装槽211相连通，换能器电路板83的引出线在线槽中并沿线槽进入安装槽221中与积算电路板3电性连接。

线槽可以为从换能器安装孔221到安装槽211的曲线。假设把内衬2的圆周面展开成一个矩形的平面，那么在这个矩形的平面上，线槽为从换能器安装孔221到安装槽211的直线。这种方式的线槽从换能器安装孔221到安装槽211距离最短，使用的引出线长度最短，但是加工成本较高。如果内衬2为一体式，线槽为一个整体的槽；如果内衬2在线槽处分为多段，那么线槽为多个槽拼接而成，拼接而成的线槽形状和路线与一体式的内侧2的线槽相同。

线槽还可以为包括母线线槽和圆周线槽212的形式。如图4所示，从换能器安装孔221伸出的引出线先沿母线线槽走线，引出线到达圆周线槽212时转弯沿圆周线槽212向安装槽211走线，直至引出线进入安装槽211中与积算电路板3电性连接。当内衬2为分段式时，母线线槽包括形成在第二内衬22上的第二母线线槽222和形成在第一内衬21的第一母线线槽213。这种方式的线槽从换能器安装孔221到安装槽211距离较长，使用的引出线长度较长，但是线槽的加工成本较低。当内衬2为一体式时，第一母线线槽213和第二母线线槽222组成一体的母线线槽。

如图2和图5所示，外管1通过管道夹5与管道连接。这种方案，无管段长度的严格限制，在管线上截取、去掉一段与流量计相同长度的管子，然后由管道夹5连接将流量计管段与管线管段扣紧密封连接，操作方便。对流量计而言，这种模式可以直接安装在狭窄空间及已经铺设好的管路上。只要截去一段管道即可方便安装，成本降低幅度大。

管道夹5包括外层51，外层51形成有断开的缺口，外层51为C形。滑轨53在缺口中，两端均与外层51滑动连接。外层51在缺口的两侧均形成有固定块52，固定块52形成有螺纹孔。螺栓55依次穿过两个固定块52，并与两个固定块52均螺纹连接。通过旋转螺栓55将外层51收紧变形，缩小外层51内的截面面积。外层51内部两端为起到卡紧管段作用的卡紧牙511，中间为起到密封作用的橡胶密封层512。

本实施例的外管1也可以通过法兰连接等常规连接形式与管道固定。

实施例3

本实施例的大口径超声波流量计，如图6到图13所示，内衬2为一体成型；内衬2套装于外管1内；内衬2和外管1之间采用第一密封圈11密封。

所述内衬2的外壁上设置线槽，所述换能器8的引出线设置于线槽中并经过线槽与积算电路板3电性连接。在内衬2的外壁上设置有用于安装积算电路板3的安装槽211，套装后，积算电路板3位于内衬2和外管1之间。所述外管1形成有连接孔1a，所述连接孔1a用于表头4与积算电路板3之间的输出线31通过；所述表头4设置于所述外管1外侧，所述输出线31穿过连接孔1a将积算电路板3和表头4连接。表头4内安装有显示器41，使用A、B组分的硬胶在安装槽211内灌封积算电路板3，使用派瑞林纳米镀层密封显示器41。表头内其他结构如电池、有线/无线远传输出结构属于本领域的常规设计，不再一一示出。本实施方式一体式的内衬2便于安装，且对应的换能器安装孔221的同轴度等精度较高。但是因为整个内衬2都使用一种声阻抗匹配的材料如PPS、PSU或PEEK，成本相对较高。

如图7所示，所述外管1的内腔为一个通孔，所述外管1两端分别形成有法兰10，所述外管1一端的法兰10内侧形成有第一台阶101；所述第一台阶101上形成有限位槽112，所述内衬2形成有限位凸起226，所述限位凸起226插入限位槽112中限制内衬2相对第一台阶101转动。所述外管1的另一端通过压环13与法兰10的固定限制内衬2在内衬2的轴向上的运动。压环13可以与外管1内部螺纹连接，也可以通过焊接与外管1的法兰10固定。为了限制压环13的位置，在所述法兰10上设置第二台阶102。

