專利名稱：平行對射式超聲波流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波流量傳感器的改進，具體地說是一種超聲波傳播方向與水的流向相互平行的平行對射式超聲波流量傳感器。主要適用于流量表和熱量表。
背景技術(shù)：
在流量表和熱量表中所使用的超聲波流量計管道按超聲波的傳播路線可以分為 反射式和斜對射式兩種。反射式的安裝方法有V型、N型、W型，超聲波換能器安裝在管道 的同側(cè)或兩側(cè)，超聲波從一端換能器發(fā)出分別經(jīng)過一次、兩次、三次反射到達另一端換能器 接收。反射式管道雖然增大了超聲波聲路的長度，但存在以下問題一是超聲波傳播方向 與水的流向存有夾角，回波信號在反射過程中會有衰減且會疊加噪聲；二是對換能器的裝 配精度要求高，超聲波傳播不穩(wěn)定，測量精度低。斜對射式的安裝方法目前市面上所見的為 N型，換能器按一定角度傾斜安裝于管道的兩側(cè)，超聲波從一端換能器發(fā)出不經(jīng)過反射直接 從另一端換能器接收。這種結(jié)構(gòu)一定程度上避免了反射式管道的不足，但也存在超聲波的 傳播方向與管道內(nèi)水的流向有夾角、傳播有效距離短、管道耗銅多、測量精度低的缺點。目前尚未發(fā)現(xiàn)能克服上述兩種結(jié)構(gòu)的不足，使超聲波傳播方向與水流向相互平行 的對射式超聲波流量計管道的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超聲波傳播方向與水流向相互平行、換能器容易裝 配、有利于提高測量精度的平行對射式超聲波流量傳感器。為達到以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是該平行對射式超聲波流量傳感器， 由外管體和水進、出端超聲波振子構(gòu)成，其特征在于在外管體的水流進端內(nèi)沿軸心通過固 定裝置固定上水進端超聲波振子，在外管體的水流出端內(nèi)沿軸心通過相應的固定裝置固定 上水出端超聲波振子，水進、出端超聲波振子的軸心連線與外管體的軸心線重合，且超聲波 傳播方向相對，固定裝置的外壁與外管體的內(nèi)壁之間為水流入水進、出端超聲波振子之間 的水流通道，水通過水流通道再進入水進、出端超聲波振子之間的內(nèi)腔，并從另一端流出， 從而使水進、出端超聲波振子的超聲波傳播方向與水的流向相互平行。本發(fā)明還通過如下措施實施在外管體的水流進端的側(cè)壁上設有鉬電阻溫度傳感 器安裝口，在鉬電阻溫度傳感器安裝口內(nèi)固定安裝上鉬電阻溫度傳感器，在作為熱量表時， 可測量水的溫度。所述的水進、出端超聲波振子的固定裝置，由管體、水徑向進孔、水徑向出孔、水 間隔法蘭盤和進、出端蓋構(gòu)成，管體的兩端口分別為水進、出端超聲波振子的安裝口，在安 裝口內(nèi)側(cè)的管體的側(cè)壁上分別設有水徑向進孔和水徑向出孔，在管體的兩端設有鋼針固定 孔，通過在鋼針固定孔內(nèi)插入鋼針使安裝在安裝口內(nèi)的超聲波振子后端固定，在安裝口內(nèi) 側(cè)沿的內(nèi)壁上設有定位環(huán)，通過定位環(huán)限定超聲波振子的前端安裝位置并固定，在安裝口 的外口內(nèi)分別塞有進、出端蓋，通過進、出端蓋使管體的端部平整、密封，在管體的中部固定上水間隔法蘭盤，通過水間隔法蘭盤使水流通道分割成前、后兩段，前段與水徑向進孔連 通，迫使流進前段水流通道內(nèi)的水必須通過水徑向進孔進入管體內(nèi)，然后再沿管體內(nèi)流動， 后段與水徑向出孔連通，迫使在管體內(nèi)流動的水必須從水徑向出孔流出并進入后段水流通 道內(nèi)，從而使水的流向在管體內(nèi)保持與超聲波傳播方向平行，管體的外直徑比外管體的內(nèi) 直徑小4-10mm ；所述的管體的側(cè)壁上還設有對稱的兩條凸棱，在其中的一條凸棱內(nèi)設有穿 線通道，在水間隔法蘭盤的壁內(nèi)設有穿線孔，穿線孔與穿線通道相連通，水進、出端超聲波 振子的連接導線依次從穿線通道和穿線孔引出，然后用密封膠密封。