CN219200518U - 一种表用超声波流量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种表用超声波流量传感器，涉及传感器技术领域，解决了超声波流量传感器在测量过程中会受到被测介质的干扰，导致测量精度低，测量稳定性较差的技术问题。该装置包括匹配层、压电层、背衬层和保护外壳，所述压电层设置在所述匹配层内部；所述背衬层填灌在所述匹配层内部，将所述压电层发出无用的信号吸收；所述保护外壳设置在所述匹配层的外表面，将所述匹配层进行包裹。本实用新型中设置的匹配层、压电层、PCB板、保护外壳和背衬层能够相互配合对被测气体的流量进行检测，并且在匹配层、保护外壳和背衬层的共同作用下，减少传感器在测量过程中受到被测气体的干扰，减小测量误差，从而提高测量精度，提高测量的稳定性。

Description

一种表用超声波流量传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及一种表用超声波流量传感器。

背景技术

超声波流量计是一种根据流体流动时超声波束的传播速度变化测量流体体积的装置，其中，超声波流量传感器是超声波流量计的核心部件。随着科学技术的进步，作为新型流量传感器的超声波流量传感器凭借安装方便、通用性好、适应性强、拓展性强、测量精度高、测量范围宽等优点成为天然气计量器之一。

目前使用的超声波流量传感器主要以国外进口的气体超声波流量传感器为主，其售价非常昂贵，维护成本也高，在实际工程中其使用成本很高，难以大量使用，因此气体超声波流量传感器的国产化迫在眉睫。国内也有自主设计生产的超声波流量传感器，但是国内的超声波流量传感器测量精度还较低，在测量过程中会受到被测介质的干扰，导致测量精度低、测量稳定性和一致性较差。

在实现本实用新型过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

国内的超声波流量传感器在测量过程中会受到被测介质的干扰，导致测量精度低，测量稳定性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种表用超声波流量传感器，以解决现有技术中存在的超声波流量传感器在测量过程中会受到被测介质的干扰，导致测量精度低，测量稳定性较差的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种表用超声波流量传感器，包括匹配层、压电层、背衬层和保护外壳，所述压电层设置在所述匹配层内部；所述背衬层填灌在所述匹配层内部，将所述压电层发出的无用信号吸收；所述保护外壳设置在所述匹配层的外表面，将所述匹配层进行包裹。

优选的，所述匹配层内部为空腔结构，所述空腔结构内设置有底壁和侧壁，所述压电层设置在所述空腔结构内并与所述底壁连接。

优选的，所述底壁设置为倒角，所述倒角的形状及大小与所述压电层的形状及大小相互匹配；所述压电层在安装时的几何中心与所述匹配层的几何中心相重合。

优选的，所述传感器还包括PCB板，所述PCB板设置在所述匹配层内部，并与所述压电层连接。

优选的，所述压电层的一面为正极，一面为负极，所述压电层的正极一面与所述PCB板连接，负极一面与所述空腔结构中的底壁连接。

优选的，所述PCB板上设置有PCB焊盘，所述压电层上的正负极通过所述PCB板与所述PCB焊盘电连接。

优选的，所述传感器还包括信号线，所述信号线设置在所述匹配层内部与所述PCB板电连接，并将所述压电层的电信号向外引出；所述传感器还包括信号线保护壳，所述信号线保护壳套设在所述信号线外部，对所述信号线进行保护。

优选的，所述保护外壳上设置有中心孔，所述中心孔的直径大小与所述信号线的直径大小相匹配，能够将所述信号线进行居中固定。

优选的，所述背衬层为背衬材料，所述背衬材料为硅胶、聚氨酯、环氧树脂与金属氧化物粉末或环氧树脂与无机粉末形成的复合材料。

优选的，所述压电层为压电材料，所述压电材料为压电陶瓷、压电晶体或压电聚合物。

实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型中设置的匹配层、压电层、PCB板、保护外壳和背衬层能够相互配合对被测气体进行检测，并且在匹配层、保护外壳和背衬层的共同作用下，减少传感器在测量过程中受到被测气体的干扰，减小测量误差，从而提高测量精度，提高测量的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，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来讲，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他的附图，附图中：

图1是本实用新型表用超声波流量传感器实施例的整体结构示意图；

图2是本实用新型表用超声波流量传感器实施例中匹配层与保护外壳的拆分示意图；

图3是本实用新型表用超声波流量传感器实施例整体结构的剖面示意图；

图4是本实用新型表用超声波流量传感器实施例整体结构的拆分示意图

图5是本实用新型表用超声波流量传感器实施例中匹配层的结构示意图。

图中：1、匹配层；11、空腔结构；12、底壁；13、侧壁；14、倒角；15、凹槽；16、凹线；2、压电层；3、背衬层；4、保护外壳；41、中心孔；42、凸线；5、PCB板；6、信号线；61、信号线保护壳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是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元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

