CN220690187U - 一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型隶属于流量计量设备的技术领域，具体涉及一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，旨在解决现有技术无法同时保证大口径超声波流量计最优化六项原则的应用难题。本实用新型采取在管体套管内设置内衬管，在内衬管中呈网格式布局分区隔板、且在入口和出口内侧布局安置多个支架，将换能器嵌入安置在支架内且位于分区格的中部，在与管体截面平行的两个面内的支架上，直线对应的换能器两两配对，从而在同一分区内形成测量通道；而支架的一端则通过法兰的内部密封、固定，而换能器信号线则通过支架内孔，经法兰内部通道及管体套管外侧连接到仪表盒内，从而实现一种水阻抗低、流道分区、量程比最大化的大口径多声道超声波流量计。

Description

一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表

技术领域

本实用新型隶属流量计量设备的技术领域，具体涉及一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表。

背景技术

在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，对于工业及民生水、热、燃气供给计量领域，由全电子模式流量计逐步取代机械式或机电组合模式流量计，已成大趋势。

按照实际应用所需，流体计量行业或场合期待口径规格兼容性好、低压损、大量程比、高精度、高可靠性、无磨损器件、耐久性及经济性好的标准流量计量器具。目前，在世界范围内全电子流量计量应用最广的为电磁流量计以及后起之秀超声波流量计。

超声波流量计是伴随其时差计时芯片(2012～2017，国际上AMS、D-FLOW、TI等公司先后推出了较先进的时差计时芯片，目前，其分辨率都已达到5～10ps，完全满足了流体的计量应用需求)的技术突破而崛起的。对比电磁流量计，超声波流量计是通过时差数字信号进行采样的(电磁流量计则是通过模拟信号采样)。以超声波水表为例，它具有突出的技术优势：更小的始动流量(如可测量流速0.5mm/s以上的液体，而电磁流量计通常为3mm/s)、更宽的量程比(电磁流量计量程比相对较窄)、能以声波主动测量过程时差，换算成流体流速及温度并同步对所计量的体积变化进行补偿(对此，电磁流量计则需要安装温度计)、大口径多声道的测量具有更高精度及安全性(而电磁流量计只有一对线圈和相应电极，有故障即报废)、可测量各种低粘度液体(而电磁流量计不能测量低电导率液体，如纯净水)，另外，对于燃气等气体亦可测量/计量(电磁流量计则不能测量气体流速)。

超声波流量计为速度式流量计，其采用时差方式测量原理为：在流动流体中，按前、后一定间隔，布置两个超声波换能器，提取声波顺流和逆流需要的时差，联立计算出流体流速，再按照管道截面积及流通的时间，计算出流量。所以，用超声波时差法测量流体的流速是主动的形式，即如果流速为0，也不影响其正常测量(比如可通过时差间接测量介质温度、密度)。超声波测量流速的采样是声波在两个换能器之间形成的柱状空间而不是一个点，所以，如果在管道内的截面上，按照不同高度与方位，布置多对组合的换能器，那么就能有代表性地、全方位、有效地测量流体流速。另外，对于不同密度、不同温度下的介质，声速就不同，所以，对于一对换能器的安装间距确定的情况下，标定过的流量计，可以根据超声波声速及管道压力、温度来推导计算出流体的密度。

从上述按照不同原理对流体体积计算所进行的采样分析可知，采用超声波时差法对流速采样的方式，要更为精确和合理。进一步，对于给定长度的流量计而言，以超声波时差法对流速的采样，要进行宽范围且精确合理的流体体积的计算需至少满足三个方面：(1)在流量计的管道内需要布局、安装多对换能器，而这些换能器可以按照管道内流速分布的特点，进行合理布局，配对安置在管道的一组或数组截面上；(2)为了对不同位置布局的换能器所提供流速的稳定与准确，必须采取对流道流速的稳流措施，即将流体稳定为非脉动流动的层流，这样的采样更为精确,有助于大幅提高计量精度；(3)由于流量计的长度是一规定值，所以，要利用流量计有限的管道长度，尽可能地将配对的换能器安装在管道流体进出口的两端，这样所获取的柱状采样体积的范围大，可以获得量程比最大化。显然，计量精度越高、量程比越大，则流量计的计量性能就越好。

超声波水表流量计由四大部分构成，除了时差积算电路，还有换能器、换能器安装方式及流道整流结构等，前者时差积算电路性能决定着可测流量的最小量值或分辨率，而后者整体架构决定着超声波水表流量计的综合性能和品质，例如可决定被测流体的稳定性、信号强度、量程比及其生产成本等。以超声波水表为例，特别是按照新国标R1000量程比标准的约束，超声波水表流量计最优化的解决方案应遵循以下原则：

