CN219551594U - 超声波传感器及超声波测量管段 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声波传感器及超声波测量管段，涉及超声波测量技术领域，超声波传感器包括壳体，所述壳体内固定有压电晶片；所述壳体包括安装托，所述安装托的周侧通过连接臂连接有固定环，所述安装托上扣设有锥形的导流罩，所述压电晶片固定在所述安装托与所述导流罩围成的空间内，所述压电晶片的导线由所述安装托与所述导流罩之间穿出。本实用新型超声波传感器及超声波测量管段解决了现有技术中超声波传感器计量准确性差、测量范围窄等技术问题，本实用新型超声波传感器及超声波测量管段计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

Description

超声波传感器及超声波测量管段

技术领域

本实用新型涉及超声波测量技术领域，特别涉及一种超声波传感器及超声波测量管段。

背景技术

超声波测量技术是利用超声波在介质中的传播速度，测量声波在发射后到接收的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点和接收点的实际距离。发射和接收需要通过超声波传感器来实现。超声波传感器是利用声波介质对被检测物进行非接触式无磨损的检测，其中超声波是振动频率高于20KHz的机械波，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播及电声转化率极高等特点。基于超声波传感器的上述特点，人们将其应用到燃气或者液体的计量中。超声波流量测量可采用时差法原理来测量介质的流速，通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速。因时差法声速随流体温度变化带来的误差较小，准确度较高，目前应用较广泛。

虽然超声波传感器测量准确，但经过研究发现，由于介质流体在超声波测量管路中存在紊流或者涡流的现象，因此超声波传感器测得的顺流时间和逆流时间的差值会存在一定的误差或波动，进而导致超声波测量的计量数据不准确，计量精度降低。尤其是超声波传感器在小口径的测量管路中由于其安装空间较小，超声波传感器安装常受到局限，超声波传播的路径经常采用U型、V型、W型反射的路径或者Z型的对射路径。上述的超声波的传播路径常受到发射的干扰或者微小流量感知分辨较低，导致测量的准确度降低、重复性差、测量范围窄等问题。

实用新型内容

针对以上缺陷，本实用新型的目的是提供一种超声波传感器及超声波测量管段，此超声波传感器及超声波测量管段计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种超声波传感器，包括壳体，所述壳体内固定有压电晶片；所述壳体包括安装托，所述安装托的周侧通过连接臂连接有固定环，所述安装托上扣设有锥形的导流罩，所述压电晶片固定在所述安装托与所述导流罩围成的空间内，所述压电晶片的导线由所述安装托与所述导流罩之间穿出。

其中，所述连接臂设有多条，相邻两条所述连接臂之间设有供介质通过的介质通道。

其中，所述安装托为圆台状，所述安装托的大径端敞口，所述安装托的小径端封闭，所述连接臂与所述安装托的大径端连接，所述导流罩扣设在所述安装托的大径端。

其中，所述安装托的小径端内侧涂有耦合胶，所述压电晶片粘贴在所述耦合胶上，所述安装托内填充有用于固定所述压电晶片的固化胶。

其中，其中的一条所述连接臂上设有布线槽，所述导线穿过所述固化胶后布在所述布线槽内。

其中，所述压电晶片为压电陶瓷片。

一种超声波测量管段，包括中空的测量管，所述测量管的两端分别设有入口段和出口段，所述入口段与所述出口段之间设有测量段，所述入口段和所述出口段内各安装有一个上述超声波传感器，两个所述超声波传感器对称设置，所述超声波传感器的导流罩朝向所述测量管的端口。

其中，所述入口段与所述测量段之间设有缩径段，所述测量段与所述出口段之间设有扩径段，所述测量段的内径小于所述入口段和所述出口段的内径。

其中，所述缩径段的内壁与安装在所述入口段内的所述超声波传感器的安装托的侧壁相平行，所述扩径段的内壁与安装在所述出口段内的所述超声波传感器的安装托的侧壁相平行。

其中，所述入口段和所述出口段的内壁上均设有凸起的安装台，所述入口段和所述出口段的内壁上均螺纹连接有压环，两个所述超声波传感器的固定环分别被夹持固定在相应的所述安装台与所述压环之间。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：

由于本实用新型超声波传感器包括壳体，壳体内固定有压电晶片；壳体包括安装托，安装托的周侧通过连接臂连接有固定环，安装托上扣设有锥形的导流罩，压电晶片固定在安装托与导流罩围成的空间内，压电晶片的导线由安装托与导流罩之间穿出。本实用新型超声波传感器可在测量管段的两端对称安装，两个超声波传感器的安装托相对安装，一个作为发射端，一个作为接收端，锥形的导流罩能够起到导流整流作用，两个超声波传感器对称的安装在测量管段的两端，超声波传播的路径为直线型，无需反射，信号稳定无衰减，从而计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

