一种利用超声波进行流量测定的装置

摘要

本发明公开了一种利用超声波进行流量测定的装置，包括超声波反射段、增速管和超声波换能器，所述超声波换能器设置在增速管管壁的孔中，当所述增速管与超声波反射段进行斜截面接触并定位后，所述超声波换能器的中心与设置在超声波反射段上的反射片中心相对应；所述超声波反射段与增速管采用斜截面接触式整体配合结构；所述增速管外壁的中央上设置有定位锥孔；然后将两侧超声波反射段与增速管两侧紧密接触后，固定在外部管道中。本发明旨在解决塑料支架变形、塑料和金属的定位配合较大、反射面的位置精度不高等原因造成的测量精度不稳定，解决流体脉动时产生振动，降低增速管进出口的压降、稳定增速管内的稳定流体阻力损失，提高流体计量可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测速装置，更具体地说，涉及一种利用超声波进行流量测定的装置。

背景技术

利用超声波进行测量的主要工作方法采用了“差速法”来测量流量，具体原理是超声 波与水（或者其他流体）一起流动一个时间，而与正常速度相比，就会产生一个时间差 来算水流的流速、再用流速乘以管径，就得到流量，所以叫差速法。这种方法要求严格 的时序控制，一般超声波在水中的传播速度为1500m/s,时序控制电路要以单片机的周期 来计算，一般为10-12秒，毫秒级达不到，在测试装置上安装左右两个TR1和TR2为两 个超声波换能器，既能发射又能接受超声波、TR1发射脉冲超声波,经流体和反射片和管 壁反射后，被TR2接收。一定时间间隔后，由切换开关切换TR2发射超声波，TR1接受。 目前超声波热表就在采用上述测量装置和方法来测量流量，进而通过安装在热表上的处 理系统得到相应的热量，因此产品结构稍有偏差和不稳定就会带来影响计量的问题。目 前利用超声波计量的热表大都先在管道外部组合一套塑料支架，由塑料支架提供用于安 装均匀流速的增速管和超声波反射片的安装槽，待超声波反射片通过安装槽固定在支架 上之后，将塑料支架放入管道内通过塑料支架和金属管道的固定孔进行连接和配合，这 一结构在使用中主要存在以下问题：

（1）目前超声波热表采用的超声波反射片依靠塑料支架支撑固定、对于塑料支架形 式复杂、材料长期受热变形较大，怕震动，造成了热表计量的不稳定。

（2）塑料支架依靠在金属管道表体上的圆柱紧定钉定位，由于塑料支架孔与金属管 道上的紧定钉之间的定位配合较大，流体流动的脉动现象对塑料支架产生振动现象，导 致了测量系统的不稳定。

（3）塑料支架内部还安装了用于均匀流速的增速管、增速管也采用用塑料材料、长 时间运行产生结垢等问题、造成流体流经增所管产生的阻力较大，从而影响流速的稳定， 造成了超声测量流不准确、从而影响测量。

（4）如要进行部件更换，需要从金属管道中取出塑料支架，再更换塑料支架上的增 速管或者反射片等部件，给维修和保养带来不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用超声波进行流量测定的装置， 旨在解决塑料支架变形、塑料和金属的定位配合较大、反射面的位置精度不高等原因造 成的测量精度不稳定，解决流体脉动时产生振动，降低增速管进出口的压降、稳定需要 增速管内的稳定流体阻力损失，提高流体计量的可靠性。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种利用超声波进行流量测定的装置，包括超声波反射段、增速管和超声波换能器， 其中：

所述超声波换能器设置在增速管管壁的孔中，当所述增速管与超声波反射段进行斜 截面接触并定位后，所述超声波换能器的中心与设置在超声波反射段上的反射片中心相 对应；

所述超声波反射段与增速管采用斜截面接触式整体配合结构，具体来说，增速管的 两端设置成倾斜角为45°的斜面，超声波反射段一端设置成倾斜角为45°的斜面，以使其 能够与增速管两端的斜面相接触和定位，可选择整体的圆柱管然后按照倾斜角45°进行切 割形成超声波反射段和增速管；在所述超声波反射段的斜面上设置有超声波反射片，具 体来说可采用焊接（点焊）或者冲压方式设置在斜面上。

所述增速管外壁的中央上设置有定位锥孔，用于通过螺钉或者螺栓与外部管道进行 固定；然后将两侧超声波反射段与增速管两侧紧密接触后，并通过固定装置（如螺母） 固定在外部管道中；为进一步实现较好地密封和测量，可选择在增速管的外壁上设置凹 槽，用于设置密封圈。

所述增速管、超声波反射段可选用不宜产生结垢的金属材料，例如金属铜、或者不 锈钢材料制作，为进一步防垢的产生，可进一步在换能器端面、超声波反射片的反射面 平面、增速管内表面可采用涂料进行涂层，利用涂料的自清洁功能可提高涂料油漆的耐 沾污性和自清洁性能防止表面的结垢、均匀流体在增速管内流动，降低阻力，例如纳米 二氧化钛涂料、钛纳米聚合物涂料、氟碳漆涂料等进行表面涂层处理。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

（1）增速管和外部管道采用的定位为圆锥孔定位，这样可以确保与两端反射段结合 采用圆柱斜截面与管段轴线称45°夹角，确保管段轴线与该截面中心焦点与换能器中心相 交，并垂直。