(一)量程比最大化的原则：为使超声波水表流量计在满足规定精度要求时，具有大的测量范围即量程比，特别是对于大口径水表流量计，采用超声波换能器之间声程最大化即量程比最大化，极为重要；因为对水表流量计而言，大量程比是贸易结算极其重要的指标，也是水表流量计最主要的技术指标。例如，某生产厂，白天工业生产时间段用水量是夜间的500倍，如果流量计量程比低，比如量程比R＝200，那么，要兼顾考虑白天大流量段的计量，就必然舍去对夜间小流量段的计量考虑；换句话说，水表流量计可能在小流量情况下无法计量或计量误差很大(精度值偏负，如机械表)，这就必然造成供水方计量损失。所以，要使得超声波流量计具有大量程比，做到公平贸易结算，就应将超声波流量计的一对换能器间距连线在流量计主管内水流方向的投影距离最大化，以获得较大的量程比及较小的始动流量，这一原则决定了超声波水表流量计最重要的指标。

(二)对射式多声道分区稳流原则：大口径水表流量计尺寸较大，为了减少信号衰减、保障信号接收强度，换能器应选择对射式安装模式。另外，流体流动，在管道内不同位置的流速不同，客观需要多组换能器测量，求得可靠的流速均值，如果能保障流体流动的稳定性，计量精度就有保障。为了阻止流体窜动带来的较大的不稳定因素，需要采取措施，尽力做到流体的窜动小、所选取的每一束流体有代表性，以便使一对换能器能更为准确的对其采样，提高计量精度；另外，对于流量计的安装，公认标准是保证前十后五，即前端直管段有十倍于流量计长度、后端五倍于流量计长度，才能使流体流动稳定、保证水表流量计的有效量程比及计量精度。特别对于口径较大的水表流量计，这一要求是必须的。但是，在一些特殊场合，特别是在管道井内空间较小的地方安装时，如果前、后端有弯管，就无法保证前十后五，那么，当流体从弯管流入流量计，其流速分布严重偏向一侧且回弹形成紊流，对于声道不足够多的直通管超声波流量计，这时，流速采样失准，流量计的量程比与测量精度就大打折扣，这是行业一直待解的难题。如果能在流量计管道内分区，形成稳定的层流，那将解决水表流量计前后不需要苛求有直管段这一条件，将对水表流量计在各种复杂场合的应用提供有力保障。

(三)内管壁完整性原则：为提高超声波水表流量计的计量精度和减小流体阻力，应使水表内管壁具有完整性。水表流道表面因为安装换能器的原因而出现凹凸结构，会产生流体紊乱，从而导致对小流量的计量精度、量程比及水表的一致性造成较大影响。

(四)水表制造的一致性原则：为降低制造成本和方便制造，应采取标准件(如焊接件和注塑件)+优良制造工艺，使大口径超声波水表具有较高的一致性与可靠性。尽量不使用成本高、制造流程复杂、精度低又难以加工的铸造工艺来加工生产流量计管段，而应采用拉伸或锻造成型的成品管段焊接、加工制造。因为用铸造工艺制造的管段，除了管壁较厚(薄管壁不易浇铸，容易有沙眼)成本高以外，其管内径一致性相差较大且不易加工(因为通常有缩颈)，这使得大口径的流量标定费工费时，每个水表基表都要单独修正补偿。另外，换能器组件安装工艺须有较高的精度和一致性(铸造管体无法做到高度一致性)和零部件可互换性，它决定了水表批量生产的品质，此项水平，决定水表等级水平及在其标定时是否省时省力。

(五)低压损原则：在一对换能器以斜插方式安装的情况下，声程很短，为了提高水表流量计的量程比就必须提高始动流速，即采取对流量计通道缩颈方式，但缩颈会大大增加管路压损、耗费能源动力。所以通道缩颈必须满足流量计规定的压损值，因此，此种缩颈方法能提高的量程比十分有限；另外，如果换能器在管道内安装，换能器及其安装方式的体积越小越好，以减小流体阻力及换能器对流体的干扰。

(六)管体密封安全原则：较大口径水表，在解决管体密封时，采用与管径相同较大尺寸的密封圈，安装难度大，密封效果存在隐患。所以，尽量少用密封圈或采用较小尺寸的密封圈，以保障其密封的可靠性、耐久性。

为了进一步说明，以下对上述原则(一)、(二)进行理论推演。

对上述原则(一)的理论推演：

通常，水表流量计的性能指标为计量精度和量程比，计量精度为流量计的流量计量值与流量的实际值之比，提高流体流动稳定性和批量生产一致性是决定计量精度的重要条件；量程比为在流量计计量精度保证下，常用流量与最小流量之比，体现了可精确计量的范围，增大超声波换能器间的有效距离是提高量程比的必要条件；所以，计量精度越高、量程比越大，则流量计的计量性能就越好。