所述的外管體，由水流進管體和水流出管體構(gòu)成，水流進管體和水流出管體分別 通過連接在端部的法蘭盤連接固定，鉬電阻溫度傳感器安裝口設在水流進管體上，水流進 管體端部的法蘭盤至鉬電阻溫度傳感器安裝口的距離大于管體的水進端至水間隔法蘭盤 的長度，使鉬電阻溫度傳感器處在管體的水進端以外的水流進管體內(nèi)，在水流進管體和水 流出管體的安裝端部均設有外螺紋；在水流進管體和水流出管體端部的法蘭盤之間設有水 間隔法蘭盤，并通過螺栓連接固定為一體。所述的水進、出端超聲波振子分別安裝在相應的銅帽內(nèi)，在水進、出端超聲波振子 與安裝的銅帽之間填有石蠟層，銅帽與管體的端部口為過盈配合；所述的水流進管體和水 流出管體及其端部的法蘭盤和鉬電阻溫度傳感器安裝口采用銅材制作為一整體；所述的管 體和水間隔法蘭盤采用塑料制作為一整體。作為另一種實施例，所述的水進、出端超聲波振子的固定裝置，由圓筒體和支撐板 構(gòu)成，圓筒體的內(nèi)直徑與水進、出端超聲波振子的外直徑一致，支撐板對稱的設4個，均固 定在圓筒體的外壁上，支撐板的高度等于圓筒體的外壁至外管體內(nèi)壁之間的距離，支撐板 的長度為從圓筒體的底壁至圓筒體的腰部，在圓筒體的底壁上設有穿線孔，在此實施例中， 外管體為一整體，圓筒體通過支撐板直接卡在外管體的端部口內(nèi)，水進、出端超聲波振子安 裝在圓筒體內(nèi)，與水進、出端超聲波振子連接的導線從底壁上的穿線孔中引出。本發(fā)明的有益效果在于與目前使用的反射式和對射式超聲波流量傳感器相比， 由于超聲波的傳播方向與水的流動方向平行，即超聲波傳播方向與水的流向中心線重合或 平行，所以充分保證了超聲波傳播的穩(wěn)定性和測量的準確性，超聲波傳播有效距離長，安裝 方便，測量精度高，克服了目前超聲波流量傳感器的缺點。


圖1、為本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)俯視示意圖。圖2、為本發(fā)明沿圖IA-A剖視示意圖。圖3、為本發(fā)明的如圖1中進、出端超聲波振子的固定裝置剖視示意圖。圖4、為本發(fā)明沿圖3B-B剖視示意圖。圖5、為本發(fā)明沿圖2C-C剖視示意圖。圖6、為本發(fā)明的如圖1中銅帽與水進端超聲波振子裝配結(jié)構(gòu)剖視放大示意圖。圖7、為本發(fā)明另一個實施例的進、出端超聲波振子的固定裝置外視放大示意圖。圖8、為本發(fā)明沿圖7D-D剖視示意圖。
具體實施例方式實施例1附圖1、2、3、4、5、6給出了本發(fā)明的一個實施例。該平行對射式超聲波流量傳感器，由外管體1和水進、出端超聲波振子4、4'構(gòu)成，其特征在于在外管體1的水流進端內(nèi)沿 軸心通過固定裝置5固定上水進端超聲波振子4，在外管體1的水流出端內(nèi)沿軸心通過相應 的固定裝置固定上水出端超聲波振子4'，水進、出端超聲波振子4、4'在一條軸線上，且 超聲波傳播方向相對，固定裝置5的外壁與外管體1的內(nèi)壁之間為水流入水進、出端超聲波 振子4、4'之間的水流通道6，水通過水流通道6再進入水進、出端超聲波振子4、4'之間的 內(nèi)腔，并從另一端流出，從而使水進、出端超聲波振子4、4'的超聲波傳播方向與水的流向 相互平行，通過測量超聲波順流和逆流的傳播時間，按照兩者之間的關(guān)系即可計算出水流 動的流速，進而得出流量。