实施例：

如图1-5所示，本实用新型提供了一种表用超声波流量传感器，包括匹配层1、压电层2、背衬层3和保护外壳4，压电层2设置在匹配层1内部；背衬层3填灌在匹配层1内部，将压电层2发出没有用的信号吸收；保护外壳4设置在匹配层1的外表面，对匹配层1进行保护、支撑，传感器上设置的保护外壳4可与匹配层1连接，并将匹配层1进行包裹，同时还能与背衬层3相互配合，减少在测量过程中受到被测介质的干扰。匹配层1内部为空腔结构11，空腔结构11内设置有侧壁13和底壁12，压电层2设置在空腔结构11内并与底壁12固定连接。具体的，压电层2和PCB板5均设置在固定在空腔结构11内，压电层2的一面与匹配层1的底壁12通过粘接的方式进行固定连接，在空腔结构11内将电信号转化为超声波信号或将超声波信号转化为电信号；另一面与PCB板5连接，PCB板5通过粘接的方式设置在压电层2上方，压电层2的正负极能够通过PCB板5与PCB板焊盘进行电连接，便于信号线6将压电层2上的正负极信号向外引出，保证传感器的测量精度。更具体的，匹配层1的作用在于能够实现声阻抗匹配及过渡，使压电层2中更大的能量传入被测介质中，提高检测精度。本实用新型中设置的匹配层1、压电层2、PCB板5、保护外壳4和背衬层3能够相互配合对被测气体进行检测，并且在匹配层1、保护外壳4和背衬层3的共同作用下，减少传感器在测量过程中受到被测气体的干扰，减小测量误差，从而提高测量精度，提高测量的稳定性。

具体的，如图2所示，保护外壳4能够与匹配层1进行连接，匹配层1上的外壁上设置有凹线16，保护外壳4的内壁上设置有凸线42，保护外壳4在对匹配层1进行连接时，保护外壳4就会向匹配层1进行扣合实现连接，在保护外壳4上的凸线42和匹配层1上的凹线16的作用下能够使保护外壳4和匹配层1的结合更加紧密，增强保护外壳4对匹配层1的保护支撑作用。

作为可选的实施方式，如图5所示，底壁12设置为倒角14，倒角14的形状及大小与压电层2的形状及大小相互匹配；压电层2设置在匹配层1的中心位置。具体的，匹配层1的底壁12边缘设置为倒角14，底壁12倒角14的形状与压电层2大小相互匹配，压电层2在进行安装时的几何中心位置与匹配层1底壁12倒角14的几何中心位置相重合，在压电层2和匹配层1进行安装时，压电层2在倒角14的作用下就会直接处于匹配层1内部的正中心位置，倒角14会对压电层2起到限位作用，有利于避免压电层2在工作时由位置偏差引起的性能变化，同时还有利于提高传感器的一致性和稳定性。

作为可选的实施方式，如图3-4所示，传感器还包括PCB板5，PCB板5设置在匹配层1内部，并与压电层2连接。压电层2的一面为正极，一面为负极，压电层2的正极一面与PCB板5连接，负极一面与空腔结构11中的底壁12连接。具体的，压电层2作为发音材料固定在匹配层1内部，压电层2包括正极和负极，压电层2正极通过粘接的方式与PCB板5连接，压电层2负极也通过粘接的方式与匹配层1的底壁12连接，PCB板5的设置有利于压电层2接收或发出信号。更具体的，本实用新型中的压电层可以为但不仅限于压电陶瓷，在本实用新型中使用压电陶瓷举例，压电陶瓷的正极与PCB板5粘接，压电陶瓷的负极会用烙铁焊接一根0.1mm镀锡铜线，把压电陶瓷的负极信号通过PCB焊盘引到PCB板5上，因此压电陶瓷的负极与PCB焊点进行焊接过后会凸出来一个焊点，因此，匹配层1底壁的倒角14边缘设置有一个凹槽15，能够保证压电陶瓷粘贴到匹配层1内时与匹配层1底壁12紧密贴合，并保持水平，保证压电陶瓷与匹配层1之间的的紧密连接，保证其检测气体流量时的灵敏度。

作为可选的实施方式，PCB板5上设置有PCB焊盘，压电层2上的正负极均通过PCB板5与PCB焊盘电连接。具体的，压电层2通过PCB板5与PCB焊盘进行电连接，PCB板5能够将压电材料的正负极过渡在PCB焊盘上，方便后续信号线6将压电层2的正负极信号向外引出，传输至外部的电子系统。

