超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)及超聲波流量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及流量計量儀表領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波換能器在超聲波流量計中的安裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波流量計是通過測量超聲波在流體中的順流和逆流時間差異，計算獲得流體流速的一種計量儀表。超聲波流量計具有結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，測量范圍大，穩(wěn)定性好，精度高等特點。此外超聲波流量計還是一種非接觸測量儀器，對測量管路不會產(chǎn)生壓力損失，對測量介質(zhì)沒有要求，可測量各種氣體和液體介質(zhì)的流速。以上特點使超聲波流量計獲得了廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、石油等各種領(lǐng)域都可以見到超聲波流量計的眾多應(yīng)用。
[0003]目前的超聲波流量計結(jié)構(gòu)多采用外夾式安裝結(jié)構(gòu)，將超聲波換能器通過夾具等安裝結(jié)構(gòu)固定在待測量的管路的上、下外表面，然后通過調(diào)整發(fā)射和接收換能器的安裝位置和角度，使得兩個超聲波換能器在管路內(nèi)部建立一個互相發(fā)射和接收的超聲波通道。為獲得精確的測量結(jié)果，超聲波換能器往往被布置成沿著測量管路上、下外表面呈對角線布局的方式以增加超聲波傳輸?shù)木嚯x。此外，為提高測量精度，還需要在超聲波發(fā)射面、接收面和測量管路面之間進(jìn)行填充貼合，由于外夾式安裝結(jié)構(gòu)的流量計測量通常不是長期測量，因而通常會采用對管道無腐蝕作用的耦合劑進(jìn)行填充貼合。外夾式安裝機構(gòu)具有不破壞管路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，因而特別適合短期的一次性測量。然而其具有如下缺點:這種安裝結(jié)構(gòu)需要調(diào)整調(diào)整發(fā)射和接收換能器的安裝位置和角度，對安裝人員的專業(yè)技能要求較高；超聲波以斜波的方式進(jìn)入管路時，會分解成沿測量管路面和垂直于測量管路面的兩個分量，使接收到超聲波的能量衰減；超聲波在管路中多次折射，信號損失大；耦合劑隨時間變性失效使其不適合長期使用，并且使用結(jié)束后需要對耦合劑進(jìn)行清理。
[0004]此外，小管徑管路(直徑通常為10mm以下)經(jīng)常應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)實驗等領(lǐng)域，由于小管徑管路的內(nèi)徑過小，采用外夾式安裝結(jié)構(gòu)的超聲波流量計即便采取對角線布局的方式也難以獲得滿足測量要求的較長的超聲波傳播距離，而超聲波傳播距離過短會極大的影響超聲波流量計的測量精度，因而外夾式安裝結(jié)構(gòu)的超聲波流量計不適于小管徑管路的流體流量測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)及超聲波流量計，能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)超聲波傳播距離滿足測量精度要求，從而有效的解決了傳統(tǒng)外夾式安裝結(jié)構(gòu)無法測量小管徑管路的流體流量的問題。
[0006]進(jìn)一步的，能夠避免耦合劑的使用并實現(xiàn)人員免安裝的功能。
[0007]進(jìn)一步的，能夠?qū)⒔Y(jié)構(gòu)本體直接作為換能器的外殼，減少一層傳播介質(zhì)，有效提高了超聲波的傳播強度，提高信噪比。
[0008]進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)超聲波垂直進(jìn)入流體內(nèi)部，避免了在測量管路面的能量分解和折射損耗，有效提高了超聲波的傳播強度，提高信噪比。
[0009]進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)換能器安裝結(jié)構(gòu)與流量計的穩(wěn)固安裝，對于航空航天等使用環(huán)境比較惡劣的應(yīng)用，能夠有效的保證流量計長期穩(wěn)定工作。
[0010]進(jìn)一步的，能夠?qū)崿F(xiàn)不同口徑的測量管路的流體流量測量，提高了流量計測量的適應(yīng)性。
[0011]本發(fā)明包括如下技術(shù)方案:
[0012]—種超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)本體和超聲波換能器，其中所述結(jié)構(gòu)本體包括第一安接口、第二安接口及流體通道，所述第一安接口用于安接測量管路，所述第二安接口用于安接上游管路或者下游管路，所述流體通道形成于所述結(jié)構(gòu)本體內(nèi)部并設(shè)置于所述第一安接口和第二安接口之間，在所述結(jié)構(gòu)本體的相對于所述第一安接口及沿所述第一安接口側(cè)的流體通道延伸方向的端側(cè)還安裝有所述超聲波換能器，所述超聲波換能器的發(fā)射面正對所述第一安接口，使得超聲波換能器發(fā)出的超聲波垂直于所述流體通道和所述測量管路的橫截面進(jìn)入所述測量管路的流體內(nèi)部。
[0013]進(jìn)一步的，所述端側(cè)設(shè)置有一容置腔，用于容置所述超聲波換能器，使得所述超聲波換能器不通過活動連接部件而直接內(nèi)置于所述結(jié)構(gòu)本體內(nèi)，所述結(jié)構(gòu)本體作為所述超聲波換能器的外殼。
