CN212620915U - 一种射流水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种射流水表，包括：表壳，具有射流腔体，超声组件，设置于表壳中，超声组件能够发射经过射流腔体沿第一设定方向传播的第一超声波，所述超声组件还能够发射经过所述射流腔体沿第二设定方向传播的第二超声波，第一设定方向和第二设定方向相反，时间模块，与超声组件电性连接，时间模块能够获取第一超声波在流体介质中沿第一设定方向传播设定距离所需要的第一传播时间以及第二超声波在流体介质中沿第二设定方向传播设定距离所需要的第二传播时间；处理系统，与时间模块电性连接，处理系统能够基于第一传播时间和第二传播时间的时间差获得进入射流腔体的流体的振荡频率信息。本实用新型可以提高射流水表计量的精度和稳定性。

Description

一种射流水表

技术领域

本实用新型涉及射流水表技术领域，尤其涉及一种射流水表。

背景技术

射流表工作原理，一定温度和流量条件下，斯特劳哈系数为常数，射流表的流量（流速）与射流振荡频率比值为一定值。根据此原理，通过测量射流振荡频率，可以换算出流量大小，进而积算得到用水量大小。目前，现有的射流水表主要采用两种方式测量射流振荡频率：一种是压力检测式，通过在反馈通道设置压电传感器，测量周期振荡引起的压力变化来获得频率信息；另一种是电磁检测式，即在内部安装永磁体，通过测量水流切割磁感线产生电势值的变化来获得频率信息。第一种方式目前存在的问题是，受压电传感器结构及分辨力限制，一方面自身会对反馈通道的流场造成影响，同时在小流量下时反馈通道压力幅值变化很小，传感器很难准确将压力波动变化的频率信息提取出来；第二种方式由于内部安装有磁性较强的永磁体，长期在水质较差的环境下使用后，射流腔内特别是两侧附壁面处会吸附很多杂质（主要是铁屑），改变射流腔结构，影响射流正常起振，严重时会堵塞通道，使水表计量功能失效。

实用新型内容

本实用新型提供一种射流水表，其可以提高射流水表计量的精度和稳定性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种射流水表，包括：

表壳，具有射流腔体，所述射流腔体能够使得进入所述射流腔体的流体形成稳定振荡；

超声组件，设置于所述表壳中，所述超声组件能够发射经过所述射流腔体沿第一设定方向传播的第一超声波，所述超声组件还能够发射经过所述射流腔体沿第二设定方向传播的第二超声波，所述第一设定方向和第二设定方向相反，所述第一超声波和所述第二超声波为频率相同的超声波；

时间模块，与所述超声组件电性连接，所述时间模块能够获取所述第一超声波在流体介质中沿所述第一设定方向传播设定距离所需要的第一传播时间以及所述第二超声波在所述流体介质中沿第二设定方向传播所述设定距离所需要的第二传播时间；

处理系统，与所述时间模块电性连接，所述处理系统能够基于所述第一传播时间和所述第二传播时间的时间差获得进入所述射流腔体的流体的振荡频率信息。

作为上述技术方案的优选，所述超声组件包括第一换能器和第二换能器，所述第一换能器用于按设定频率发射所述第一超声波，所述第二换能器用于按所述设定频率发射所述第二超声波，所述第一换能器还能够用于接收所述第二超声波，所述第二换能器还能够用于接收第一超声波。

作为上述技术方案的优选，所述射流腔体20上设置有射流入口和射流出口，射流入口与射流腔体的第一端连通，射流出口与射流腔体的第二端连通，射流腔体为缩口形状，射流出口50的截面为矩形。

作为上述技术方案的优选，所述射流腔体包括射流通道、第一回流通道和第二回流通道，射流通道的入口端与射流入口连通，射流通道的出口端与射流出口连通，第一回流通道的两端分别与射流通道的入口端和射流通道的出口端连通，第二回流通道的两端分别与射流通道的入口端和射流通道的出口端连通，第一回流通道和第二回流通道位于射流通道的两侧。

作为上述技术方案的优选，所述第一回流通道和第二回流通道为形状相同的弧形通道，且第一回流通道和第二回流通道沿射流通道的中心线对称设置。

作为上述技术方案的优选，所述射流通道中且位于中心线位置设置有分流劈，分流劈与第一射流壁之间的空间为第一射流通道，分流劈与第二射流壁之间的空间为第二射流通道，第一射流壁为射流通道中靠近第一回流通道的内壁，第二射流壁为射流通道201中靠近第二回流通道的内壁。