所述外管1两端的法兰10的内侧可以均形成有第二台阶102，内衬2插入外管1后，通过两端的压环13对内衬2进行限位。

多组换能器直接封装/安装在换能器换能器安装孔221中，除液晶显示屏41外，主要积算电路板3也封装/镶嵌在内衬2上部，这样就便于分辨不同换能器8的引出线并将换能器8的引出线就近焊接，减少引出线的线长。而且，无论要安装有多少对换能器8及引出线，最终输出线31只有一条四芯线(即正负电源线及一对数据线)。由于核心积算电路板在管道内安装且用A、B胶封装，有较高的防护等级，而外围的电路盒里只有液晶显示屏41、电池及有线/无线远传输出模块。换能器8引出线到积算电路板3的距离最短，引出线各走其路，非常容易识别与连接，积算电路板3也容易用A、B胶进行全部封装防护，这样省去了同类其他超声波流量计所设计的用于走引出线的外接护线连接管。

如图7所示，换能器安装孔221为通孔，采用一体插装的形式。换能器8包括换能器陶瓷片82和换能器电路板83，所述换能器陶瓷片82与换能器电路板83胶粘及电性连接。换能器8还包括换能器外壳84，换能器外壳84内部形成有外壳盲孔84c，外壳盲孔84c的底面形成有限制胶厚度的限位凸起84b，向外壳盲孔84c的底面注胶后将换能器陶瓷片82推入外壳盲孔84c中，直至换能器陶瓷片82与盲孔凸起84b接触，此时换能器陶瓷片82和外壳盲孔84c的底面之间只存在胶体，待胶体干燥后形成换能器前胶层81，换能器前胶层81将换能器陶瓷片82和外壳盲孔84c的底面粘接固定。换能器前胶层81厚度与盲孔限位凸起84b的高度相同。将换能器电路板83粘接在换能器陶瓷片82外侧，换能器电路板83亦在外壳盲孔84c中。将换能器电路板83的引出线穿出外壳盲孔84c后，在换能器电路板83外侧封胶，胶干燥后形成换能器后封胶87，换能器后封胶87将外壳盲孔84c与外界分隔，换能器电路板83的引出线穿过换能器后封胶87。优选的，在在换能器电路板83外侧封胶前，将引出线穿出外壳盲孔84c后再穿过换能器后盖85的第一穿出孔851，然后封胶，在胶未干燥前将换能器后盖85插入换能器外壳84中，换能器后盖85通过换能器后封胶87与换能器外壳84粘接固定。

换能器安装孔221形成有台阶孔221a，换能器外壳84形成有膨大部84a。换能器外壳84插入台阶孔221a中，膨大部84a与台阶孔221a接触，台阶孔221a限制膨大部84a向内衬2内部运动。台阶孔221a的台阶面上有圆形密封槽，密封槽里嵌有换能器密封圈16。换能器压紧块86在换能器外壳84和外管1之间并将换能器外壳84压紧固定，其压紧弹力来自于台阶平台上的换能器密封圈16。换能器压紧块86与外管内壁适配，在内衬2插入外管1后，换能器压紧块86相对外管1固定。优选的，换能器压紧块86下方形成有定位凸起863，换能器外壳84和/或换能器后盖85形成有定位台阶841，定位凸起863插入定位台阶841中从而限制换能器外壳84相对换能器压紧块86转动。换能器压紧块86顶端的面与外管1相适配接触，从而限制换能器压紧块86相对外管1移动。换能器压紧块86形成有第二穿出孔861和走线槽862(必要情况下，换能器后盖85也可以形成有供引出线通过的槽，与走线槽862相适配)，换能器电路板83的引出线依次穿过第一穿出孔851、第二穿出孔861和走线槽862后进入线槽，经过线槽后进入安装槽221中与积算电路板3电性连接。本实施例线槽的结构和原理与实施例2(第一内衬21和第二内衬22一体成型时)相同。优选的，膨大部84a和台阶孔221a的台阶之间设置有换能器密封圈16，用于防水。一体式的换能器8可以预先组装，在装配流量计时直接将换能器8插入即可。通过外管1与换能器压紧块86接触并将换能器压紧块86单向轴向和周向限位、台阶孔221a的台阶与换能器外壳84接触将换能器8单向轴向限位，换能器压紧块86将换能器外壳84单向轴向和周向限位，即可将换能器外壳84。

