CN216524155U - 一种智能型超声波流量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能型超声波流量传感器，包括：壳体、连接组件、电路部分及管道组件；壳体的下部与连接组件的上部固定连接；电路部分包括电源转换模块、超声波测量单元、中央处理单元及输出模块；超声波测量单元包括温度测量单元及高精度时间测量电路；管道组件包括管道、超声波换能器以及管道接头，管道的中部与连接组件的下部固定连接；超声波换能器的顶部与管道的两端对称固定连接，管道接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与管道固定连接。有效控制了所得测量数据的误差在较小的范围，因此所得流量数据与温度数据精度较高；结构稳定可靠、抗干扰能力强、可测量瞬时流量和累计流量、可通过按键修改功能。

Description

一种智能型超声波流量传感器

技术领域

本实用新型涉及流量测量仪器技术领域，具体涉及一种智能型超声波流量传感器。

背景技术

超声波流量传感器，是采用低电压多脉冲平衡发射接收技术制造的流量传感器，适用于工业环境下连续测量不含大浓度悬浮粒子或气体的大多数清洁均匀液体的流量和热量。现已广泛应用于工厂污水排放监测、油田含油污水流量测量、油井注水量流量测量、自来水流量测量、工业循环水流量测量、生产过程耗水量测量、铝酸钠等工艺流流量测控、冷却循环水流量测量、发电机组线圈冷却水流量测量、奶液流量测量等方面。

在现有技术中，超声波流量传感器是通过检测流体流动对超声波波束的作用以测量流量的仪表，它通常采用先进的多脉冲技术、信号数字化处理技术和纠错技术，从而可以适用于各种领域。但随着科学技术的发展，现有的超声波流量传感器因其功能单一、输出方式单一，没有温度显示，受温度影响大，适用范围受限，体积较大、安装及维修不便，已不能满足人们在多种工况下的需求。

因此，本技术领域需要一种配置简单，成本低，结构紧凑、安装快捷、维修拆装方便的超声波流量传感器。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种配置简单，结构紧凑、安装快捷、维修拆装方便且智能化程度高的超声波流量传感器。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型公开了一种智能型超声波流量传感器，包括：壳体、连接组件、电路部分及管道组件；所述壳体的下部与所述连接组件的上部固定连接；所述电路部分设于所述壳体和连接组件所形成的空腔内，用以检测并控制超声波流量传感器的运行及停止；所述电路部分包括电源转换模块、超声波测量单元、中央处理单元及输出模块；所述超声波测量单元包括温度测量单元及高精度时间测量电路；所述管道组件，包括管道、超声波换能器以及管道接头，所述管道的中部与所述连接组件的下部固定连接；所述超声波换能器的顶部与管道的两端对称固定连接，所述管道接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与所述管道固定连接。

上述技术方案的有益效果在于：充分考虑了现有技术中超声波流量传感器存在功能单一、输出方式单一，没有温度显示，受温度影响大，适用范围受限，体积较大、安装及维修不便，不能满足人们在多种工况需求的的问题，首先，通过在电路部分设置温度测量单元及高精度时间测量电路，有效控制了所得测量数据的误差在较小的范围，因此所得流量数据与温度数据精度较高；其次，管道接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与管道固定连接，可以满足不同工况的安装需求。

进一步的，所述温度测量单元及超声波换能器通讯连接所述高精度时间测量电路，所述高精度时间测量电路与所述中央处理单元通讯连接。

进一步的，所述输出模块包括输出单元和输出保护单元，输出单元输入端与所述中央处理单元电路连接，通过NPN三极管或PNP三极管进行监控流量信号的开关量输出，通过电流4～20mA或电压0～10V进行监控流量信号的模拟量输出；输出保护单元输入端与输出单元连接。