（2）超声波反射段，与增速管结合采用圆柱斜截面形式，两个表面在安装时接触并 定位，这种定位方式简单有效，由于定位采用的面接触，提高了定位的稳定性，流体流 的震动影响大大减弱。

（3）增速管和超声波反射段采用金属材料，直接安装在管道内部进行流量测量、不 需要塑料支撑架固定，同时采用圆锥形面的紧定钉进行定位和圆柱斜截面结合的结构， 消除了了其他类型圆柱体定位间隙造成、从而使测量系统稳定，保证定位的位置精度。

（4）利用在超声波表管段内采用纳米涂料对换能器和反射片、以及增速管内壁进行 防护，起到了在这些表面上不容易结垢的作用，降低了在增速管段内流体阻力，从而提 高热表流量的测量精度。

（5）在进行更换时，仅仅需要更换相应的部件，并保证超声波反射段、增速管和超 声波换能器的安装位置精确即可，不需要大面积更换，使得使用维修更加方便。

附图说明

图1本发明的结构示意图，其中TR1和TR2为超声波换能器、1为超声波反射段、2为 表体、3为增速管、4为紧定螺钉、5为密封圈、6为螺母。

图2本发明中超声波反射段的结构示意图。

图3本发明中超声波反射段的立体示意图。

图4本发明中增速管的结构示意图。

图5本发明中增速管的立体示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1-5所示，本发明的实施例为一种利用超声波进行流量测定的装置，包括超声 波反射段1、增速管3、超声波换能器TR1和TR2，其中：

超声波反射段1与增速管3采用斜截面接触式整体配合结构，具体来说，增速管3 的两端设置成倾斜角为45°的斜面，超声波反射段1一端设置成倾斜角为45°的斜面，以 使其能够与增速管两端的斜面相接触和定位；在进行制备时可选择整体的圆柱管然后按 照倾斜角45°进行切割形成超声波反射段1和增速管3；在超声波反射段1的斜面上设置 有超声波反射片，可采用焊接（点焊）或者冲压方式设置在斜面上。

在进行安装使用时，首先利用紧定螺钉将增速管3通过设置在外壁中央上的定位锥 孔与表体（即外部管道）进行安装固定，然后将左右两个超声波反射段通过倾斜角为45° 的斜面与增速管两侧的斜面接触，并通过固定装置（如螺母）与外部管道固定；增速管 外壁和管道之间通过密封圈进行密封。

超声波换能器TR1和TR2设置在增速管3管壁的孔中，当增速管3与超声波反射段 1进行斜截面接触并通过螺母进行定位后，所述超声波换能器的中心与设置在超声波反射 段上的反射片中心相对应，即超声波换能器的竖直方向中心线与超声波反射段的斜面之 间的夹角为45度，超声波换能器的竖直方向中心线与反射片法线之间夹角为45度。

通过上述设置，超声波反射段、增速管和超声波换能器设置在计划测量的外部管道 （即表体）之内，便可通过超声波进行管道中流体流量的测试，再利用现有技术中流量 测试和相关物理量（或者检测量）的转换换算技术便可实现对热量等物理量的测量。

为避免水等流体造成的结垢，可选择金属铜、或者不锈钢材料制作增速管、超声波 反射段。为进一步防垢的产生，可进一步在换能器端面、超声波反射片的反射面平面、 增速管内表面可采用涂料进行涂层，利用涂料的自清洁功能可提高涂料油漆的耐沾污性 和自清洁性能防止表面的结垢、均匀流体在增速管内流动，降低阻力，可使用杭州万景 新材料有限公司的纳米二氧化钛涂料，或者哈尔滨鑫科科技发展有限公司的钛纳米聚合 物涂料、或者北京城燕佳涂料技术开发中心的氟碳漆涂料。

在完成涂层之后进行晾干，然后将测量装置按照上述结构关系安装到需要进行流体 流量测试的流体管道中，然后利用现有技术中使用的流量、温度传感器和测试模块以实 现对流体流量、热量交换进行准确测量，具体可进一步参考的现有技术如下：

中国专利“超声波热量表”（申请号200820227818.7、申请日2008年12月1日、 授权公告日2009年11月4日）在管件中间隔设置第一超声波传感器和第二超声波传感 器，将传感器输出的模拟电信号转换成数字电信号后经测流模块传送到控制与显示模块 的CPU中。

中国专利“整体式超声波热能表”（申请号200710158779.X、申请日2007年12月 10日、授权公告日2010年9月29日）实施例部分记载了采用超声波测量流量，并通过 流量计算热量的公式和原理。

中国专利“超声波热能表”（申请号200720044459.7、申请日2007年9月30日、 授权公告日2008年8月6日）通过采集外部温度和超声波流量信号，经过模数电路、超 低功耗微处理器、低电压宽脉冲发射技术及采用超大规模集成电路涉及，单片机内部程 序自控控制计算，把用户所用的信息通过LCD全中文显示出来。

由于采用上述结构和安装方式，避免了传统塑料支架结构的不稳定性，提高了定位 的稳定性和精度，流体流的震动影响大大减弱，消除了圆柱体定位的间隙、降低了在增 速管段内流体阻力，从而使测量系统稳定和精度提高；在进行更换时，，不需要大面积 更换，使得使用维修更加方便。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下， 任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落 入本发明的保护范围。