专利名称：平行对射式超声波流量传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波流量传感器的改进，具体地说是一种超声波传播方向与水的流向相互平行的平行对射式超声波流量传感器。主要适用于流量表和热量表。
背景技术：
在流量表和热量表中所使用的超声波流量计管道按超声波的传播路线可以分为 反射式和斜对射式两种。反射式的安装方法有V型、N型、W型，超声波换能器安装在管道 的同侧或两侧，超声波从一端换能器发出分别经过一次、两次、三次反射到达另一端换能器 接收。反射式管道虽然增大了超声波声路的长度，但存在以下问题一是超声波传播方向 与水的流向存有夹角，回波信号在反射过程中会有衰减且会叠加噪声；二是对换能器的装 配精度要求高，超声波传播不稳定，测量精度低。斜对射式的安装方法目前市面上所见的为 N型，换能器按一定角度倾斜安装于管道的两侧，超声波从一端换能器发出不经过反射直接 从另一端换能器接收。这种结构一定程度上避免了反射式管道的不足，但也存在超声波的 传播方向与管道内水的流向有夹角、传播有效距离短、管道耗铜多、测量精度低的缺点。目前尚未发现能克服上述两种结构的不足，使超声波传播方向与水流向相互平行 的对射式超声波流量计管道的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波传播方向与水流向相互平行、换能器容易装 配、有利于提高测量精度的平行对射式超声波流量传感器。为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是该平行对射式超声波流量传感器， 由外管体和水进、出端超声波振子构成，其特征在于在外管体的水流进端内沿轴心通过固 定装置固定上水进端超声波振子，在外管体的水流出端内沿轴心通过相应的固定装置固定 上水出端超声波振子，水进、出端超声波振子的轴心连线与外管体的轴心线重合，且超声波 传播方向相对，固定装置的外壁与外管体的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子之间 的水流通道，水通过水流通道再进入水进、出端超声波振子之间的内腔，并从另一端流出， 从而使水进、出端超声波振子的超声波传播方向与水的流向相互平行。本发明还通过如下措施实施在外管体的水流进端的侧壁上设有钼电阻温度传感 器安装口，在钼电阻温度传感器安装口内固定安装上钼电阻温度传感器，在作为热量表时， 可测量水的温度。所述的水进、出端超声波振子的固定装置，由管体、水径向进孔、水径向出孔、水 间隔法兰盘和进、出端盖构成，管体的两端口分别为水进、出端超声波振子的安装口，在安 装口内侧的管体的侧壁上分别设有水径向进孔和水径向出孔，在管体的两端设有钢针固定 孔，通过在钢针固定孔内插入钢针使安装在安装口内的超声波振子后端固定，在安装口内 侧沿的内壁上设有定位环，通过定位环限定超声波振子的前端安装位置并固定，在安装口 的外口内分别塞有进、出端盖，通过进、出端盖使管体的端部平整、密封，在管体的中部固定上水间隔法兰盘，通过水间隔法兰盘使水流通道分割成前、后两段，前段与水径向进孔连 通，迫使流进前段水流通道内的水必须通过水径向进孔进入管体内，然后再沿管体内流动， 后段与水径向出孔连通，迫使在管体内流动的水必须从水径向出孔流出并进入后段水流通 道内，从而使水的流向在管体内保持与超声波传播方向平行，管体的外直径比外管体的内 直径小4-10mm ；所述的管体的侧壁上还设有对称的两条凸棱，在其中的一条凸棱内设有穿 线通道，在水间隔法兰盘的壁内设有穿线孔，穿线孔与穿线通道相连通，水进、出端超声波 振子的连接导线依次从穿线通道和穿线孔引出，然后用密封胶密封。