上述技术方案的有益效果在于：输出单元和输出保护单元的配合设置，便于对电路部分进行短路保护、反极性保护及过载保护。

上述技术方案的有益效果在于：高精度时间测量电路用以将超声波发射到接收的时间和温度测量单元的信号转换成数字信号传输至中央处理单元进行处理。

再进一步的，所述中央处理单元为数据处理器，所述中央处理单元设有温度补偿单元和时间处理单元。

上述技术方案的有益效果在于：温度补偿单元和时间处理单元的配合设置，进一步提升了温度测量数据的精度。

再进一步的，所述电路部分还包括显示模块，所述显示模块包括显示驱动单元及显示单元，所述显示驱动单元的输入端与所述中央处理单元通讯连接，所述显示驱动单元的输出端与所述显示单元通讯连接。

上述技术方案的有益效果在于：中央处理单元会将处理过的温度信号、流量信号输出给显示单元显示数值信号，进行显示信号输出，从而能够实现更为快速直观的获取实时流量和温度信息。

再进一步的，所述电路部分还包括按键控制单元；所述按键控制单元与所述显示模块通过中央处理单元构成菜单系统用以用户交互。

上述技术方案的有益效果在于：通过设置菜单系统，可以对开关量输出的输出方式和开关点，模拟量输出的输出方式和高低点以及恢复出厂设置进行调节或校正。

再进一步的，所述按键控制单元至少能够设置两种以不同单位显示的瞬时流量、累积流量、温度和当前输出的电流值或电压值。

如：瞬时流量有m/s，l/min、累积流量有L、m³。

上述技术方案的有益效果在于：设置两种以上单位显示的值，有利于适应不同场景、不同量级的数据读取，进一步拓宽了智能型超声波流量传感器的适用范围。

再进一步的，所述显示模块还包括七段数码管、LED灯，所述数码管用以进行数值显示，所述LED灯用以显示工作状态。

如：所述数码管为七段数码管，3个七段数码管进行数值显示，7颗LED灯作为状态灯进行显示。

更进一步的，所述电源转换模块设有隔离组件，所述隔离组件包括安规电容和扼流圈，所述扼流圈设置在所述电源转换模块的输入端，用以抑制电路中的共模干扰信号；所述电源转换模块设有两个输入端，在所述电源转换模块的两个输入端分别串联一个安规电容接地。

上述技术方案的有益效果在于：隔离组件的设置，用于抗干扰、防静电及防雷击；安规电容接地用以消除电路中的高频干扰信号电源单元与壳体连接并连接大地，以释放电路内部多余电荷和干扰。

更进一步的，所述壳体还设有上盖、显示罩、按键、压合片、接插件及固定支架，所述显示罩内设有所述显示模块，所述显示罩从上盖内部通过所述压合片固定在所述上盖的内表面；所述按键从上盖的表面装入；所述接插件从所述上盖的侧面所设有的圆孔伸入所述壳体；所述固定支架用以固定所述电路部分。

上述技术方案的有益效果在于：显示罩配合显示模块设置，用来显示当前的流量、温度以及当前的电流值或电压值显示和状态显示；按键从上盖的表面装入用来学习校准流量高低点、开关点选择等菜单设置和功能选择；接插件用来连接外接线缆，给电路部分供电；固定支架可起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

更进一步的，所述壳体的下部与所述连接组件的上部通过过盈配合固定连接；所述连接组件的下部与所述管道的中部通过过盈配合固定连接；所述超声波换能器的顶部与管道的两端内部通过过盈配合对称固定连接。

上述技术方案的有益效果在于：将壳体与连接组件之间、连接组件与管道之间及超声波换能器与管道之间的连接设置为过盈配合，充分利用了过盈配合结构简单、定心性好、承载能力高的优势，在后期使用维护过程中无拆卸需求的部分连接之间构建更为简单稳定可靠的连接。

综上所述，本实用新型提供的一种智能型超声波流量传感器，具有以下有益效果：可靠性高、高精度、不会受温度影响，抗干扰能力强，可以轻松的通过按键学习方式来更改各种功能，可达到IP68防护等级，结构、工艺简单，成本低，维修方便，耐腐蚀，体积小，安装方便。

附图说明

为了更为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些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为一种智能型超声波流量传感器的外部结构示意图；

