CN212254208U - 一种超声水表换能器及其超声水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声水表换能器及其超声水表，包括外壳和声波组件，外壳为盲孔结构，声波组件包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，第一、二压电陶瓷片位于盲孔底部，且第一、二压电陶瓷片之间设置有间隔，第一、二压电陶瓷片均可独立产生和接收超声波。该实用新型中，一对换能器可以采用两路声道对流速进行检测，结构简单，而且提供两组数据进行计算，达到了计算精准的效果。

Description

一种超声水表换能器及其超声水表

技术领域

本实用新型涉及水表技术领域，尤其涉及一种超声水表换能器及其超声水表。

背景技术

在超声水表领域，随着芯片技术的不断更新，超声水表管段成为了超声水表的核心部件，超声水表换能器成为了直接影响超声水表测量重复性和计量精度的关键。

在超声水表中，位于超声水表管段上下游的声波部件，被作为产生和接收水中超声波的传感部件。超声水表在工作过程中，通过产生和接收水中超声波并分析产生和接收超声波的时间和时间差，来测算水流在管道中的速度。

激励圆形压电陶瓷片的电信号到达压电陶瓷片的时间以及压电陶瓷片接到电信号产生超声波的时间并非是一个恒定的时间，而是会有一定的波动，该波动的时间会影响水流计算的时间差。特别是在电路供电电池电量较低或者压电陶瓷片老化的情况下，该波动时间被计算进时间差，从而影响真实管道中水流速度的计算，使得超声波水表的流量误差重复性出现波动。

一般的超声水表换能器仅采用一片整圆形压电陶瓷片，一对超声水表换能器只能作为单个声道。而要增加声道，只能成对增加超声水表换能器的数量。而增加超声水表换能器对数会对超声水表管段的流场产生不利影响。并且在口径较小的超声水表中，无法增加超声水表换能器对数。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种超声水表换能器及其超声水表，一对换能器可以采用两路声道对流速进行检测，结构简单，而且提供两组数据进行计算，达到了计算精准的效果。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种超声水表换能器，包括外壳和声波组件，所述外壳为盲孔结构，所述声波组件包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一、二压电陶瓷片位于盲孔底部，且第一、二压电陶瓷片之间设置有间隔，所述第一、二压电陶瓷片均可独立产生和接收超声波。

进一步地，所述外壳中盲孔上口设置有封胶层。

进一步地，所述第一、二压电陶瓷片的上、下表面均设置有金属层。

进一步地，所述第一、二压电陶瓷片上表面均设置有正、负电极，所述正、负电极上各设置一根导线，所述导线穿过封胶层与超声水表中的信号线相连。

进一步地，所述第一压电陶瓷片由圆形压电陶瓷片切割而成，且剩余部分为第二压电陶瓷片。

进一步地，所述第一、二压电陶瓷片为相同大小的半圆结构。

进一步地，所述第一、二压电陶瓷片为同圆心的扇形结构，且第一、二压电陶瓷片大小不同。

进一步地，所述第一、二压电陶瓷片为中心角为120度和240度的扇形。

第二方面，本实用新型提供一种超声水表，包括壳体和插设在壳体内的一对反射装置，还包括两个如上述任一实施方式所述的超声水表换能器，所述超声水表换能器设置在壳体上对应于反射装置的位置。

进一步地，所述超声水表换能器中的压电陶瓷片为两个相同的半圆结构，且所述超声水表中属于同一个圆形压电陶瓷片切割而成的两部分分别放置在同个超声水表的两个超声换能器中。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：可以在一对换能器上实现两路声道对流速的监控，提供两种数据进行参考，结构简单而且可以达到精准计算的效果。

附图说明

图1为本实用新型中超声换能器的结构示意图；

图2至图4为本实用新型中声波组件的结构示意图；

图5为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

在本实用新型(发明)的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本实用新型(发明)和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本实用新型(发明)的具体保护范围。

此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本实用新型(发明)描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型(发明)中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本实用新型(发明)中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供一种超声水表换能器，包括外壳1和声波组件2，外壳1设置为盲孔结构，声波组件2由第一压电陶瓷片201和第二压电陶瓷片202组成，整个声波组件2设置在盲孔底部，且两片压电陶瓷片平行排布，第一压电陶瓷片201和第二压电陶瓷片202之间设置有一定间隙，两片压电陶瓷片可以独立产生和接收超声波。