显然，在能抑制流体流动过程湍流影响之后，测量的量程比越大，则流量计的计量性能就越好，对此，超声波流量计的体积流量Q与量程比R及流量计管道长度L(假设为一对换能器的间距)间存在着一定的关联关系，在计量领域，量程比R定义为R＝Q₃/Q₁，其中，Q₃为对应某管径下的常用流量，它是一个给定值；Q₁为满足一定计量精度要求的最小流量(比如二级流量计的计量精度为±5％)。

本案经分析与推导，得出了一个重要的结论：对通过流量计管路内的流体而言，所计量的始动流量Q_q(即流量计可感知计量的最小流量)越低(对应其流速V_q就越低，而V_q与超声波流量计的时差芯片分辨率及流量计的管路结构有关)，与此对应，Q₁也成比例地对应变低(即对应的最小流速V₁就变低)。通常，在实际应用中，其经验值是Q₁＝(5～10)Q_q(Q₁随超声波流量计电路及换能器所产生的总体零漂及流量计管路水阻设计值不同而不同)。由此，可以导出在某个口径下(流过流量计管路的Q₃与Q₁所用的时间间隔相等)，量程比R与两换能器间距L之间的关系为：

上式中，Q₃为某口径流量计的常用流量，V₃为与Q₃相对应的流量计管路内流体的流速，Q₁为满足一定计量精度要求的最小流量，V₁为与Q₁相对应的流量计管路内流体的流速，对某口径流量计而言，Q₃和V₃为常量(选定值)，π为圆周率，r为流量计管路的内半径，t为计量用时，L为超声波流量计管路内两换能器对射面之间的间距，α为两换能器之间连线在流量计管路流体流动方向的夹角(α为锐角，当α＝0时，两换能器连线与流体流动方向一致，cos(α)＝1),k为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，β为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，令β＝V₃/10k,为常数，而V₁通过超声波流量计时差公式计算V_q得出，即因而，在具体计算时，V₁按照V₁＝10V_q代入。由上面R的关系式可得出如下结论：

增大两换能器间在流量计管路流体流动方向的投影距离L·cos(α)，就可有效提高流量计的量程比R。

对上述原则(二)的理论推演：

本案采用网格状分区结构解决该难题，其原理为并联小管径的流速稳定性。对流体在管内流动而言，流体力学指出：雷诺数指标是判别流体流动是否为层流或紊流(即湍流)的性态准则，是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲数。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，流体流动呈现为层流。反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，伴随着脉动，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流动,这里做一个理论实验推导：

设大口径直管的内径为D、管内流体的流速为V、流体的密度为ρ、流体的动力粘度为μ，则该大口径直管的流体流通面积则为A＝πD²/4、流体的质量流量则为G＝AρV、流体的雷诺数为Re＝ρVD/μ。若将该大口径直管的流体导入到一个由n根小管径d直管并联组成的组合流道、并且保持该组合流道的总流体流量与大口径直管的流体流量相同、保持该组合流道的流通面积Az＝nπd²/4与大口径直管的流体流通面积A相同，即Az＝A，则组合流道中的小管径d直管内流体的雷诺数就为由此可见，当n>1时，就得出这样如下的结论：

组合流道中的小管径d直管内流体的雷诺数Rez小于大口径直管内流体的雷诺数Re，即Rez<Re，例如n＝9，就有Rez＝Re/3，这揭示了组合流道中小管径d直管内流体与大口径直管内的流体相比，雷诺数要小，即组合流道中小管径d直管内流体流动的稳定性更高、脉动性更小、超声波计量测量流体流速就更为准确。特别是当在管道井内空间较小的地方安装流量计时，如果前端或后端有弯管，就无法保证流量计安装处须有前十后五直管长度的严格条件限制，而采用组合流道的计量方法，将一个大流道分为多个小流道，不仅可对流体实施自动整流，同时也可以消除或减小流量计安装地须有前十后五直管长度这一严格的条件限制，提高计量精度。

对于进行分区处理的局部格形腔体，形成稳定层流的状态下，其流速的分布为抛物线形状，在网格中部安装换能器，获得每个分区中部的流速可作为速度有代表性的采样柱。

现有技术的超声波换能器安装、流道分区在超声波流量计实施上的几种结构、方式：

超声波斜插式换能器安置方式，这种安装方式的声程短、声道少、斜孔加工精度要求高：如授权公告号CN 211696533 U提供了一种大口径多声道斜插对射式超声波流量计基表管路结构，该方案的两换能器连线在管段内流体流动方向的夹角大，所以，投影距离很短，有悖于原则(一)；管道内无分区结构，有悖于原则(二)；另外，该方案在管道口径较小时，其管外端无空间安置较多声道，有悖于原则(二)；对安装换能器的斜孔加工角度要求很高，偏移微小角度，对于大口径，声波接收强度大幅减少，因此加工有难度，有悖于原则(四)。