所述的外管体，由水流进管体和水流出管体构成，水流进管体和水流出管体分别 通过连接在端部的法兰盘连接固定，钼电阻温度传感器安装口设在水流进管体上，水流进 管体端部的法兰盘至钼电阻温度传感器安装口的距离大于管体的水进端至水间隔法兰盘 的长度，使钼电阻温度传感器处在管体的水进端以外的水流进管体内，在水流进管体和水 流出管体的安装端部均设有外螺纹；在水流进管体和水流出管体端部的法兰盘之间设有水 间隔法兰盘，并通过螺栓连接固定为一体。所述的水进、出端超声波振子分别安装在相应的铜帽内，在水进、出端超声波振子 与安装的铜帽之间填有石蜡层，铜帽与管体的端部口为过盈配合；所述的水流进管体和水 流出管体及其端部的法兰盘和钼电阻温度传感器安装口采用铜材制作为一整体；所述的管 体和水间隔法兰盘采用塑料制作为一整体。作为另一种实施例，所述的水进、出端超声波振子的固定装置，由圆筒体和支撑板 构成，圆筒体的内直径与水进、出端超声波振子的外直径一致，支撑板对称的设4个，均固 定在圆筒体的外壁上，支撑板的高度等于圆筒体的外壁至外管体内壁之间的距离，支撑板 的长度为从圆筒体的底壁至圆筒体的腰部，在圆筒体的底壁上设有穿线孔，在此实施例中， 外管体为一整体，圆筒体通过支撑板直接卡在外管体的端部口内，水进、出端超声波振子安 装在圆筒体内，与水进、出端超声波振子连接的导线从底壁上的穿线孔中引出。本发明的有益效果在于与目前使用的反射式和对射式超声波流量传感器相比， 由于超声波的传播方向与水的流动方向平行，即超声波传播方向与水的流向中心线重合或 平行，所以充分保证了超声波传播的稳定性和测量的准确性，超声波传播有效距离长，安装 方便，测量精度高，克服了目前超声波流量传感器的缺点。
图1、为本发明的一个实施例的结构俯视示意图。图2、为本发明沿图IA-A剖视示意图。图3、为本发明的如图1中进、出端超声波振子的固定装置剖视示意图。图4、为本发明沿图3B-B剖视示意图。图5、为本发明沿图2C-C剖视示意图。图6、为本发明的如图1中铜帽与水进端超声波振子装配结构剖视放大示意图。图7、为本发明另一个实施例的进、出端超声波振子的固定装置外视放大示意图。图8、为本发明沿图7D-D剖视示意图。
具体实施例方式实施例1附图1、2、3、4、5、6给出了本发明的一个实施例。该平行对射式超声波流量传感器，由外管体1和水进、出端超声波振子4、4'构成，其特征在于在外管体1的水流进端内沿 轴心通过固定装置5固定上水进端超声波振子4，在外管体1的水流出端内沿轴心通过相应 的固定装置固定上水出端超声波振子4'，水进、出端超声波振子4、4'在一条轴线上，且 超声波传播方向相对，固定装置5的外壁与外管体1的内壁之间为水流入水进、出端超声波 振子4、4'之间的水流通道6，水通过水流通道6再进入水进、出端超声波振子4、4'之间的 内腔，并从另一端流出，从而使水进、出端超声波振子4、4'的超声波传播方向与水的流向 相互平行，通过测量超声波顺流和逆流的传播时间，按照两者之间的关系即可计算出水流 动的流速，进而得出流量。在外管体1的水流进端的侧壁上设有钼电阻温度传感器安装口 3，在钼电阻温度 传感器安装口 3内固定安装上钼电阻温度传感器2，通过钼电阻温度传感器2测量水的温 度，可用于热量表；。所述的水进、出端超声波振子4、4'的固定装置5，由管体5a、水径向进孔7、水径 向出孔7'、水间隔法兰盘8和进、出端盖15、15'构成，管体5a的两端口分别为水进、出端 超声波振子4、4'的安装口 5b、5c，在安装口 5b、5c内侧的管体5a的侧壁上分别设有对称 的两个水径向进孔7和水径向出孔7'，在管体5a的两端设有钢针固定孔5d，通过在钢针 固定孔5d内插入钢针使安装在安装口 5b、5c内的超声波振子后端固定，在安装口 5b、5c内 侧沿的内壁上设有定位环5e，通过定位环5e限定超声波振子的前端安装位置并固定，在安 装口 5b、5c的外口内分别塞有进、出端盖15、15'，通过进、出端盖15、15'使管体5a的端 