如图2所示，其中在第一压电陶瓷片201发出超声波时，会有一部分超声波被换能器壳体反射到第二压电陶瓷片202，第二压电陶瓷片202接收到的信号可以作为超声波发射完成的反馈信号，这样可以更加准确地表示超声发射时间，时间差从第二压电陶瓷片202接收到第一压电陶瓷片201发射的信号时间算起，会消除由于电路和压电陶瓷片响应时间引起的计时误差。

外壳1中盲孔的上口设置有封胶层4，起到密封换能器的作用。第一压电陶瓷片201和第二压电陶瓷片202的上、下表面都设置有金属层，且两个压电陶瓷片上表面均设置有正、负极，每个正极或负极都与一根导线3相连，导线3穿过封胶层4与超声水表中的信号线相连。

声波能量的大小和压电陶瓷片的发射面积成正比，为了最大程度的产生和接收声波能量，第一压电陶瓷片201由圆形压电陶瓷片切割而成，且剩余部分作为第二压电陶瓷片202，该圆形压电陶瓷片的直径与换能器壳体内腔的直径一致，以最大限度地利用换能器壳体截面积。

第一压电陶瓷片201和第二压电陶瓷片202大小可以相同，也可以不同。

如图3所示，为了在同一个超声水表换能器中得到不同频率的声波信号，可以将压电陶瓷片切割成大小不同的两片，切割得到的压电陶瓷片就能产生不同的声波频率。因此可以在同一个换能器中同时产生不同频率声波，从而得到经过同一水流的声波的时间比对参数。因为是不同频率声波，第一压电陶瓷片201和第二压电陶瓷片202可以同时发射声波信号，而且两路信号互相不会干扰，通过两路信号产生的两组数据，可以通过对比得出超声水表管段中同一流场的时间数据。

如图4所示，将同一片圆形压电陶瓷片切割成中心角为120度和240度两块同圆心扇形，则可以得到两路成倍率分布的声波通道，使得电路设计时更容易识别不同声波通道。

如图5所示，本实用新型还提供一种超声水表，包括壳体5、插设在壳体 5上的一对反射装置6以及一对超声水表换能器，超声水表换能器位于反射装置6的上方，且换能器与反射装置6一一对应。

由于在同一片圆形压电陶瓷片切割出的两个半圆形压电陶瓷片，其各项声波参数最为接近，声波共振现象最为理想，因此可以将同一圆形压电陶瓷片切割出的两个半圆形压电陶瓷片分别安装在同个超声水表的两个超声水表换能器中，其对声波的吸收和激励最为有效。即由同一片压电陶瓷片切割下的压电陶瓷片2011和压电陶瓷片2012分别位于管段的两个相对的换能器中，由另一片压电陶瓷片切割下的压电陶瓷片2021和压电陶瓷片2022也分别位于管段的同两个相对的换能器中。其中压电陶瓷片2011和压电陶瓷片2012 组成一个声波通路，互相发射和接收超声波信号；压电陶瓷片2021和压电陶瓷片2022组成一个声波通路，互相发射和接收超声波信号。

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。

Claims (10)

1.一种超声水表换能器，包括外壳和声波组件，其特征在于：所述外壳为盲孔结构，所述声波组件包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一、二压电陶瓷片位于盲孔底部，且第一、二压电陶瓷片之间设置有间隔，所述第一、二压电陶瓷片均可独立产生和接收超声波。

2.根据权利要求1所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述外壳中盲孔上口设置有封胶层。

3.根据权利要求1所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一、二压电陶瓷片的上、下表面均设置有金属层。

4.根据权利要求3所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一、二压电陶瓷片上表面均设置有正、负电极，所述正、负电极上各设置一根导线，所述导线穿过封胶层与超声水表中的信号线相连。

5.根据权利要求4所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一压电陶瓷片由圆形压电陶瓷片切割而成，且剩余部分为第二压电陶瓷片。

6.根据权利要求5所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一、二压电陶瓷片为相同大小的半圆结构。

7.根据权利要求5所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一、二压电陶瓷片为同圆心的扇形结构，且第一、二压电陶瓷片大小不同。

8.根据权利要求7所述的一种超声水表换能器，其特征在于：所述第一、二压电陶瓷片为中心角为120度和240度的扇形。

9.一种超声水表，包括壳体和插设在壳体内的一对反射装置，其特征在于：还包括两个如权利要求1至8任一所述的超声水表换能器，所述超声水表换能器设置在壳体上对应于反射装置的位置。

10.根据权利要求9所述的一种超声水表，其特征在于：所述超声水表换能器中的压电陶瓷片为两个相同的半圆结构，且所述超声水表中属于同一个圆形压电陶瓷片切割而成的两部分分别放置在同个超声水表的两个超声换能器中。

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