为了稳定流体状态，对于大口径超声波流量计，应当在其流体流通的管道内进行整流。专利授权公告号CN 210166007 U及专利授权公告号CN 210071019 U均提供了一种超声波流量计基表管路结构，为了整流，仅在进流体管路进口处的一段，安装有蜂窝状流道，没有实现流量计全流道的整流，特别是在超声波测量段没有进行分区，所以不同流层的流速间相互干扰，测量仍存在一定的不确定性，有悖于原则(二)。另外换能器的安装仍然采用斜插安装模式，有悖于原则(一)。

专利申请公布号CN 114295167 A提供了一种内衬流道分层布局的大口径多声道超声波燃气表的结构，该立柱上安装换能器的结构比斜插式换能器安置方式情况下，两换能器连线在管段内流体流动方向的夹角要小的多，一对换能器间距可以更大，但是，立柱上安装换能器，只能安装在燃气表法兰的内侧，所以一对换能器间的间距还是受到限制。该种方案，多组换能器也按照不同高度进行布局，测量精度及量程比都有所提高。流道截面可按照高度不同进行水平分区，但由于换能器的声道与流体流动方向成一定夹角，是斜着对射的，所以，在流道垂直方向无法按照一定间隔进行分区，对于口径较大的流道而言，在一个分区内，仍然存在流体流速的波动的不确定因素。所以，该技术方案对于原则(一)、原则(二)仍未达到最佳值；燃气表的信号线从管体外部，走明线通过线管引出至仪表中部，安全性较差、安装较为复杂，仍有改进空间。

专利授权公告号CN 215726162 U提供了一种大口径多声道分区对射式超声波流量计的结构，因为采取换能器在流道内布局的方式，所以这个解决方案对比斜插式换能器安置方式及立柱式换能器安置方式的一对换能器间距更大，对超声波流量测量做到了：在流量计管段两端、流体流动方向上布局多组对射换能器，对给定的流量计管长，可充分利用有效声程，提高量程比，满足原则(一)的要求；对射式、多声道，能对流道空间进行全方位测量的要求；对流道在全空间范围内，进行分区的结构，可有效稳定流体的流动状态，能克服湍流影响，计量稳定，满足原则(二、三)要求；采用管段焊接成型，满足原则(四)、(六)等要求；但这种换能器的布局及其安置，也存在弊病与不足，因为(1)在该技术方案中，管道两侧安置的多组换能器，如说明书附图2和3所示，分别位于环形腔体结构环315内，而结构环的体积相对较大，因而水阻较大，所以，这种方式只适合流量计口径较大的情况；(2)如说明书附图5所示，换能器上有定位用的换能器后凸沿333，那么这种换能器体积较大；(3)又如说明书附图1所示，换能器的总引出线56从流量计管段两端的法兰内侧引出，有安装座，加工较为复杂等。

专利授权公告号CN 217716516 U提供了一种换能器法兰内置的大口径多声道超声波水表结构，因为采取换能器在法兰内布局的方式，所以这个技术方案的一对换能器间距十分接近管长，对超声波流量测量能做到：在流量计管段两端、流体流动方向上布局多组对射换能器，对给定的流量计管长，可充分利用有效声程，提高量程比，满足原则(一)的要求；采用对射式多声道，能对流道空间进行全方位测量，采用管段焊接成型，满足原则(三、四、五、六)等要求；但这种换能器的布局及其安置，也存在弊病与不足，因为(1)在该技术方案中，多组换能器的对射连线与流体流动方向成一夹角，所以不能在管道内进行分区布局，不满足原则(二)对分区的要求，所以抗扰动形成的紊流干扰能力较差；(2)如说明书附图1所示，换能器的引出线从法兰内侧，通过多条金属管引至仪表盒端，安装较为复杂等。

综上所述，通过对现有几种超声波流量计的形成结构的技术分析可知，专利授权公告号CN 215726162U优点采用了对射式、多声道、辐射式流道分区结构，时差测量的声程也较长，量程比高，但缺点是换能器安装支架在管道截面占有的体积较大，对于口径较小的大口径流量计来说，水阻大、压损高；专利授权公告号CN 217716516 U将对射式、多声道的换能器安置在法兰内，这使得时差测量的声程接近流量计管长，量程比接近最大值，但缺点是数对换能器间在管道内以交叉斜线对射，所以无法在流道内安置分区隔板，这导致流量计在流体扰动、涡流时计量不准。

