CN214843435U - 一种圆管式非满管流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种圆管式非满管流量计，属于液体流量测量技术领域。包括圆管以及安装在圆管外侧壁的若干超声波探头；所述超声波探头从上到下成层设置，每层包括对射的四个超声波探头；对射的两个超声波探头相对于圆管的轴线方向倾斜角度设置；圆管上端外壁还固定设置用于测量流经管段内的介质深度的超声波液位计和用于显示数据的表头；超声波探头同表头使用数据通信线连接。本实用新型的超声波探头从上到下成层设置，并且设置有多层超声波探头。成层设置的超声波探头能够对各层的液体的流速进行测量，该流量计的多层超声波探头能够得到多层的流速，对于非满管的流量测量能够保证流量计算的精度。

Description

一种圆管式非满管流量计

技术领域

本实用新型涉及一种圆管式非满管流量计，属于液体流量测量技术领域。

背景技术

黄河水的主要特征是泥沙含量大，淤泥淤积严重。如何保证设备在黄河水环境中保证设备计量精度，以及后期运维工作的简单化都是较为突出的问题，本产品主要就是为了解决明渠灌溉等等行业的自由流体很难满足满管需求，创造满管环境又需要很大的资金投入。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种圆管式非满管流量计，来解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种圆管式非满管流量计，包括圆管以及安装在圆管外侧壁的若干超声波探头；所述超声波探头从上到下成层设置，每层包括对射的四个超声波探头；对射的两个超声波探头相对于圆管的轴线方向倾斜角度设置；圆管上端外壁还固定设置用于测量流经管段内的介质深度的超声波液位计和用于显示数据的表头；超声波探头同表头使用数据通信线连接。

本实用新型技术方案的进一步改进为：超声波探头设置五层。

本实用新型技术方案的进一步改进为：每层超声波探头之间的距离为 100mm。

本实用新型技术方案的进一步改进为：圆管的两端一体设置法兰。

本实用新型技术方案的进一步改进为：圆管和法兰使用不锈钢材质制成。

本实用新型技术方案的进一步改进为：圆管的管径规格包括400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、1800mm、2000mm、2500mm、3000mm。

由于采用了上述技术方案，本实用新型取得的技术效果有：

本实用新型的超声波探头从上到下成层设置，并且设置有多层超声波探头。成层设置的超声波探头能够对各层的液体的流速进行测量，该流量计的多层超声波探头能够得到多层的流速，对于非满管的流量测量能够保证流量计算的精度。

本实用新型圆管和法兰使用不锈钢材质制成，不锈钢材料安全无毒，无腐蚀和渗出物，无异味或混浊问题，不会对水质造成二次污染，保持水质纯净卫生，卫生安全性达到完全保证。不锈钢具有耐腐蚀、增强强度、钢材变形不易破裂和环保性能，不易锈蚀，且具有良好的延展性和韧性，适用于恶劣环境下使用。

本实用新型主要适用于水利行业，灌溉输配水，城市管网用水，污水排放等等应用场景的过流计量，满足露天，水下，车间等地方使用。

附图说明

图1是本实用新型主视图；

图2是本实用新型俯视图；

图3是本实用新型图2的A-A剖切示意图；

图4是本实用新型图2的B-B剖切示意图；

图5是本实用新型立体示意图；

图6是时差法超声波流量计测流原理示意图；

图7是多声道超声波时差法流量测流原理图；

图8是时差法超声波流量计传播声道设计图；

其中，1、圆管，2、超声波探头，3、表头，4、超声波液位计，5、法兰。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。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。

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”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

本实用新型一种圆管式非满管流量计，具体说是一种非满管超声波流量计，非常适合于非满管流量的测量。

如图1-图5所示，该超声波流量计包括圆管1以及安装在圆管1外侧壁的若干超声波探头2。在使用时，通过圆管1将超声波流量计整体安装到管线上。超声波探头2用于对液体进行相应的参数测量。

如图1-图5所示，所述超声波探头2从上到下成层设置，每层包括对射的四个超声波探头2。成层设置的超声波探头2能够对各层的液体的流速进行测量。在非满管流量计量时，各层的流速存在差异，该流量计的多层超声波探头能够得到多层的流速，保证流量计算的精度。

如图2所示，对射的两个超声波探头2相对于圆管1的轴线方向倾斜角度设置，该设置是利用时差法超声波流量计的工作原理，具体的是利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波脉冲在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。工作原理如图5所示。

该超声波流量计在圆管1上端外壁还固定设置有超声波液位计4和表头3。其中，超声波液位计4用于测量流经管段内的介质深度。如果介质为满管的话，计算流量的公式为圆管横截面积*平均流速；如果介质为非满管的话，计算流量的公式为介质流经的横截面积*平均流速。

表头3能够显示显示瞬时流量，流速，累计流量，历史数据，故障日志，故障分析等结构化数据。

超声波探头2同表头3使用数据通信线连接。

如图1-图3所示，在具体的实施中，超声波探头2设置五层。按图1中所示，处于中间一层的超声波探头2大致上位于圆管1轴线位置，其他的四层超声波探头2分别依次位于圆管1的轴线的上方和下方。优先地，各层超声波探头2之间的距离相等，一般是设置每层超声波探头2之间的距离为100mm。图1 中处于中间一层的超声波探头之间的距离较大，而远离圆管1的轴线的超声波探头层所包含的超声波探头之间的距离较小。