在外管體1的水流進端的側(cè)壁上設有鉬電阻溫度傳感器安裝口 3，在鉬電阻溫度 傳感器安裝口 3內(nèi)固定安裝上鉬電阻溫度傳感器2，通過鉬電阻溫度傳感器2測量水的溫 度，可用于熱量表；。所述的水進、出端超聲波振子4、4'的固定裝置5，由管體5a、水徑向進孔7、水徑 向出孔7'、水間隔法蘭盤8和進、出端蓋15、15'構(gòu)成，管體5a的兩端口分別為水進、出端 超聲波振子4、4'的安裝口 5b、5c，在安裝口 5b、5c內(nèi)側(cè)的管體5a的側(cè)壁上分別設有對稱 的兩個水徑向進孔7和水徑向出孔7'，在管體5a的兩端設有鋼針固定孔5d，通過在鋼針 固定孔5d內(nèi)插入鋼針使安裝在安裝口 5b、5c內(nèi)的超聲波振子后端固定，在安裝口 5b、5c內(nèi) 側(cè)沿的內(nèi)壁上設有定位環(huán)5e，通過定位環(huán)5e限定超聲波振子的前端安裝位置并固定，在安 裝口 5b、5c的外口內(nèi)分別塞有進、出端蓋15、15'，通過進、出端蓋15、15'使管體5a的端 部平整、密封，在管體5a的中部固定上水間隔法蘭盤8，通過水間隔法蘭盤8使水流通道6 分割成前、后兩段，前段與水徑向進孔7連通，迫使流進前段水流通道6內(nèi)的水必須通過水 徑向進孔7進入管體5a內(nèi)，然后再沿管體5a內(nèi)流動，后段與水徑向出孔7 ‘連通，迫使在管 體5a內(nèi)流動的水必須從水徑向出孔7 ‘流出，并進入后段水流通道6內(nèi)，從而使水的流向在 管體5a內(nèi)保持與超聲波傳播方向平行，管體5a的外直徑比外管體1的內(nèi)直徑小4-10mm，在 本實施例中為4mm ；所述的管體5a的側(cè)壁上還設有對稱的兩條凸棱5f，在其中的一條凸棱 5f內(nèi)設有穿線通道5g，在水間隔法蘭盤8的壁內(nèi)設有穿線孔9，穿線孔9與穿線通道5g相 連通，水進、出端超聲波振子4、4‘的連接導線依次從穿線通道5g和穿線孔9引出，然后用 密封膠密封，起到防滲保護的作用。所述的外管體1，由水流進管體Ia和水流出管體Ib構(gòu)成，水流進管體Ia和水流出 管體Ib分別通過連接在端部的法蘭盤12、13連接固定，鉬電阻溫度傳感器安裝口 3設在水 流進管體Ia上，水流進管體Ia端部的法蘭盤12至鉬電阻溫度傳感器安裝口 3的距離大于 管體5a的水進端至水間隔法蘭盤8的長度，使鉬電阻溫度傳感器2處在管體5a的水進端 以外的水流進管體Ia內(nèi)，在水流進管體Ia和水流出管體Ib的安裝端部均設有外螺紋14 ； 在水流進管體Ia和水流出管體Ib端部的法蘭盤12、13之間設有水間隔法蘭盤8，并通過螺 栓連接固定為一體。所述的水進、出端超聲波振子4、4'分別安裝在相應的銅帽10內(nèi)，以對水進、出端 超聲波振子4、4'起到保護作用，在水進、出端超聲波振子4、4'與安裝的銅帽10之間填有石蠟層11，以填補之間的空隙，然后再把裝入水進、出端超聲波振子的銅帽10分別裝入管體5a的端部的安裝口 5b、5c內(nèi)，并通過端部口內(nèi)的定位環(huán)5e固定，銅帽10與管體5a的端 部口為過盈配合；所述的水流進管體Ia和水流出管體Ib及其端部的法蘭盤12、13和鉬電 阻溫度傳感器安裝口 3采用銅材制作為一整體；所述的管體5a和水間隔法蘭盤8采用塑料 制作為一整體。