图2为一种智能型超声波流量传感器的工作原理示意图；

图3为一种智能型超声波流量传感器的剖视示意图；

图4为一种智能型超声波流量传感器的爆炸图；

图中数字所表示的相应的部件名称如下：

壳体1；上盖11；按键12；接插件13；显示罩14；压合片15；固定支架16；连接组件2；连接件21；第一密封圈22；第一密封垫23；第二密封圈24；电路部分3；管道组件4；管道41；第三密封圈42；第二密封垫43；超声波换能器44；管道接头45；温度测量单元46；第四密封圈47。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提供的技术方案为：

在一些实施例中，如图1-4所示，公开了一种智能型超声波流量传感器，包括：壳体1、连接组件2、电路部分3及管道组件4；壳体1的下部与连接组件2的上部固定连接；电路部分3设于壳体1和连接组件2所形成的空腔内，用以检测并控制超声波流量传感器的运行及停止；电路部分3包括电源转换模块、超声波测量单元、中央处理单元及输出模块；超声波测量单元包括温度测量单元46及高精度时间测量电路；管道组件4，包括管道41、超声波换能器44以及管道41接头，管道41的中部与连接组件2的下部固定连接；超声波换能器44的顶部与管道41的两端对称固定连接，管道41接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与管道41固定连接。

上述技术方案的有益效果在于：充分考虑了现有技术中超声波流量传感器存在功能单一、输出方式单一，没有温度显示，受温度影响大，适用范围受限，体积较大、安装及维修不便，不能满足人们在多种工况需求的问题，首先，通过在电路部分3设置温度测量单元46及高精度时间测量电路，有效控制了所得测量数据的误差在较小的范围，因此所得流量数据与温度数据精度较高；其次，管道41接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与管道41固定连接，可以满足不同工况的安装需求。

在另一些实施例中，如图2所示，温度测量单元46及超声波换能器44通讯连接高精度时间测量电路，高精度时间测量电路与中央处理单元通讯连接。

在另一些实施例中，如图2所示，输出模块包括输出单元和输出保护单元，输出单元输入端与中央处理单元电路连接，通过NPN三极管或PNP三极管进行监控流量信号的开关量输出，通过电流4～20mA或电压0～10V进行监控流量信号的模拟量输出；输出保护单元输入端与输出单元连接。

上述技术方案的有益效果在于：输出单元和输出保护单元的配合设置，便于对电路部分3进行短路保护、反极性保护及过载保护。高精度时间测量电路用以将超声波发射到接收的时间和温度测量单元46的信号转换成数字信号传输至中央处理单元进行处理。

在另一些实施例中，如图2所示，中央处理单元为数据处理器，中央处理单元设有温度补偿单元和时间处理单元。

上述技术方案的有益效果在于：温度补偿单元和时间处理单元的配合设置，进一步提升了温度测量数据的精度。

在另一些实施例中，如图2所示，电路部分3还包括显示模块，显示模块包括显示驱动单元及显示单元，显示驱动单元的输入端与中央处理单元通讯连接，显示驱动单元的输出端与显示单元通讯连接。

上述技术方案的有益效果在于：中央处理单元会将处理过的温度信号、流量信号输出给显示单元显示数值信号，进行显示信号输出，从而能够实现更为快速直观的获取实时流量和温度信息。

在另一些实施例中，如图2所示，电路部分3还包括按键控制单元；按键控制单元与显示模块通过中央处理单元构成菜单系统用以用户交互。

上述技术方案的有益效果在于：通过设置菜单系统，可以对开关量输出的输出方式和开关点，模拟量输出的输出方式和高低点以及恢复出厂设置进行调节或校正。

在另一些实施例中，按键控制单元至少能够设置两种以不同单位显示的瞬时流量、累积流量、温度和当前输出的电流值或电压值。

如：瞬时流量有m/s，l/min、累积流量有L、m³。

上述技术方案的有益效果在于：设置两种以上单位显示的值，有利于适应不同场景、不同量级的数据读取，进一步拓宽了智能型超声波流量传感器的适用范围。

在另一些实施例中，显示模块还包括七段数码管、LED灯，数码管用以进行数值显示，LED灯用以显示工作状态。

如：数码管为七段数码管，3个七段数码管进行数值显示，7颗LED灯作为状态灯进行显示。

在另一些实施例中，电源转换模块设有隔离组件，隔离组件包括安规电容和扼流圈，扼流圈设置在电源转换模块的输入端，用以抑制电路中的共模干扰信号；电源转换模块设有两个输入端，在电源转换模块的两个输入端分别串联一个安规电容接地。