[0014]進(jìn)一步的，所述測量管路的長度為100-200mm。
[0015]進(jìn)一步的，所述流體通道是兩條相交且呈一夾角的圓柱通道。
[0016]進(jìn)一步的，所述夾角為120°?140°。
[0017]進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)本體上設(shè)置有安裝孔。
[0018]進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)本體的材料選自鈦合金、不銹鋼、尼龍或有機玻璃。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一安接口與所述測量管路以及第二安接口與所述上游管路或下游管路之間通過焊接方式連接或通過可更換的方式連接。
[0020]一種超聲波流量計，包括上游管路、上游換能器安裝結(jié)構(gòu)、測量管路、下游換能器安裝結(jié)構(gòu)和下游管路，其特征在于所述上游換能器安裝結(jié)構(gòu)和下游換能器安裝結(jié)構(gòu)為上述的超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0022](1)本發(fā)明實現(xiàn)了小管徑的高精度測量。換能器安裝結(jié)構(gòu)將超聲波的傳播路徑設(shè)計成與流體流動方向一致，最大化的延長了超聲波的傳播距離，進(jìn)而提高超聲波傳播時間的測量精度和流量計的測量精度。并可通過調(diào)整流量計中間測量管路的長度，靈活的調(diào)整超聲波的傳播距離，以適應(yīng)不同聲學(xué)阻抗的流體。
[0023](2)本發(fā)明進(jìn)一步將超聲波換能器和換能器安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計為一體，將安裝結(jié)構(gòu)作為換能器的外殼進(jìn)行固定連接，從而避免了耦合劑的使用，使得流量計可以長期工作且不需要對耦合劑進(jìn)行維護(hù)。同時省去了換能器原有的外殼，減少了一層傳播介質(zhì)，可以大大提高超聲波在流體中的傳播強度，提高信噪比。
[0024](3)本發(fā)明進(jìn)一步將換能器直接內(nèi)置于安裝結(jié)構(gòu)內(nèi)，整個安裝結(jié)構(gòu)無活動部件，提高了流量計的可靠性。相比外夾式安裝結(jié)構(gòu)，換能器內(nèi)置式流量計只需將其整體接入被測量管路，不需要調(diào)整換能器位置和方向，降低了對用戶的專業(yè)技能要求，更友好和易用。
[0025](4)本發(fā)明進(jìn)一步使超聲波換能器的發(fā)射面正對測量管路的安接口，使得超聲波換能器發(fā)出的超聲波垂直于流體通道和測量管路的橫截面進(jìn)入測量管路的流體內(nèi)部，避免了在測量管路面能量分解和折射損耗，提高了超聲波的傳輸能量，有效提高流量測量的準(zhǔn)確性。
[0026](5)本發(fā)明進(jìn)一步在換能器安裝結(jié)構(gòu)上設(shè)有安裝孔，對于航空航天等使用環(huán)境比較惡劣的應(yīng)用，安裝孔的固定可以減小超聲波換能器的震動，保證流量計長期穩(wěn)定工作。
[0027](6)本發(fā)明進(jìn)一步通過更換不同管徑和接口形式的上游管路、測量管路和下游管路，可以適應(yīng)多種管路的測量需要，提高了換能器內(nèi)置式超聲波流量計的應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明為采用超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)的超聲波流量計結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明中采用內(nèi)置式安裝結(jié)構(gòu)的超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明中采用內(nèi)置式安裝結(jié)構(gòu)的超聲波換能器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面就結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。
[0032]具有超聲波換能器安裝結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(如圖1所示)，包括上游管路1、上游換能器安裝結(jié)構(gòu)2、測量管路3、下游換能器安裝結(jié)構(gòu)4和下游管路5。對于單一管路應(yīng)用場合長期使用的情況，這5個部件之間通過焊接方式連接，以保證流量計的密封性和穩(wěn)固性；而對于需要不斷更換管路應(yīng)用場合的情況，這5個部件之間可以通過如螺紋、卡接等可更換方式進(jìn)行連接，以方便更換測量管路和上下游管路。測量時，整個流量計作為一個整體接入被測量管路內(nèi)部。
[0033]測量管路的長度優(yōu)選為100-200mm，本發(fā)明經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)中間測量管路的長度過短時，超聲波傳輸距離過短從而影響測量精度；長度過長時，則對測量管路的安裝穩(wěn)固性提出更高要求并增加了超聲波傳輸?shù)哪芰繐p耗。
[0034]換能器安裝結(jié)構(gòu)，由結(jié)構(gòu)本體和超聲波換能器兩部分組成。結(jié)構(gòu)本體可以使用鈦合金、不銹鋼、尼龍或有機玻璃等材料制成。在所述