部平整、密封，在管体5a的中部固定上水间隔法兰盘8，通过水间隔法兰盘8使水流通道6 分割成前、后两段，前段与水径向进孔7连通，迫使流进前段水流通道6内的水必须通过水 径向进孔7进入管体5a内，然后再沿管体5a内流动，后段与水径向出孔7 ‘连通，迫使在管 体5a内流动的水必须从水径向出孔7 ‘流出，并进入后段水流通道6内，从而使水的流向在 管体5a内保持与超声波传播方向平行，管体5a的外直径比外管体1的内直径小4-10mm，在 本实施例中为4mm ；所述的管体5a的侧壁上还设有对称的两条凸棱5f，在其中的一条凸棱 5f内设有穿线通道5g，在水间隔法兰盘8的壁内设有穿线孔9，穿线孔9与穿线通道5g相 连通，水进、出端超声波振子4、4‘的连接导线依次从穿线通道5g和穿线孔9引出，然后用 密封胶密封，起到防渗保护的作用。所述的外管体1，由水流进管体Ia和水流出管体Ib构成，水流进管体Ia和水流出 管体Ib分别通过连接在端部的法兰盘12、13连接固定，钼电阻温度传感器安装口 3设在水 流进管体Ia上，水流进管体Ia端部的法兰盘12至钼电阻温度传感器安装口 3的距离大于 管体5a的水进端至水间隔法兰盘8的长度，使钼电阻温度传感器2处在管体5a的水进端 以外的水流进管体Ia内，在水流进管体Ia和水流出管体Ib的安装端部均设有外螺纹14 ； 在水流进管体Ia和水流出管体Ib端部的法兰盘12、13之间设有水间隔法兰盘8，并通过螺 栓连接固定为一体。所述的水进、出端超声波振子4、4'分别安装在相应的铜帽10内，以对水进、出端 超声波振子4、4'起到保护作用，在水进、出端超声波振子4、4'与安装的铜帽10之间填有石蜡层11，以填补之间的空隙，然后再把装入水进、出端超声波振子的铜帽10分别装入管体5a的端部的安装口 5b、5c内，并通过端部口内的定位环5e固定，铜帽10与管体5a的端 部口为过盈配合；所述的水流进管体Ia和水流出管体Ib及其端部的法兰盘12、13和钼电 阻温度传感器安装口 3采用铜材制作为一整体；所述的管体5a和水间隔法兰盘8采用塑料 制作为一整体。采用本实施例，进行与目前安装使用的斜对射式热量表各100块对比测试，当实 际流量为1000方水时，本发明平均显示995方，准确率为99. 5%，而斜对射式热量表平均显 示978方，准确率为97. 8%，显然，采用本发明的准确率提高了 1. 7%。实施例2附图7、8给出了本发明的另一种实施例，所述的水进、出端超声波振子4、4'的固 定装置5，由圆筒体16和支撑板17构成，圆筒体16的内直径与水进、出端超声波振子4、4‘ 的外直径一致，支撑板17对称的设4个，均固定在圆筒体16的外壁上，支撑板17的高度等 于圆筒体16的外壁至外管体1内壁之间的距离，在本实施例中为10mm，使圆筒体16对流 水的阻力很小，支撑板17的长度为从圆筒体16的底壁至圆筒体16的腰部，使流水至超声 波振子端部之间的流线为弧线，在圆筒体16的底壁上设有穿线孔18，水进、出端超声波振 子4、4'安装在圆筒体16内，与水、进出端超声被振子4、4'连接的导线从圆筒体16底壁 上的穿线孔18中引出，在此实施例中，外管体1为一整体，圆筒体16通过支撑板17直接卡 在外管体1的端部口内。采用本实施例，进行与目前安装使用的斜对射式热量表对比测试，当实际流量为 1000方水时，本发明平均显示998方，准确率为99. 8% ；而斜对射式热量表平均显示978方， 准确率为97. 8%，显然，采用本发明的准确率提高了 2. 0%。
权利要求
一种平行对射式超声波流量传感器，由外管体(1)和水进、出端超声波振子(4、4′)构成，其特征在于在外管体(1)的水流进端内沿轴心通过固定装置(5)固定上水进端超声波振子(4)，在外管体(1)的水流出端内沿轴心通过相应的固定装置固定上水出端超声波振子(4′)，水进、出端超声波振子(4、4′)在一条轴线上，且超声波传播方向相对，固定装置(5)的外壁与外管体(1)的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子(4、4′)之间的水流通道(6)。