上述技术方案的有益效果在于：电源转换模块主要用来给各个单元提供所需要的电压；隔离组件的设置，用于抗干扰、防静电及防雷击；安规电容接地用以消除电路中的高频干扰信号电源单元与壳体1连接并连接大地，以释放电路内部多余电荷和干扰。除此以外，在PCB布局时加入了一些增强抗干扰的布局技巧。

在另一些实施例中，如图3-4所示，壳体1还设有上盖11、显示罩14、按键12、压合片15、接插件13及固定支架16，显示罩14内设有显示模块，显示罩14从上盖11内部通过压合片15固定在上盖11的内表面；按键12从上盖11的表面装入；接插件13从上盖11的侧面所设有的圆孔伸入壳体1；固定支架16用以固定电路部分3。

上述技术方案的有益效果在于：显示罩14配合显示模块设置，用来显示当前的流量、温度以及当前的电流值或电压值显示和状态显示；按键12从上盖11的表面装入用来学习校准流量高低点、开关点选择等菜单设置和功能选择；接插件13用来连接外接线缆，给电路部分3供电；固定支架16可起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

在另一些实施例中，如图3-4所示，壳体1的下部与连接组件2的上部通过过盈配合固定连接；连接组件2的下部与管道41的中部通过过盈配合固定连接；超声波换能器44的顶部与管道41的两端内部通过过盈配合对称固定连接。

上述技术方案的有益效果在于：将壳体1与连接组件2之间、连接组件2与管道41之间及超声波换能器44与管道41之间的连接设置为过盈配合，充分利用了过盈配合结构简单、定心性好、承载能力高的优势，在后期使用维护过程中无拆卸需求的部分连接之间构建更为简单稳定可靠的连接。

电路部分工作原理如下：

超声波测量单元包括温度测量单元和高精度时间测量电路，温度测量单元和超声波换能器直接连接高精度时间测量电路。高精度时间测量电路驱动超声波换能器进行发射和接收，两个超声波换能器一个作为发射端，另一个作为接收端，完成一次发射到接收的时间测量，之后由高精度时间测量电路转换发射和接收端再次完成一次时间测量；由此完成一组顺流和逆流情况下的时间测量，并将时间数据发送给中央处理单元，由中央处理单元将顺逆流时间测量数据转换为流量数据。高精度时间测量电路连接温度测量单元，将温度信号转换为数字信号发送给中央处理单元，由中央处理单元计算温度信号进行温度显示和温度补偿。因采用高精度时间测量电路，所得测量数据误差较小，因此所得流量数据与温度数据精度较高。

如图3，4所示，壳体1设有上盖11、按键12、接插件13、显示罩14、压合片15、固定支架16，显示罩14内设有显示模块，显示罩14从上盖内部通过压合片15固定在上盖内表面，用来显示当前的目标物距离、温度以及当前的电流值或电压值显示和状态显示；按键12从上盖11的表面装入，用来学习校准目标物距离高低点、开关点选择等菜单设置和功能选择；接插件13从上盖11侧面的圆孔伸入壳体，接插件13用来连接外接线缆，给电路部分供电；塑胶件16用来固定电路部分3，起到抗震、绝缘、抗干扰的作用。

连接件主体2设有连接件21，第一密封圈22，第一密封垫23，第二密封圈24，连接件21设有2个卡槽，上部卡槽上设有第一密封圈22，下部卡槽上设有第一密封垫23，第一密封圈22和第一密封垫23起到防水防尘的效果。双槽设计大大提高了密封性能，起到防水、防潮和防尘的作用。连接件21在中心设有一个盲孔，底部设有凹槽，凹槽处设有第二密封圈24。