因此，为了克服现有技术的不足，本案创新一种新结构的对射式、多声道的换能器安装方式且满足流道分区结构的要求，实现大口径超声波流量计具备抗紊流干扰、高精度和大量程比的技术目标。

实用新型内容

针对以上未解难题，本案提出一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，通过改变多对换能器在管道内分区对射式安置的结构，减小了换能器安装所占用流道截面的比例，另外对信号线的引出方式、仪表盒及其安装的结构等系列变化，解决了现存难题，该结构的水表能同时满足提出的六项原则的要求，实现全系列大口径超声波水表的应用目标要求，其技术方案为：在管体套管内设置内衬管，在内衬管内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板，在内衬管的入口和出口内侧垂直于轴线的平面内布局安置多个支架，将换能器嵌入安置在支架内且位于分区格的中部，在与管体截面平行的两个面内的支架上，直线对应的换能器两两配对，从而在同一分区内形成测量通道；而位于管体套管两端的支架则通过法兰的内部密封、固定，而换能器信号线则通过支架内孔，经法兰内部通道及管体套管外侧连接到仪表盒内，从而实现一种水阻抗低、流道分区、量程比最大化的大口径多声道超声波水表。

本实用新型为一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:包括法兰一；法兰二；孔一；管体套管；固定座一；孔二；凸台一；孔三；孔四；内衬管一；分区隔板；内衬管二；孔五；平面一；支架一；平面二；柱一；柱二；曲面一；定位面一；孔六；3曲面二；平面三；固定头；定位面二；换能器；凸起；平面四；平面五；信号线；螺栓一；螺栓二；支架二；孔七；柱三；凸沿一；缺口一；平面六；曲面三；仪表盒一；固定管一；压盖；玻璃面；胶圈五；仪表盒二；螺栓三；护壳；在管体套管内设置内衬管，且在内衬管内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板，在内衬管的入口和出口内侧垂直于轴线的平面内布局安置多个配对的支架一、支架二，将换能器嵌入安置在支架一内，在与内衬管一22截面平行的两个面内的支架上，直线对应的换能器两两配对，从而在同一分区内形成测量通道；而支架一位于管体套管一侧则通过法兰内部的固定头密封、固定，而换能器的信号线则通过支架一内孔，经法兰内部通道及管体套管外侧连接到仪表盒内，从而实现一种水阻抗低、量程比最大化的大口径多声道超声波水表。

所述的换能器外侧紧配嵌入支架一的曲面一内，其中凸起与曲面二紧配，平面四与定位面一重合，信号线穿过孔六。

所述的支架一通过柱一与支架二的孔七紧配合、柱二与曲面三紧配合，支架一直杆的下平面穿过缺口一与支架二直杆的上平面重合，平面三与凸沿一重合；进一步，支架一的平面二嵌入内衬管二内与平面一重合。

所述的支架一通过安置在法兰一、法兰二中的孔一内的固定头密封、固定；进一步，定位面二与孔一内的定位平台重合，胶圈四与内衬管二及平面二接触密封，胶圈三与孔一内壁接触密封，胶圈二与孔一内壁及垫片接触密封；更进一步，所述的螺栓一通过垫片压紧固定头，从而固定了内衬管二；所述的孔一内有孔四，孔四位于螺栓一上侧，螺栓二位于孔一上端口。

所述的分区隔板位于金属的内衬管一的内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局，且分别与金属的内衬管一的内壁通过焊接连接；所述的内衬管一、内衬管二，根据需要可以用同一种材质，即俩俩合为一体的结构。

所述的凸台一连接于法兰一或法兰二的内侧、管体套管的外侧；进一步，凸台一的侧面有孔四、上侧面有孔三；所述的护壳内侧与凸台一的上侧面重合，通过螺丝与孔三配合固定。

所述的仪表盒一下方的固定管一套在固定座一外侧，其间由胶圈一密封。

所述的仪表盒二在仪表盒一内，由定位凸柱定位，二者由螺栓三穿过仪表盒二的中孔，以其外螺纹与固定座一的内螺纹连接配合固定。

所述的玻璃面位于仪表盒二上方开口处，其下方有胶圈五；进一步，通过压盖的内螺纹与仪表盒一外螺纹配合，压紧玻璃面固定。

通过实施以上的技术方案，对于大口径超声波水表的重要性能技术指标可获得实质性提高，效果显著，因此使得大口径的实际应用水平，取得飞跃进步，具体如下：

第一、在水表管体套管的两侧，巧妙利用法兰固定支架，不仅省去了固定头的安装座，而且由于将换能器置于法兰下方，对于长度固定的水表流量计，在两个法兰下方安装换能器，其一对换能器间的间距接近流量计管道长度，即一对换能器间的声程达到了最大值，从而，水表亦获得量程比的最大化，满足原则一要求。