以上只是换能器8相对外管1和内衬2固定的一种可选的形式。换能器外壳84还可以自身形成有凸起，换能器安装孔221形成有与之适配的槽，从而限制换能器外壳84相对换能器安装孔221转动，同时限制换能器外壳84向内衬2内部移动。如将膨大部84a做成非回转体(如膨大部84a的截面从圆形变成矩形)，即可满足上述描述。而换能器后盖85可以直接与外管1内壁接触，限制换能器外壳84向外管1方向移动。

如图7所示，外管1通过法兰10与管道连接。换能器8可以超过法兰10的内沿，这样，可以最大限度的延长一对换能器8之间在流体流动方向的投影距离。

由于安装完成有方向定位的内衬后，再将一侧的局部法兰(压环13)进行对接(螺纹旋紧或无螺纹直接对接缝处进行激光焊接)，这将内衬管段完全夹在两法兰内侧，安全可靠，整体流量计管段没有采用一颗螺丝。

实施例4

如图14到图18所示，本实施例的大口径超声波流量计，外管1套装在内衬2外侧。内衬2包括两个第二内衬22。

外管1分为外段和中段，中段的内径小于外段的内径，中段两端分别与外段连接，外段和中段之间形成有安装台阶14。外管1两端分别形成有法兰10，第二内衬22安装在外段中，第二内衬22一端与安装台阶14接触，另一端通过压环13限位。压环13的原理与实施例三相同。第二内衬22的换能器安装孔221内安装有换能器8，原理与实施例二或实施例三相同，换能器安装孔221可以为盲孔或通孔。第二内衬22与外管1两端的缝隙均设置有密封圈。

如图13和图17所示，安装台阶14形成有出线孔15。换能器8的引出线从第二母线线槽222经过后，直接从出线孔15穿出。如图12所示，安装螺钉75穿过连接片76和安装台阶14与安装螺母74螺纹连接，安装片76下端插入下表体92的限位槽中，限制下表体92相对外管1转动。安装螺母74与第二内衬22的槽相适配，原理如实施例二的螺母和槽。如图15所示，上表体91通过螺钉与下表体92固定连接。优选的，下表体92和上表体91之间的缝隙、下表体92与外管1之间的缝隙、上表体91与外管1之间的采用密封处理。

如图17所示，上表体91上方安装有显示器41，上表体91固接有卡扣32，积算电路板3通过卡扣32与上表体91固定。换能器8的引出线从出线孔15穿出后与积算电路板3电性连接。由于外管1中间金属管段凹进去，所有换能器的走线可以穿过安装台阶14壁上的出线孔15，到达外侧塑料的下表体92和上表体91组成的保护腔里，与积算电路板3连接。除了省去了同类其他超声波流量计所设计的外接护线连接管之外，换能器8到积算电路板3的引出线线长也非常短，走线方便。换能器8的安装形式与实施例2的封装或实施例3的一体插装。

实施例5

如图19到图20所示，本实施例的原理与实施例2相同，区别在于本实施例在第一内衬21上也设置了换能器安装孔221并安装了换能器8，第一内衬21增加了线槽与增加的换能器安装孔221相适配。同时外管1与管线管段的固定方式由管道夹5改为了实施例3的法兰10，内衬2与外管1的固定和定位方式与实施例3相同。

为了提高流量计的精度，可以通过增加换能器组及每组内成对换能器的数量来实现。特别是当流量计前端靠近弯管时，湍流和紊流使流体流速在管道内的流场不均匀，这时，靠几对换能器所能取样计量的误差会变得很大，而如果能实现在有限的空间内，安装更多对数的换能器，将可有效地从管内空间的各个角度计算时差及水流速度，从而得到更接近实际流速的平均值，这将大大提高流量计抗干扰性，从而解决弯管带来的湍流和紊流影响。