在具体的实施中，圆管1的两端一体设置法兰5，通过设置法兰5能够便于将该超声波流量计安装到管线中。

本实用新型在具体的实施中，优先地，圆管1和法兰5使用不锈钢材质制成。不锈钢可以在的温度-270℃～400℃下长期安全工作，无论是高温还是低温，都不会析出有害物质，材料性能相当稳定。不锈钢材料安全无毒，无腐蚀和渗出物，无异味或混浊问题，不会对水质造成二次污染，保持水质纯净卫生，卫生安全性达到完全保证。不锈钢具有耐腐蚀、增强强度、钢材变形不易破裂和环保性能，不易锈蚀，且具有良好的延展性和韧性。适用于恶劣环境(湿、酸碱等户内外环境)下使用。综上所述，就生锈这个问题来说，不锈钢更强一点。

本实用新型在具体的实施中，圆管1的管径规格包括400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、1800mm、2000mm、2500mm、3000mm。产品的规格比较传统的流量计量行业不同，产品尺寸较大，主要是针对明渠的计量。

本实用新型的抗干扰性强，产品表头和超声波探头统一进行差分式信号处理，对于强电、泵站设备等具有很强的抗干扰性，基本适用于各种恶劣复杂的环境，设备经过流量计量校准之后，基本免后期维护，可重复性工作能力强，工作稳定性高。

本实用新型的抗泥沙性强，产品电路控制部分对探头发射功率进行自动控制，不同灌溉季出现不同的泥沙含量时，探头的发射功率会进行相应的自动增益调整，保证信号的接收强度，从而保证设备的稳定运行。

本实用新型的产品表头可以采取一体式或分体式设计，满足不同的客户需求，支持RS485、NB-IOT、lora、4G等通信方式，与传统的流量计量行业不同，设备的协议开发灵活，能够接入客户已有的管理平台，大大减少了客户的对接支出，方便运维管理。

本实用新型主要适用于水利行业，灌溉输配水，城市管网用水，污水排放等等应用场景的过流计量，满足露天，水下，车间等地方使用，产品采用IP68 防护设计，接触介质可以为纯净水、污水、其他弱酸和弱碱性等均匀流体，设备质量和精度并重。管段材质为不锈钢，具有较强的抗腐蚀能力，管段的长度主要依据不同的管径进行有限元匹配，达到较为稳定的流态环境。

超声波时差法测速系统，布设水位自动测量设施组成超声波时差法流量计。

根据该水层平均流速推求整个断面平均流速。在测速的同时测量水位，计算过水断面面积A。

超声波时差法流量计的一个声道只能测得一层水层的平均流速。如果水深不大，用一水层的平均流速可以很好地推算出断面平均流速。如果水深较大或流态较复杂，用一个水层流速推求断面平均流速的不确定性较差时，就要采用多层声道工作方式，在不同水深布设2层(或更多)测速声道，测得多层水层平均流速，以此推求断面平均流速，或用来计算部分水层流量。多层声道工作方式用于水位变化较大、水深较深、流态复杂、流量测量要求高的断面。

若选用单声路换能器，则仪表精度仅为5％，在声路选择上根据测量精度要求，可以选为1、2、4、8声路和1～4个测量断面的组合，就可以有效地解决流体流态在一个方向分布不对称的影响；另外，当渠道中水位变化幅度较大时，也必须选择多声道，保证在水位最低时仍至少有一组换能器在水下工作。

时差法超声波流量计工作原理如图6所示。

它利用一对超声波换能器相向交替(或同时)收发超声波，通过观测超声波脉冲在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。如图6，分布在河岸两侧的超声波顺流换能器 (Transducer 1)与逆流换能器(Transducer 2)连线即声道路线和水流方向线的夹角为θ，水的流速为VW，超声波行走的声道路线长度为L1－2，顺流换能器和逆流换能器相互传输的时间为T1－2、T2－1，水体平均流速可用下式计算：

由上式计算出来的流速是超声波传播路径上的线平均流速，当流速在一定范围内时，利用平均流速和面平均流速之间的相关关系，进而求得流量。

图8是时差法超声波流量计传播声道设计图。

多声道运用：

1)对岸反射

超声波发射换能器与接收换能器安装在渠道的同一岸边，在对岸安装一反射板，发射端换能器发射的超声波经反射板反射到接收换能器上。

2)对岸接收

超声波发射换能器与接收换能分别安装在渠道两岸，一个发射，一个接收。

图7为多声道超声波时差法流量测流原理图。

断面的平均流速等于＝(V1*A1+V2*A2+…Vi*Ai+…+Vn*An)/A

Vi：第i个流速探头测量的平均线流速；

Ai：第i个分割面积。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种圆管式非满管流量计，其特征在于：包括圆管(1)以及安装在圆管(1)外侧壁的若干超声波探头(2)；所述超声波探头从上到下成层设置，每层包括对射的四个超声波探头(2)；对射的两个超声波探头(2)相对于圆管(1)的轴线方向倾斜角度设置；圆管(1)上端外壁还固定设置用于测量流经管段内的介质深度的超声波液位计(4)和用于显示数据的表头(3)；超声波探头同表头使用数据通信线连接。

2.根据权利要求1所述的一种圆管式非满管流量计，其特征在于：超声波探头(2)设置五层。

3.根据权利要求2所述的一种圆管式非满管流量计，其特征在于：每层超声波探头(2)之间的距离为100mm。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种圆管式非满管流量计，其特征在于：圆管(1)的两端一体设置法兰(5)。

5.根据权利要求4所述的一种圆管式非满管流量计，其特征在于：圆管(1)和法兰(5)使用不锈钢材质制成。

6.根据权利要求1所述的一种圆管式非满管流量计，其特征在于：圆管(1)的管径规格包括400mm、600mm、800mm、1000mm、1200mm、1400mm、1600mm、1800mm、2000mm、2500mm、3000mm。

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