由于本实用新型超声波测量管段的测量管两端对称安装有上述超声波传感器，介质通过入口段的超声波传感器的导流罩导流整流后流向后端，进入测量管的测量段，而后经过出口段的超声波传感器流出，流速稳定，无紊流或者涡流，且超声波传播的路径为直线型，无需反射，信号稳定无衰减，从而计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

综上所述，本实用新型超声波传感器及超声波测量管段解决了现有技术中超声波传感器计量准确性差、测量范围窄等技术问题，本实用新型超声波传感器及超声波测量管段计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

附图说明

图1是本实用新型超声波传感器的结构示意图；

图2是图1的A-A线剖视图；

图3是图1中的安装壳的结构示意图；

图4是本实用新型超声波测量管段的结构示意图；

图5是图4的B-B线剖视图；

图6是图5的C部放大图；

图中：10、安装壳，12、固定环，14、安装托，16、连接臂，160、布线槽，18、介质通道，20、导流罩，30、压电晶片，32、导线，40、固化胶，42、耦合胶，50、测量管，52、入口段，53、缩径段，54、测量段，55、扩径段，56、出口段，58、出线孔，59、安装台，60、压环，100、超声波传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

本说明书中涉及到的方位均以附图所示方位为准，仅代表相对的位置关系，不代表绝对的位置关系。

实施例一

如图1和图2共同所示，一种超声波传感器，包括壳体，壳体内固定有压电晶片30。壳体包括安装托14，安装托14的周侧通过连接臂16连接有固定环12，安装托14上扣设有锥形的导流罩20，压电晶片30固定在安装托14与导流罩20围成的空间内，压电晶片30的导线32由安装托14与导流罩20之间穿出。本实施方式优选压电晶片30为压电陶瓷片。

如图2和图3共同所示，本实施方式优选连接臂16设有多条，相邻两条连接臂16之间设有供介质通过的介质通道18，液体或气体介质经过导流罩20导流后可通过介质通道18进入到测量管段。进一步的优选连接臂16设有三条以上，在能够保证安装托14与固定环12之间的连接强度的前提下，为减小介质流通的阻力优选连接臂16设有三条或四条。优选各条连接臂16沿固定环12的径向延伸，且周向等间距分布

如图1、图2和图3共同所示，本实施方式优选安装托14为倒置的圆台状，安装托14的大径端敞口，安装托14的小径端封闭，各连接臂16与安装托14的大径端连接。安装托14的小径端内侧涂有耦合胶42，压电晶片30粘贴在耦合胶42上，安装托14内填充有固化胶40，固化胶40将压电晶片30包裹固定在安装托14内。本实施方式优选其中的一条连接臂16上设有布线槽160，布线槽160的延伸方向与连接臂16的延伸方向相同，布线槽160延伸至固定环12的外圆边缘，导线32穿过固化胶40后沿着布线槽160穿出安装托14与导流罩20围成的空间。

如图2所示，本实施方式优选导流罩20与安装托14通过粘胶固定为一体。

实施例二

如图2、图4和图5共同所示，一种超声波测量管段，包括中空的测量管50，测量管50的两端分别设有入口段52和出口段56，入口段52与出口段56之间设有测量段54，入口段52和出口段56内各安装有一个实施例一所述的超声波传感器100，两个超声波传感器100相对于测量管50的中心对称设置，即两个超声波传感器100的导流罩20均朝向测量管50的端口，安装托14的小径端均朝向测量管50的中心，即均朝向测量段54，两个超声波传感器100一个为发射端，一个为接收端。

如图5所示，本实施方式中入口段52与测量段54之间设有缩径段53，测量段54与出口段56之间设有扩径段55。本实施方式优选缩径段53的内壁与安装在入口段52内的超声波传感器100的安装托14的侧壁相平行，缩径段53与该安装托14之间形成一个平行的缩径整流腔；扩径段55的内壁与安装在出口段56内的超声波传感器100的安装托14的侧壁相平行，扩径段55与该安装托14之间形成了一个平行的扩径整流腔。即本实施方式测量管50包括依次相连接的入口段52、缩径段53、测量段54、扩径段55和出口段56，各管段是通过测量管50的内径变化形成的，入口段52和出口段56的内径相等且大于测量段54的内径。