作为上述技术方案的优选，所述第一换能器和所述第二换能器之间的距离为所述设定距离。

作为上述技术方案的优选，所述第一换能器的发射端与所述第二换能器的发射端相对设置。

作为上述技术方案的优选，所述第一换能器和所述第二换能器为斜向设置并且所述第一换能器和所述第二换能器位于同一斜线上，所述射流腔体的水平中心线与所述斜线具有设定夹角。

作为上述技术方案的优选，所述第一换能器与所述表壳连接并且位于所述射流腔体的上方，所述第二换能器与所述表壳连接并且位于所述射流腔体的下方。

本实用新型提供的一种射流水表，其在表壳中设置射流腔体，射流腔体的特殊结构使得进入射流腔体的流体形成稳定的振荡，另外，表壳中还设置有超声组件，超声组件发出的超声波在不同流速和流向的流体介质中其传播速度不同，根据超声波的上述特性可以获得流体的周期性变换的振荡频率信息，基于振荡频率信息可以通过计算得到进入射流腔体的流量，相比较现有技术中的压电传感器检测流体的振荡频率，本实用新型基于超声组件获得流体的振荡频率可以在微小流量的情况下获得反馈信息，另外，相较于现有技术采用永磁体通过过测量水流切割磁感线产生电势值的变化来获得频率信息，本实用新型的超声组件不会吸附杂质而改变射流腔体结构从而影响射流正常起振，因此本实用新型提高射流水表计量的精度和稳定性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

图1示出了本实用新型实施例一种射流水表的射流腔体的剖视图；

图2示出了本实用新型实施例一种射流水表的射流腔体的俯视图；

图3示出了本实用新型实施例一种射流水表的射流腔体的形状示意图；

图4示出了本实用新型实施例一种射流水表的处理系统的连接结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例一种射流水表的流量计算方法的流程示意图。

图中：10、表壳；20、射流腔体；30、超声组件；40、射流入口；50、射流出口；60、分流劈；31、第一换能器；32、第二换能器；201、射流通道；202、第一回流通道；203、第二回流通道；204、第一射流通道；205、第二射流通道；206、第一射流壁；207、第二射流壁；100、处理系统；200、计算单元；300、振荡频率获取单元；400、时间模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，而非全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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。

参见图1至图4，本实用新型实施例提供了一种射流水表，包括：

表壳10，具有射流腔体20，射流腔体20能够使得进入射流腔体20的流体形成稳定振荡；

超声组件30，设置于表壳10中，超声组件30能够发射经过射流腔体20沿第一设定方向传播的第一超声波，超声组件30还能够发射经过射流腔体20沿第二设定方向传播的第二超声波，第一设定方向和第二设定方向相反，第一超声波和所述第二超声波为频率相同的超声波；

时间模块400，与超声组件30电性连接，时间模块400能够获取所述第一超声波在流体介质中沿所述第一设定方向传播设定距离所需要的第一传播时间以及第二超声波在流体介质中沿第二设定方向传播设定距离所需要的第二传播时间；

处理系统100，与时间模块电性连接，处理系统能够基于第一传播时间和第二传播时间的时间差获得进入射流腔体20的流体的振荡频率信息。

本实施例的一种射流水表，其在表壳中设置射流腔体20，射流腔体的特殊结构使得进入射流腔体20的流体形成稳定的振荡，另外，表壳10中还设置有超声组件30，超声组件30发出的超声波在不同流速和流向的流体介质中其传播速度不同，根据超声波的上述特性可以获得流体的周期性变换的振荡频率信息，基于振荡频率信息可以通过计算得到进入射流腔体20的流量，相比较现有技术中的压电传感器检测流体的振荡频率，本实施例基于超声组件获得流体的振荡频率可以在微小流量的情况下获得反馈信息，另外，相较于现有技术采用永磁体通过过测量水流切割磁感线产生电势值的变化来获得频率信息，本实施例的超声组件不会吸附杂质而改变射流腔体结构从而影响射流正常起振，因此本实施例提高射流水表计量的精度和稳定性。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，处理系统能够基于第一传播时间和第二传播时间的时间差计算获得进入射流腔体的流体的平均流速，并基于平均流速的变化获得进入射流腔体的流体的振荡频率信息。

本实施例中的处理系统能够通过时间差计算获得流体的平均流速，并且通过平均流速的周期性变化情况得到流体的振荡频率，因此其流速测量的准确性要求不高，而且通过平均流速的周期性变化情况提取流体的振荡频率其不会因为流体瞬时的流速变化或是流速测量的误差而影响振荡频率信息获取的准确性，可以保证射流水表流量测量的准确性。