第二、实现对射式多声道及分区稳流：每对换能器都是对射安置且与流体流动方向一致，根据R＝β·L·cos(α)可知，这时，R＝β·L，有效数值最大；运用分区隔板，在水表的管体套管内进行分区稳流设置，且将数对换能器安置在各个分区内，由于分区隔离，从而在小分割腔内形成稳定层流，所以该水表能够抵抗前置弯管的偏流冲击，在数个分区内精确测量各自的流速变化，最终得到拟合的平均流速，计算出准确的体积流量，满足原则二要求。

第三、内管壁保持完整：相对于换能器斜插式安置不同，本案的超声波换能器在流道内安置，

管壁没有安装孔，所以流道平滑，满足原则三要求。

第四、水表批量生产的一致性高：流量计管体焊接成型、零部件为注塑成型或按精度标准加工成型；换能器的安装及支架的定位固定均为标准化，所以批量生产的水表流量计的一致性高，流量标定简化，维修时零部件便于更换及相互间可替换，满足原则四要求。第五、水表流量计低压损：对于斜插式超声波换能器安置方式，由于其本身声程很短，为了获得相对高一些的量程比，通常选择缩颈以提高流速的办法，而缩颈常见的为减少直径的20％，也就是说，对DN100的水表流量计，缩颈后的流通面积为原来的64％，压损增幅较大；本案由于将一对换能器的间距即声程做到了最大化，量程比达到极限，及其设置了抗干扰的分区隔板，所以不需要对水表流量计进行缩颈，而且换能器及支架的截面积很小，所以水表的实际压损接近直通管的压损，非常低，满足原则五要求。第六、管体密封安全性高：换能器与支架紧配连接，其间涂有环氧树脂；换能器信号线通过支架孔通道送出，支架由固定头密封、固定，采用小密封圈，安全可靠，满足原则六要求。

第七、巧妙地将固定换能器的工程塑料支架一安置在金属支架二上，除了金属支架方便焊接固定外，由于其强度高，能辅助支架一抵抗管道内的水锤或高流速的冲击。

附图说明:

图1是一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表的外观示意图；

图2是一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表的整体剖视图；

图3是一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表侧视图；

图4是一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表的法兰剖面图；

图5是一种法兰内固定换能器支架的安装结构剖视图；

图6是支架一及换能器装配示意图；

图7是支架一及换能器与金属支架二装配示意图；

图8是金属支架二与内衬管一间焊接位置示意图；

图9是一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表信号线走线示意图；

图10是仪表盒结构及信号线连接示意图。

图11是固定头结构示意图。

图中：

11.法兰一；12.法兰二；1112.孔一；13.管体套管；14.固定座一；141.孔二；142.胶圈一；15.凸台一；151.孔三；152.孔四；22.内衬管一；221.分区隔板；23.内衬管二；231.孔五；232.平面一；31.支架一；311.平面二；312.柱一；313.柱二；314.导流帽；315.曲面一；316.定位面一；317.孔六；318.曲面二；319.平面三；32.固定头；321.胶圈二；322.胶圈三；323.胶圈四；324.定位面二；33.换能器；331.凸起；332.平面四；333.平面五；34.信号线；35.垫片；36.螺栓一；37.螺栓二；41.支架二；411.孔七；412.柱三；413.凸沿一；414.缺口一；415.平面六；416.曲面三；51.仪表盒一；511.固定管一；512.定位凸柱；52.压盖；53.玻璃面；531.胶圈五；54.电路板；55.电池；56.仪表盒二；57.螺栓三；61.护壳；62.螺丝。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型的实施做进一步详细说明。