本实用新型提出换能器组的概念，如图19所示，具体的：换能器安装孔221内的换能器8组成一个换能器组，所述换能器组内的相互配合的成对换能器8之间的连线在流体流动方向的投影距离相同，每个换能器组包含若干对相互配合的成对的换能器8；所述换能器组有若干个；不同换能器组内的相互配合的成对换能器8之间的距离不同。如图19所示，两个第二内衬22的换能器安装孔221内的换能器8为一个换能器组，如与左侧第二内衬22中的换能器8相互配合组成一对的换能器8在右侧的第二内衬22中。第一内衬21两侧的换能器安装孔221内的换能器8为另一个换能器组。

通过第一内衬21也安装换能器8，进一步增加了换能器8的数量。

如图20所示，图20中换能器安装孔221为第一内衬21的换能器安装孔221。第一内衬21形成有第三母线槽215，第一内衬21的换能器安装孔221通过对应的一条第三母线槽215与圆周线槽212连通。

本实施例的第一内衬21和第二内衬22可以为一体式。换能器8的安装形式与实施例2的封装或实施例3的一体插装。

上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (15)

1.大口径超声波流量计，包括壳体和成对的换能器(8)，其特征在于：所述壳体包括外管(1)和内衬(2)，所述外管(1)套装在内衬(2)外侧，所述内衬(2)上设置有用于安装换能器(8)的换能器安装孔(221)。

2.如权利要求1所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述换能器安装孔(221)有若干对。

3.如权利要求2所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述换能器安装孔(221)为通孔或盲孔。

4.如权利要求1所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述内衬(2)的外壁设置线槽，所述换能器(8)的引出线设置于线槽中并经过线槽与积算电路板(3)电性连接。

5.如权利要求4所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述内衬(2)为一体式或分段式。

6.如权利要求5所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述一体式的内衬(2)的外壁上设置有用于安装积算电路板(3)的安装槽(211)。

7.如权利要求5所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述分段式的内衬(2)为三段式；包括一个第一内衬(21)和两个第二内衬(22)，所述第一内衬(21)设置在两个第二内衬(22)之间，所述换能器安装孔(221)设置于第二内衬(22)上；所述内衬(2)的外壁上设置有用于安装积算电路板(3)的安装槽(211)；所述安装槽(211)设置于第一内衬(21)或者第二内衬(22)的外壁上。

8.如权利要求6或7所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述外管(1)形成有连接孔(1a)，所述连接孔(1a)用于表头(4)与积算电路板(3)之间的输出线(31)通过；所述表头(4)设置于所述外管(1) 外侧，所述输出线(31)穿过连接孔(1a)将积算电路板(3)和表头(4)连接。

9.如权利要求4所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述内衬(2)为两段分开式；包括两个第二内衬(22)；所述换能器安装孔(221)设置于第二内衬(2)上；所述外管(1)分为三段，两个外段和一个中间段；外段的内径大于中间段内径；外段和中间段之间形成安装台阶(14)；两个第二内衬(22)分别安装于安装台阶(14)上。

10.如权利要求9所述的大口径超声波流量计，其特征在于：在所述外管(1)中间段的外侧设置有表体(9)；所述积算电路板(3)设置于表体(9)内；所述安装台阶(14)上形成有出线孔(15)；所述换能器(8)的引出线经过第二内衬(22)外壁上的线槽后穿出出线孔(15)与所述积算电路板(3)电性连接。

11.如权利要求2所述的大口径超声波流量计，其特征在于：换能器安装孔(221)内的换能器(8)组成一个换能器组，所述换能器组内的相互配合的成对换能器(8)之间的连线在流体流动方向的投影距离相同；所述换能器组有若干个；不同换能器组内的相互配合的成对换能器(8)之间的距离不同。

12.如权利要求3所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述换能器安装孔(221)为盲孔，所述换能器(8)封装于换能器安装孔(221)内。

13.如权利要求3所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述换能器安装孔(221)为通孔，所述换能器(8)为一体插装的换能器，包括换能器外壳(84)。

14.如权利要求1所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述换能器安装孔(221)为盲孔，设置有换能器安装孔(221)的内衬(2)的材料为声阻抗匹配的材料。

15.如权利要求14所述的大口径超声波流量计，其特征在于：所述声阻抗匹配的材料为PPS、PSU或PEEK。

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