如图5和图6共同所示，入口段52和出口段56的内壁上均设有凸起的安装台59，入口段52和出口段56的内壁上均螺纹连接有压环60，两个超声波传感器100的固定环12分别被夹持固定在相应的安装台59与压环60之间。即安装在入口段52内的超声波传感器100的固定环12夹持固定在入口段52的安装台59与压环60之间，安装在出口段56内的超声波传感器100的固定环12夹持固定在出口段56的安装台59与压环60之间。在安装时将超声波传感器100由测量管50的端口放入入口段52内，固定环12搭在安装台59上，而后再将压环60旋进入口段52压在固定环12上，从而将超声波传感器100固定安装在入口段52内。出口段56内的超声波传感器100的安装方式与入口段52的超声波传感器安装方式相同，故在此不再详述。

如图5和图6共同所示，入口段52和出口段56的管壁上对应相应超声波传感器100的布线槽160的位置设有出线孔58，压电晶片30的导线32穿出布线槽160后由出线孔58伸出。

如图2、图3和图5共同所示，本实用新型超声波测量管段的工作原理如下：

流体介质由测量管50的入口段52进入，进入后会通过圆锥形的导流罩20进行初级整流，将流体介质均匀导流到四周通过介质通道18进入到缩径整流腔，流体介质经过缩径整流后进入到测量段54，而后流体介质经过扩径整流腔后再由出口段56的介质通道18流出测量管50，流速稳定，无紊流或者涡流。本实用新型两个超声波传感器100相对安装在测量管50的入口段52和出口段56，超声波的传播路径为直线形，且与流体介质的流动方向相一致，从而可以对流体介质的正向流和反向流进行准确精准的测量，信号稳定无衰减，从而计量准确度高，微小流量可测，重复性好，测量范围宽。

本实用新型不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.超声波传感器，其特征在于，包括壳体，所述壳体内固定有压电晶片（30）；所述壳体包括安装托（14），所述安装托（14）的周侧通过连接臂（16）连接有固定环（12），所述安装托（14）上扣设有锥形的导流罩（20），所述压电晶片（30）固定在所述安装托（14）与所述导流罩（20）围成的空间内，所述压电晶片（30）的导线（32）由所述安装托（14）与所述导流罩（20）之间穿出。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述连接臂（16）设有多条，相邻两条所述连接臂（16）之间设有供介质通过的介质通道（18）。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其特征在于，所述安装托（14）为圆台状，所述安装托（14）的大径端敞口，所述安装托（14）的小径端封闭，所述连接臂（16）与所述安装托（14）的大径端连接，所述导流罩（20）扣设在所述安装托（14）的大径端。

4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其特征在于，所述安装托（14）的小径端内侧涂有耦合胶（42），所述压电晶片（30）粘贴在所述耦合胶（42）上，所述安装托（14）内填充有用于固定所述压电晶片（30）的固化胶（40）。

5.根据权利要求4所述的超声波传感器，其特征在于，其中的一条所述连接臂（16）上设有布线槽（160），所述导线（32）穿过所述固化胶（40）后布在所述布线槽（160）内。

6.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于，所述压电晶片（30）为压电陶瓷片。

7.超声波测量管段，其特征在于，包括中空的测量管（50），所述测量管（50）的两端分别设有入口段（52）和出口段（56），所述入口段（52）与所述出口段（56）之间设有测量段（54），所述入口段（52）和所述出口段（56）内各安装有一个权利要求1至6任一项所述的超声波传感器（100），两个所述超声波传感器（100）对称设置，所述超声波传感器（100）的导流罩（20）朝向所述测量管（50）的端口。

8.根据权利要求7所述的超声波测量管段，其特征在于，所述入口段（52）与所述测量段（54）之间设有缩径段（53），所述测量段（54）与所述出口段（56）之间设有扩径段（55），所述测量段（54）的内径小于所述入口段（52）和所述出口段（56）的内径。

9.根据权利要求8所述的超声波测量管段，其特征在于，所述缩径段（53）的内壁与安装在所述入口段（52）内的所述超声波传感器（100）的安装托（14）的侧壁相平行，所述扩径段（55）的内壁与安装在所述出口段（56）内的所述超声波传感器（100）的安装托（14）的侧壁相平行。

10.根据权利要求7所述的超声波测量管段，其特征在于，所述入口段（52）和所述出口段（56）的内壁上均设有凸起的安装台（59），所述入口段（52）和所述出口段（56）的内壁上均螺纹连接有压环（60），两个所述超声波传感器（100）的固定环（12）分别被夹持固定在相应的所述安装台（59）与所述压环（60）之间。