具体而言，本实施例中的处理系统100包括计算单元200和振荡频率获取单元300，时间模块400用于获取第一传播时间和第二传播时间，计算单元200用于计算第一传播时间和第二传播时间的时间差，以及基于时间差计算进入射流腔体中射流的平均流速，振荡频率获取单元300用于通过平均流速的周期性变换获得射流的振荡频率，计算单元200还用于通过射流的振荡频率计算射流的流量。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，超声组件30包括第一换能器31和第二换能器32，第一换能器31用于按设定频率发射第一超声波，第二换能器用于按设定频率发射第二超声波，第一换能器31还能够用于接收所述第二超声波，第二换能器32还能够用于接收第一超声波。

本实施例中第一换能器31作为第一超声波的发射端和第二超声波的接收端，第二换能器32用于作为第二超声波的发射端和第一超声波的接收端，其可以简化结构，降低生产安装的成本。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一换能器31和第二换能器32之间的距离为设定距离。

本实施例之中第一换能器31和第二换能器32之间的距离作为设定距离，其使使得设定距离的设置更加方便，可以通过调整第一换能器31和第二换能器32之间的位置来调节设定距离。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一换能器31的发射端与第二换能器32的发射端相对设置。

本实施例中的第一换能器31的发射端与第二换能器32的发射端相对设置可以方便第一超声波和第二超声波的发射和接收。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一换能器31和第二换能器32为斜向设置并且第一换能器和第二换能器位于同一斜线上，射流腔体20的水平中心线与第一换能器和第二换能器所在的斜线具有设定夹角。

本实施例中的第一换能器31和第二换能器32为斜向设置可以保证第一换能器31发出的第一超声波和第二换能器32发出的第二超声波能够通过射流腔体以使得第一超声波和第二超声波能够在流体介质中传播，并且能够使得第一超声波和第二超声波中任一超声波可以顺着流体流动方向传播而另一超声波可以逆着流体流动方向传播，其可以方便安装的同时可以保证第一超声波和第二超声波的传播方向。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，射流腔体20上设置有射流入口40和射流出口50，射流入口40与射流腔体20的第一端连通，射流出口50与射流腔体20的第二端连通，射流腔体20为缩口形状，射流出口50的截面为矩形。

本实施例中的射流腔体20为缩口形状可以方便流体的进入，更进一步地为方便水流进入，另外，还可以对水流起到整流的作用，射流出口的截面为矩形可以方便水流从射流腔体20之中排出。

还有，在本实施例中，射流腔体20的第二端为第一端的最远端。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，射流腔体20包括射流通道201、第一回流通道202和第二回流通道203，射流通道201的入口端与射流入口40连通，射流通道201的出口端与射流出口50连通，第一回流通道202的两端分别与射流通道201的入口端和射流通道201的出口端连通，第二回流通道203的两端分别与射流通道201的入口端和射流通道201的出口端连通，第一回流通道202和第二回流通道203位于射流通道201的两侧。

本实施例中的射流通道201以及第一回流通道202和第二回流通道203的设置可以使得从射流入口40进入的水流发生按周期频率的稳定的振荡，具体而言，其水流形成的为双稳态射流振荡。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一回流通道202和第二回流通道203为形状相同的弧形通道，且第一回流通道202和第二回流通道203沿射流通道201的中心线对称设置。

本实施例中的第一回流通道202和第二回流通道203的形状以及第一回流通道202和第二回流通道203对称设置可以形成更加稳定的双稳态射流振荡，其振荡过程更加稳定。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，射流通道201中且位于中心线位置设置有分流劈60，分流劈60与第一射流壁206之间的空间为第一射流通道204，分流劈60与第二射流壁207之间的空间为第二射流通道205，第一射流壁为射流通道201中靠近第一回流通道202的内壁，第二射流壁为射流通道201中靠近第二回流通道203的内壁。

本实施例中分流劈60的设置可以使得射流能够从第一射流通道204进入到第一回流通道202，以及能够从第二射流通道205进入到第二回流通道203，更加有利于形成射流振荡，另外，分流劈60设置于射流通道201中心线位置可以使得经过第一回流通道202和第二回流通道203的射流均衡，进一步可提升射流振荡的稳定性。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一射流壁206和第二射流壁为斜向设置的内壁，第一射流壁206从靠近射流入口40的一端至远离射流入口40的一端为斜向远离射流通道201中心线的方向延伸，第二射流壁207从靠近射流入口40的一端至远离射流入口40的一端为斜向远离射流通道201中心线的方向延伸，第一射流壁206和第二射流壁沿射流通道201中心线对称设置。