实施例一：

本实施例是一种法兰内固定换能器支架、DN150口径的4声道、流道4分区对射式超声波水表。

如附图1、2所示，本实施例包括法兰一11；法兰二12；孔一1112；管体套管13；固定座一14；孔二141；凸台一15；孔三151；孔四152；内衬管一22；分区隔板221；内衬管二23；孔五231；平面一232；支架一31；平面二311；柱一312；柱二313；曲面一315；定位面一316；孔六317；曲面二318；平面三319；固定头32；定位面二324；换能器33；凸起331；平面四332；平面五333；信号线34；垫片35；螺栓一36；螺栓二37；支架二41；孔七411；柱三412；凸沿一413；缺口一414；平面六415；曲面三416；仪表盒一51；固定管一511；压盖52；玻璃面53；胶圈五531；仪表盒二56；螺栓三57；护壳61；在管体套管13内设置内衬管，且在内衬管一22内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板221，在内衬管的入口和出口内侧垂直于轴线的平面内布局安置多个配对的支架一31、支架二41，将换能器33嵌入安置在支架一31内且位于分区格的中部，在与内衬管一22截面平行的两个面内的支架上，直线对应的换能器两两配对，从而在同一分区内形成测量通道；而支架一31位于管体套管13一侧则通过法兰内部的固定头32密封、固定，而换能器33的信号线34则通过支架一31的孔六317，经法兰内部通道及管体套管外侧连接到仪表盒二56内，从而实现一种水阻抗低、流道分区、量程比最大化的大口径多声道超声波水表。

如附图6所示，所述的换能器33外侧紧配嵌入支架一31的曲面一315内，其中凸起331与曲面二318紧配，平面四332与定位面一316重合，信号线34穿过孔六317。

如附图7、8所示，所述的支架一31通过柱一312与支架二41的孔七411紧配合、柱二313与曲面三416紧配合，支架一31直杆的下平面穿过缺口一414与支架二41直杆的上平面重合，平面三319与凸沿一413重合；进一步，支架一31的平面二311嵌入内衬管二23内与平面一232重合。

如附图5所示，所述的支架一31通过安置在法兰一11、法兰二12中的孔一1112内的固定头32密封、固定；进一步，定位面二324与孔一1112内的定位平台重合，胶圈四323与内衬管二23及平面二311接触密封，胶圈三322与孔一1112内壁接触密封，胶圈二321与孔一1112内壁及垫片35接触密封；更进一步，所述的螺栓一36通过垫片35压紧固定头32，从而固定了内衬管二23；所述的孔一1112内有孔四152，孔四152位于螺栓一36上侧，螺栓二37位于孔一1112的上端口。

如附图2、3所示，所述的分区隔板221位于金属的内衬管一22的内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局，且分别与金属的内衬管一的内壁通过焊接连接；所述的内衬管一22、内衬管二23，根据需要可以用同一种材质，即俩俩合为一体的结构。

如附图9、1所示，所述的凸台一15连接于法兰一11或法兰二12的内侧、管体套管13的外侧；进一步，凸台一15的侧面有孔四152、上侧面有孔三151；所述的护壳61内侧与凸台一15的上侧面重合，通过螺丝62与孔三151配合固定。

如附图10所示，所述的仪表盒一51下方的固定管一511套在固定座一14外侧，其间由胶圈一142密封。

所述的仪表盒二56在仪表盒一51内，由定位凸柱512定位，二者由螺栓三57穿过仪表盒二56的中孔，以其外螺纹与固定座一14的内螺纹连接配合固定。

所述的玻璃面53位于仪表盒二56上方开口处，其下方有胶圈五531；进一步，通过压盖52的内螺纹与仪表盒一51外螺纹配合，压紧玻璃面53固定。

对本实施例所采用的技术方案，其零部件组装过程如下：

1.如附图8所示，将分区隔板一211焊接于金属的内衬管一22的内侧；将支架二41焊接在金属的内衬管一22内侧和分区隔板一211对应的位置。

2.如附图6所示，对于支架一31、换能器33，先将信号线34穿过孔六317、然后将换能器33紧配嵌入内侧涂有环氧树脂的曲面一315内，完成安装。

3.如附图7、8所示，对于支架一31的安装，先将信号线34穿过孔五231，再将支架一31通过柱一312与支架二41的孔七411紧配合、柱二313与曲面三416紧配合；进一步，支架一31的平面二311嵌入内衬管二23内与平面一232重合，其配合处均涂有环氧树脂固定。

4.如附图5所示，将信号线34在孔一1112的上方依次穿过固定头32、垫片35、螺栓一36；支架一31通过安置在法兰一11、法兰二12中孔一1112内的固定头32密封、固定；由于孔一1112及固定头32的定位作用，也固定了内衬管二23；用细勾子通过孔四152将信号线34从凸台一15侧面、管体套管13的外侧拉出。

5.如图9、10所示，将信号线34穿入孔二141，通过固定座一14、螺栓三57，进入仪表盒二56内。

6.如图10所示，在固定座一14外圈放好胶圈一142，随后将仪表盒一51下面的固定管一511套在其外侧对接；安放胶圈、仪表盒二56，用螺栓三57旋紧固定；在仪表盒二56内放入电路板54固定、接上电池55，将信号线34与电路板54电性连接，放好胶圈五531、玻璃面53，旋紧压盖52，打上铅封，完成组装。