采用本實施例，進行與目前安裝使用的斜對射式熱量表各100塊對比測試，當實 際流量為1000方水時，本發(fā)明平均顯示995方，準確率為99. 5%，而斜對射式熱量表平均顯 示978方，準確率為97. 8%，顯然，采用本發(fā)明的準確率提高了 1. 7%。實施例2附圖7、8給出了本發(fā)明的另一種實施例，所述的水進、出端超聲波振子4、4'的固 定裝置5，由圓筒體16和支撐板17構(gòu)成，圓筒體16的內(nèi)直徑與水進、出端超聲波振子4、4‘ 的外直徑一致，支撐板17對稱的設4個，均固定在圓筒體16的外壁上，支撐板17的高度等 于圓筒體16的外壁至外管體1內(nèi)壁之間的距離，在本實施例中為10mm，使圓筒體16對流 水的阻力很小，支撐板17的長度為從圓筒體16的底壁至圓筒體16的腰部，使流水至超聲 波振子端部之間的流線為弧線，在圓筒體16的底壁上設有穿線孔18，水進、出端超聲波振 子4、4'安裝在圓筒體16內(nèi)，與水、進出端超聲被振子4、4'連接的導線從圓筒體16底壁 上的穿線孔18中引出，在此實施例中，外管體1為一整體，圓筒體16通過支撐板17直接卡 在外管體1的端部口內(nèi)。采用本實施例，進行與目前安裝使用的斜對射式熱量表對比測試，當實際流量為 1000方水時，本發(fā)明平均顯示998方，準確率為99. 8% ；而斜對射式熱量表平均顯示978方， 準確率為97. 8%，顯然，采用本發(fā)明的準確率提高了 2. 0%。
權(quán)利要求
一種平行對射式超聲波流量傳感器，由外管體(1)和水進、出端超聲波振子(4、4′)構(gòu)成，其特征在于在外管體(1)的水流進端內(nèi)沿軸心通過固定裝置(5)固定上水進端超聲波振子(4)，在外管體(1)的水流出端內(nèi)沿軸心通過相應的固定裝置固定上水出端超聲波振子(4′)，水進、出端超聲波振子(4、4′)在一條軸線上，且超聲波傳播方向相對，固定裝置(5)的外壁與外管體(1)的內(nèi)壁之間為水流入水進、出端超聲波振子(4、4′)之間的水流通道(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行對射式超聲波流量傳感器，其特征在于在外管體(1)的 水流進端的側(cè)壁上設有鉬電阻溫度傳感器安裝口(3)，在鉬電阻溫度傳感器安裝口(3)內(nèi) 固定安裝上鉬電阻溫度傳感器(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行對射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述的水進、出 端超聲波振子(4、4')的固定裝置(5)，由管體(5a)、水徑向進孔(7)、水徑向出孔(7')、 水間隔法蘭盤(8)和進、出端蓋(15、15')構(gòu)成，管體(5a)的兩端口分別為水進、出端超 聲波振子(4,4')的安裝口(5b、5c)，在安裝口 (5b,5c)內(nèi)側(cè)的管體(5a)的側(cè)壁上分別設 有水徑向進孔(7)和水徑向出孔(7')，在管體(5a)的兩端設有鋼針固定孔(5d)，在安裝 口(5b、5c)內(nèi)側(cè)沿的內(nèi)壁上設有定位環(huán)(5e)，在安裝口(5b、5c)的外口內(nèi)分別塞有進、出端 蓋(15、15')，在管體(5a)的中部固定上水間隔法蘭盤(8)，水間隔法蘭盤(8)將水流通道 (6)分割成前、后兩段，前段與水徑向進孔(7)連通，后段與水徑向出孔(7')連通；所述的 管體(5a)的側(cè)壁上還設有對稱的兩條凸棱(5f)，在其中的一條凸棱(5f)內(nèi)設有穿線通道 (5g)，在水間隔法蘭盤⑶的壁內(nèi)設有穿線孔(9)，穿線孔(9)與穿線通道(5g)相連通，所 述的水進、出端超聲波振子(4、4')的連接導線依次從穿線通道(5g)和穿線孔(9)引出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行對射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述的外管體 (1)，由水流進管體(Ia)和水流出管體(Ib)構(gòu)成，水流進管體(Ia)和水流出管體(Ib)分別 通過連接在端部的法蘭盤(12、13)連接固定，鉬電阻溫度傳感器安裝口(3)設在水流進管 體(Ia)上，水流進管體(Ia)端部的法蘭盤(12)至鉬電阻溫度傳感器安裝口(3)的距離大 于管體(5a)的水進端至水間隔法蘭盤(8)的長度；在水流進管體(Ia)和水流出管體(Ib) 端部的法蘭盤(12、13)之間設有水間隔法蘭盤(8)，并通過螺栓連接固定為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平行對射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述的水進、出 端超聲波振子(4、4')分別安裝在相應的銅帽(10)內(nèi)，在水進、出端超聲波振子(4、4') 與安裝的銅帽(10)之間填有石蠟層(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平行對射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述的水進、出 端超聲波振子(4、4')的固定裝置(5)的另一種實施例，由圓筒體(16)和支撐板(17)構(gòu) 成，圓筒體(16)的內(nèi)直徑與水進、出端超聲波振子4、4'的外直徑一致，支撐板(17)對稱的 設4個，均固定在圓筒體(16)的外壁上，支撐板(17)的高度等于圓筒體(16)的外壁至外管 體⑴內(nèi)壁之間的距離，支撐板(17)的長度為從圓筒體(16)的底壁至圓筒體(16)的腰部， 使流水至超聲波振子端部之間的流線為弧線，在圓筒體(16)的底壁上設有穿線孔(18)，水 進、出端超聲波振子(4、4')安裝在圓筒體(16)內(nèi)，與水、進出端超聲被振子(4、4')連 接的導線從圓筒體(16)底壁上的穿線孔(18)中引出，圓筒體(16)通過支撐板(17)直接 卡在外管體(1)的端部口內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種平行對射式超聲波流量傳感器，由外管體(1)和水進、出端超聲波振子(4、4′)構(gòu)成，其特征在于在外管體(1)的水流進、出端內(nèi)沿軸心分別通過固定裝置(5)固定上水進、出端超聲波振子(4、4′)，水進、出端超聲波振子(4、4′)在一條軸線上，且超聲波傳播方向相對，固定裝置(5)的外壁與外管體(1)的內(nèi)壁之間為水流入水進、出端超聲波振子(4、4′)之間的水流通道(6)。該平行對射式超聲波流量傳感器，由于超聲波的傳播方向與水的流動方向平行，所以充分保證了超聲波傳播的穩(wěn)定性和測量的準確性，超聲波傳播有效距離長，安裝方便，測量精度高，克服了目前超聲波流量傳感器的缺點。
文檔編號G01F1/66GK101806605SQ20101014782
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者李明, 李玉保, 王士瑩, 王燕 申請人:山東萬華電子信息科技有限公司