本实施例中的第一射流壁206和第二射流壁为斜向设置的内壁以使得射流通道201为锥形的通道，并且靠近射流入口40一端的尺寸小于靠近射流出口50一端的尺寸，其可以更加有利于射流进入至第一回流通道202和第二回流通道203，更易于使得射流形成振荡。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，分流劈60正对着射流入口40的表面为弧形面601。

本实施例中的分流劈60正对着射流入口40的表面为弧形面可以防止射流在于分流劈60表面接触的时候形成紊流以对射流起振产生干涉以及影响，具体而言，本实施例中的弧形面为朝着射流出口50凹陷的弧形面。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，超声组件30的数量为两个，每一超声组件30包括第一换能器31和第二换能器32，两个超声组件30沿射流通道201中心线对称设置且分别与第一射流通道204和第二射流通道205对应设置。

本实施例中的两个超声组件30能够分别测得第一射流通道204和第二射流通道205射流振荡频率f1和f2，通过一定算法比较和平均处理后，可获得更准确可靠的射流腔振荡频率值。

具体而言，与第一射流通道204对应设置的超声组件30所发生的第一超声波和第二超声波能够穿过第一射流通道20，与第二射流通道205对应设置的超声组件30所发生的第一超声波和第二超声波能够穿过第二射流通道205。

还有，本实施例中第一换能器31靠近射流入口40，第二换能器32靠近射流出口50。

具体而言，由于第一换能器31和第二换能器32为斜向设置，因此第一超声波沿第一设定方向传播以及第二超声波沿第二设定方向传播为斜向传播，因此其第一超声波至少有部分传播路径为顺着流体流动方向传播，而第二超声波至少有部分传播路径为逆着流体流动方向传播。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，第一换能器31与表壳10连接并且位于射流腔体20的上方，第二换能器32与表壳10连接并且位于射流腔体20的下方。

本实施例中第一换能器31位于射流腔体20的上方，第二换能器32位于射流腔体20的下方，其可以保证第一换能器31发出的第一超声波能够和第二换能器32发出的第二超声波能够穿过射流腔体的水平中心线，以此来获得流体在射流腔体的水平中心线位置的平均流速，可以降低测量误差。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，平均流速的计算公式为

，c为第一超声波和第二超声波在流体介质中的传播速度；H为射流腔体的高 度；Δt为第一传播时间和第二传播时间之间的时间差；φ为设定夹角。

本实施例中可以提供一种新的流体的平均流速的计算方法，并且其计算过程简单，计算所需的参数获取简单。

本实施例中，c为第一超声波和第二超声波在所述流体介质中的传播速度其可以通过查表获得该数据，特定频率的超声波在特定流体介质中的传播速度是确定的，具体而言，本实施例中的第一超声波和第二超声波为在水体中的传播速度，射流腔体的高度以及设定夹角可通过测量获得，由于射流腔体的规格以及第一换能器31和第二换能器32安装位置是确定的，因此该射流腔体的高度以及设定夹角对于同一规格的射流水表其也是确定的，而且其可以通过查询水表的规格即可获得该数据。

参见图5，本实施例另一方面提供了一种射流水表的流量计算方法，包括：

步骤101，获取第一超声波在进入射流腔体的流体中在设定距离上正向传播所需要的第一传播时间；

步骤102，获取第二超声波在进入射流腔体的流体中在设定距离上逆向传播所需要的第二传播时间；

步骤103，计算获得第一传播时间和第二传播时间之间的时间差；

步骤104，基于时间差获得进入射流腔体的流体的振荡频率信息；

步骤105，基于振荡频率信息计算获得进入射流腔体的流体的流量。

本实施例中的第一传播时间为第一换能器31发出的第一超声波被第二换能器32接收到所需要的时间，而第二传播时间为第二换能器32发出的第二超声波被第一换能器31所接收到的时间。

本实施例中正向传播为顺着流体（水流）的流动方向传播，而逆向传播为逆着流体（水流）的流动方向传播，因此第二传播时间会大于第一传播时间，第二传播时间和第一传播时间的差值为时间差。

时间差的周期性变化可以反应射流的振荡频率，通过射流的振荡频率可以计算获得流体（水流）的流量，进而获得累积流量大小以获得用户的用水量。

在本实用新型实施例的进一步可实施方式中，基于时间差获得进入射流腔体的流体的振荡频率信息包括：基于时间差计算获得进入射流腔体的流体的平均流速，基于平均流速的变化获得进入射流腔体的流体的振荡频率信息。