7.如图5、10所示，可根据流量计的密封等级，在孔一1112及固定座一14内灌封密封胶。

通过以上例证对本实用新型一种法兰内固定换能器支架、DN150口径的4声道、流道4分区对射式超声波水表，进行了实施应用说明，但不限于上述具体实施例，如果更换超声波换能器陶瓷片的尺寸及声波频率，本实用新型在气体计量领域同样适用，凡基于本实用新型内容所做的任何改动或变形均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:包括法兰一(11)；法兰二(12)；孔一(1112)；管体套管(13)；固定座一(14)；孔二(141)；凸台一(15)；孔三(151)；孔四(152)；内衬管一(22)；分区隔板(221)；内衬管二(23)；孔五(231)；平面一(232)；支架一(31)；平面二(311)；柱一(312)；柱二(313)；曲面一(315)；定位面一(316)；孔六(317)；曲面二(318)；平面三(319)；固定头(32)；定位面二(324)；换能器(33)；凸起(331)；平面四(332)；平面五(333)；信号线(34)；垫片(35)；螺栓一(36)；螺栓二(37)；支架二(41)；孔七(411)；柱三(412)；凸沿一(413)；缺口一(414)；平面六(415)；曲面三(416)；仪表盒一(51)；固定管一(511)；压盖(52)；玻璃面(53)；胶圈五(531)；仪表盒二(56)；螺栓三(57)；护壳(61)；在管体套管(13)内设置内衬管，且在内衬管一(22)内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板(221)，在内衬管一(22)的入口和出口内侧垂直于轴线的平面内布局安置多个配对的支架一(31)、支架二(41)，将换能器(33)嵌入安置在支架一(31)内且位于分区格的中部，在与内衬管一(22)截面平行的两个面内的支架上，直线对应的换能器(33)两两配对，从而在同一分区内形成测量通道；而支架一(31)位于管体套管(13)一侧则通过法兰内的固定头(32)密封、固定，而换能器(33)的信号线(34)则通过支架一(31)的孔六(317)，经法兰内部通道及管体套管外侧连接到仪表盒二(56)内，从而实现一种水阻抗低、流道分区、量程比最大化的大口径多声道超声波水表。

2.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的换能器(33)外侧紧配嵌入支架一(31)的曲面一(315)内，其中凸起(331)与曲面二(318)紧配，平面四(332)与定位面一(316)重合，信号线(34)穿过孔六(317)。

3.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的支架一(31)通过柱一(312)与支架二(41)的孔七(411)紧配合、柱二(313)与曲面三(416)紧配合，支架一(31)直杆部分的下平面穿过缺口一(414)与支架二(41)直杆部分的上平面重合，平面三(319)与凸沿一(413)重合；进一步，支架一(31)的平面二(311)嵌入内衬管二(23)内与平面一(232)重合。

4.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的支架一(31)通过安置在法兰一(11)、法兰二(12)中的孔一(1112)内的固定头(32)密封、固定；进一步，定位面二(324)与孔一(1112)内的定位平台重合，胶圈四(323)与内衬管二(23)及平面二(311)接触密封，胶圈三(322)与孔一(1112)内壁接触密封，胶圈二(321)与孔一(1112)内壁及垫片(35)接触密封；更进一步，所述的螺栓一(36)通过垫片(35)压紧固定头(32)，从而固定了内衬管二(23)；所述的孔一(1112)内有孔四(152)，孔四(152)位于螺栓一(36)上侧，螺栓二(37)位于孔一(1112)的上端口。

5.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的分区隔板(221)板位于金属的内衬管一(22)的内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局，且分别与金属内衬管一的内壁通过焊接连接；所述的内衬管一(22)、内衬管二(23)，根据需要可以用同一种材质，即俩俩合为一体的结构。

6.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的凸台一(15)连接于法兰一(11)或法兰二(12)的内侧、管体套管(13)的外侧；进一步，凸台一(15)的侧面有孔四(152)、上侧面有孔三(151)；所述的护壳(61)内侧与凸台一(15)的上侧面重合，通过螺丝(62)与孔三(151)配合固定。

7.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的仪表盒一(51)下方的固定管一(511)套在固定座一(14)外侧，其间由胶圈一(142)密封。

8.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的仪表盒二(56)在仪表盒一(51)内，由定位凸柱(512)定位，二者由螺栓三(57)穿过仪表盒二(56)的中孔，以其外螺纹与固定座一(14)的内螺纹连接配合固定。

9.根据权利要求1所述一种法兰内固定换能器支架的大口径超声波水表，其特征是:所述的玻璃面(53)位于仪表盒二(56)上方开口处，其下方有胶圈五(531)；进一步，通过压盖(52)的内螺纹与仪表盒一(51)外螺纹配合，压紧玻璃面(53)固定。