管道组件4设有管道41、第三密封圈42、第二密封垫43、超声波换能器44、管道接头45、温度测量单元46，第四密封圈47，连接件21的下部从管道41的中部装入，管道41的中部设有一个盲孔，温度测量单元46底部设有第四密封圈47，从盲孔装入管道41内，超声波换能器44顶部从管道41的两端内部对称装入，管道接头45内部从管道41两端外部过装入，管道41两端各设有2个卡槽，第1个卡槽设有第三密封圈42，第2个卡槽设有第二密封垫43，第三密封圈42和第二密封垫43起到防水防尘的效果。双槽设计大大提高了密封性能，起到防水、防潮和防尘的作用。

综上，本实用新型提供的一种智能型超声波流量传感器，具有以下有益效果：可靠性高、高精度、不会受温度影响，抗干扰能力强，可以轻松的通过按键学习方式来更改各种功能，可达到IP68防护等级，结构、工艺简单，成本低，维修方便，耐腐蚀，体积小，造型美观，安装方便。所以，本实用新型因有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让本领域普通技术人员能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能型超声波流量传感器，其特征在于，包括：壳体、连接组件、电路部分及管道组件；

所述壳体的下部与所述连接组件的上部固定连接；

所述电路部分设于所述壳体和连接组件所形成的空腔内，用以检测并控制超声波流量传感器的运行及停止；所述电路部分包括电源转换模块、超声波测量单元、中央处理单元及输出模块；所述超声波测量单元包括温度测量单元及高精度时间测量电路；

所述管道组件，包括管道、超声波换能器以及管道接头，所述管道的中部与所述连接组件的下部固定连接；所述超声波换能器的顶部与管道的两端对称固定连接，所述管道接头通过螺纹、卡盘、快速接头及焊接中的任一种连接结构与所述管道固定连接。

2.根据权利要求1所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述温度测量单元及超声波换能器通讯连接所述高精度时间测量电路，所述高精度时间测量电路与所述中央处理单元通讯连接。

3.根据权利要求2所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述中央处理单元为数据处理器，所述中央处理单元设有温度补偿单元和时间处理单元。

4.根据权利要求3所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述电路部分还包括显示模块，所述显示模块包括显示驱动单元及显示单元，所述显示驱动单元的输入端与所述中央处理单元通讯连接，所述显示驱动单元的输出端与所述显示单元通讯连接。

5.根据权利要求4所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述电路部分还包括按键控制单元；所述按键控制单元与所述显示模块通过中央处理单元构成菜单系统用以用户交互。

6.根据权利要求5所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述按键控制单元至少能够设置两种以不同单位显示的瞬时流量、累积流量、温度和当前输出的电流值或电压值。

7.根据权利要求4所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述显示模块还包括七段数码管、LED灯，所述数码管用以进行数值显示，所述LED灯用以显示工作状态。

8.根据权利要求1所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述电源转换模块设有隔离组件，所述隔离组件包括安规电容和扼流圈，所述扼流圈设置在所述电源转换模块的输入端，用以抑制电路中的共模干扰信号；所述电源转换模块设有两个输入端，在所述电源转换模块的两个输入端分别串联一个安规电容接地。

9.根据权利要求7所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述壳体还设有上盖、显示罩、按键、压合片、接插件及固定支架，所述显示罩内设有所述显示模块，所述显示罩从上盖内部通过所述压合片固定在所述上盖的内表面；所述按键从上盖的表面装入；所述接插件从所述上盖的侧面所设有的圆孔伸入所述壳体；所述固定支架用以固定所述电路部分。

10.根据权利要求1所述的智能型超声波流量传感器，其特征在于,所述壳体的下部与所述连接组件的上部通过过盈配合固定连接；所述连接组件的下部与所述管道的中部通过过盈配合固定连接；所述超声波换能器的顶部与管道的两端内部通过过盈配合对称固定连接。

Images