本实施例中的平均流速的计算公式为

，c为所述第一超声波和所述 第二超声波在所述流体介质中的传播速度；H为所述射流腔体的高度；Δt为所述第一传播 时间和所述第二传播时间之间的时间差；φ为设定夹角，具体为第一设定方向和第二设定 方向与射流腔体水平中心性之间的夹角。

具体而言，就是通过缩短采样周期，可以获得接近连续的速度变化数据，然后对数据拟合得到速度-时频曲线，对其进行傅里叶变化，得到频谱信息，进而提取出频率信息。

本实施例由于射流振荡频率范围较宽：基本在0.1Hz～40Hz之间，而超声法测量的是通道中线位置的平均流速。本实施例的方法主要是从流速变化中提取频率信息，对流速测量的准确性要求不高。为了保证高频率振荡下，对通道中线位置流速变化的分辨及快速响应，可缩短数据的采样周期，减小测量值的算术平均处理样本量，以提高装置的动态工作特性。

在低流量、低流速情况下，超声法测量的最小流速比射流起振的流速要高1～2个数量级，因此可以准确的判断射流腔是否起振，并将微弱的流体速度测量后以高信噪比信号传递给后续处理单元。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，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者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种射流水表，其特征在于，包括：

表壳，具有射流腔体，所述射流腔体能够使得进入所述射流腔体的流体形成稳定振荡；

超声组件，设置于所述表壳中，所述超声组件能够发射经过所述射流腔体沿第一设定方向传播的第一超声波，所述超声组件还能够发射经过所述射流腔体沿第二设定方向传播的第二超声波，所述第一设定方向和第二设定方向相反，所述第一超声波和所述第二超声波为频率相同的超声波；

时间模块，与所述超声组件电性连接，所述时间模块能够获取所述第一超声波在流体介质中沿所述第一设定方向传播设定距离所需要的第一传播时间以及所述第二超声波在所述流体介质中沿第二设定方向传播所述设定距离所需要的第二传播时间；

处理系统，与所述时间模块电性连接，所述处理系统能够基于所述第一传播时间和所述第二传播时间的时间差获得进入所述射流腔体的流体的振荡频率信息。

2.根据权利要求1所述的射流水表，其特征在于，所述超声组件包括第一换能器和第二换能器，所述第一换能器用于按设定频率发射所述第一超声波，所述第二换能器用于按所述设定频率发射所述第二超声波，所述第一换能器还能够用于接收所述第二超声波，所述第二换能器还能够用于接收第一超声波。

3.根据权利要求1所述的射流水表，其特征在于，所述射流腔体上设置有射流入口和射流出口，射流入口与射流腔体的第一端连通，射流出口与射流腔体的第二端连通，射流腔体为缩口形状，射流出口的截面为矩形。

4.根据权利要求2所述的射流水表，其特征在于，所述射流腔体包括射流通道、第一回流通道和第二回流通道，射流通道的入口端与射流入口连通，射流通道的出口端与射流出口连通，第一回流通道的两端分别与射流通道的入口端和射流通道的出口端连通，第二回流通道的两端分别与射流通道的入口端和射流通道的出口端连通，第一回流通道和第二回流通道位于射流通道的两侧。

5.根据权利要求4所述的射流水表，其特征在于，所述第一回流通道和第二回流通道为形状相同的弧形通道，且第一回流通道和第二回流通道沿射流通道的中心线对称设置。

6.根据权利要求4所述的射流水表，其特征在于，所述射流通道中且位于中心线位置设置有分流劈，分流劈与第一射流壁之间的空间为第一射流通道，分流劈与第二射流壁之间的空间为第二射流通道，第一射流壁为射流通道中靠近第一回流通道的内壁，第二射流壁为射流通道中靠近第二回流通道的内壁。

7.根据权利要求2所述的射流水表，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器之间的距离为所述设定距离。

8.根据权利要求2所述的射流水表，其特征在于，所述第一换能器的发射端与所述第二换能器的发射端相对设置。

9.根据权利要求2所述的射流水表，其特征在于，所述第一换能器和所述第二换能器为斜向设置并且所述第一换能器和所述第二换能器位于同一斜线上，所述射流腔体的水平中心线与所述斜线具有设定夹角。

10.根据权利要求9所述的射流水表，其特征在于，所述第一换能器与所述表壳连接并且位于所述射流腔体的上方，所述第二换能器与所述表壳连接并且位于所述射流腔体的下方。

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