作为可选的实施方式，如图1-4所示，传感器还包括信号线6和信号线保护壳61，信号线保护壳61设置在信号线6外部对信号线6进行保护；信号线6设置在匹配层1内部与PCB板5电连接并将压电层2的电信号向外引出，信号线6能够从匹配层1内部向外部延伸与电子系统电连接。具体的，信号线6的一端设置在匹配层1内部通过镀锡铜线与PCB焊盘进行电连接，能够将压电层2上的超声波信号转换为电信号或将电信号转换为超声波信号后将其电信号向外输出；信号线6的另一端会穿过保护外壳4的中心孔41向外延伸，延伸至传感器外部与外部的电子系统进行电连接，目的是将PCB板上压电材料正负极信号向外引出，与电子系统实现电连接，用于激励传感器发射和接收到压电层2的回波信号。更具体的，信号线保护壳61套设在信号线6外部将信号线6进行包裹，对信号线6进行保护，信号线保护壳61与保护外壳4上的中心孔41的孔边缘进行抵接，保证信号线始终居中，避免信号线6断线对传感器的稳定性造成不良影响。

作为可选的实施方式，如图4所示，保护外壳4上设置有中心孔41，中心孔的大小与信号线6的大小相匹配，能够将信号线6进行居中固定。具体的，保护外壳4的一面设置为开口形状，此开口形状与匹配层1相匹配，能够将匹配层1进行包裹，对匹配层1起到保护和支撑作用，另一面设置有中心孔41，用于将信号线6向外引出，信号线6能够从中心孔41穿出并能够保证其居中；需要说明的是，中心孔41设置在保护外壳4的最中心位置，主要目的是为了保证信号线6能够始终居中并将压电层2信号向外引出，可有效解决由于信号线6位置偏差导致信号线6容易断线的风险。具体的，保护外壳4的材质可以为塑料或硅胶。

作为可选的实施方式，如图3所示，传感器中设置的背衬层3填灌在匹配层1内部，能够将压电层2发出的信号吸收。具体的，背衬层3填灌在匹配层1的空腔结构11内，同时还能够将空腔结构11内部的空气向外排出，主要用于吸收压电层2发出的没有用的超声波信号，背衬层3的填充能够提高传感器的检测精度，减小检测过程中的误差，提高传感器在检测过程中的稳定性。更具体的，背衬层3为背衬材料，背衬材料为硅胶、聚氨酯、环氧树脂与金属氧化物粉末或环氧树脂与无机粉末形成的复合材料。

作为可选的实施方式，压电层2为压电材料，压电材料为压电陶瓷、压电晶体或压电聚合物。具体的，压电层2固定连接在匹配层1内部作为整个传感器的核心部件，能将电信号转化为超声波信号，产生的超声波信号能够更好的传递到测量气体介质中，同时气体介质中的超声波信号又能够通过匹配层1传递到压电材料上，通过压电材料将超声波信号转化为电信号后输出。更具体的，压电材料可以为PZT压电陶瓷、压电陶瓷复合材质、压电单晶材质或压电单晶复合材质。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种表用超声波流量传感器，其特征在于，包括匹配层(1)、压电层(2)、背衬层(3)和保护外壳(4)，所述压电层(2)设置在所述匹配层(1)内部；所述背衬层(3)填灌在所述匹配层(1)内部，将所述压电层(2)发出的无用信号吸收；所述保护外壳(4)设置在所述匹配层(1)的外表面，将所述匹配层(1)进行包裹。

2.根据权利要求1所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述匹配层(1)内部为空腔结构(11)，所述空腔结构(11)内设置有底壁(12)和侧壁(13)，所述压电层(2)设置在所述空腔结构(11)内并与所述底壁(12)连接。

3.根据权利要求2所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述底壁(12)设置为倒角(14)，所述倒角(14)的形状及大小与所述压电层(2)的形状及大小相互匹配；所述压电层(2)在安装时的几何中心与所述匹配层(1)的几何中心相重合。

4.根据权利要求2所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述传感器还包括PCB板(5)，所述PCB板(5)设置在所述匹配层内部，并与所述压电层(2)连接。

5.根据权利要求4所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述压电层(2)的一面为正极，一面为负极，所述压电层(2)的正极一面与所述PCB板(5)连接，负极一面与所述空腔结构(11)中的底壁(12)连接。

6.根据权利要求4所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述PCB板(5)上设置有PCB焊盘，所述压电层(2)上的正负极通过所述PCB板(5)与所述PCB焊盘电连接。

7.根据权利要求4所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述传感器还包括信号线(6)，所述信号线(6)设置在所述匹配层(1)内部与所述PCB板(5)电连接，并将所述压电层(2)的电信号向外引出；所述传感器还包括信号线保护壳(61)，所述信号线保护壳(61)套设在所述信号线(6)外部，对所述信号线(6)进行保护。

8.根据权利要求7所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述保护外壳(4)上设置有中心孔(41)，所述中心孔(41)的直径大小与所述信号线(6)的直径大小相匹配，能够将所述信号线(6)进行居中固定。

9.根据权利要求1所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述背衬层(3)为背衬材料，所述背衬材料为硅胶、聚氨酯、环氧树脂与金属氧化物粉末或环氧树脂与无机粉末形成的复合材料。

10.根据权利要求1所述的一种表用超声波流量传感器，其特征在于，所述压电层(2)为压电材料，所述压电材料为压电陶瓷、压电晶体或压电聚合物。

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