2.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于在外管体(1)的 水流进端的侧壁上设有钼电阻温度传感器安装口(3)，在钼电阻温度传感器安装口(3)内 固定安装上钼电阻温度传感器(2)。
3.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出 端超声波振子(4、4')的固定装置(5)，由管体(5a)、水径向进孔(7)、水径向出孔(7')、 水间隔法兰盘(8)和进、出端盖(15、15')构成，管体(5a)的两端口分别为水进、出端超 声波振子(4,4')的安装口(5b、5c)，在安装口 (5b,5c)内侧的管体(5a)的侧壁上分别设 有水径向进孔(7)和水径向出孔(7')，在管体(5a)的两端设有钢针固定孔(5d)，在安装 口(5b、5c)内侧沿的内壁上设有定位环(5e)，在安装口(5b、5c)的外口内分别塞有进、出端 盖(15、15')，在管体(5a)的中部固定上水间隔法兰盘(8)，水间隔法兰盘(8)将水流通道 (6)分割成前、后两段，前段与水径向进孔(7)连通，后段与水径向出孔(7')连通；所述的 管体(5a)的侧壁上还设有对称的两条凸棱(5f)，在其中的一条凸棱(5f)内设有穿线通道 (5g)，在水间隔法兰盘⑶的壁内设有穿线孔(9)，穿线孔(9)与穿线通道(5g)相连通，所 述的水进、出端超声波振子(4、4')的连接导线依次从穿线通道(5g)和穿线孔(9)引出。
4.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的外管体 (1)，由水流进管体(Ia)和水流出管体(Ib)构成，水流进管体(Ia)和水流出管体(Ib)分别 通过连接在端部的法兰盘(12、13)连接固定，钼电阻温度传感器安装口(3)设在水流进管 体(Ia)上，水流进管体(Ia)端部的法兰盘(12)至钼电阻温度传感器安装口(3)的距离大 于管体(5a)的水进端至水间隔法兰盘(8)的长度；在水流进管体(Ia)和水流出管体(Ib) 端部的法兰盘(12、13)之间设有水间隔法兰盘(8)，并通过螺栓连接固定为一体。
5.根据权利要求1所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出 端超声波振子(4、4')分别安装在相应的铜帽(10)内，在水进、出端超声波振子(4、4') 与安装的铜帽(10)之间填有石蜡层(11)。
6.根据权利要求3所述的平行对射式超声波流量传感器，其特征在于所述的水进、出 端超声波振子(4、4')的固定装置(5)的另一种实施例，由圆筒体(16)和支撑板(17)构 成，圆筒体(16)的内直径与水进、出端超声波振子4、4'的外直径一致，支撑板(17)对称的 设4个，均固定在圆筒体(16)的外壁上，支撑板(17)的高度等于圆筒体(16)的外壁至外管 体⑴内壁之间的距离，支撑板(17)的长度为从圆筒体(16)的底壁至圆筒体(16)的腰部， 使流水至超声波振子端部之间的流线为弧线，在圆筒体(16)的底壁上设有穿线孔(18)，水 进、出端超声波振子(4、4')安装在圆筒体(16)内，与水、进出端超声被振子(4、4')连 接的导线从圆筒体(16)底壁上的穿线孔(18)中引出，圆筒体(16)通过支撑板(17)直接 卡在外管体(1)的端部口内。
全文摘要
本发明公开了一种平行对射式超声波流量传感器，由外管体(1)和水进、出端超声波振子(4、4′)构成，其特征在于在外管体(1)的水流进、出端内沿轴心分别通过固定装置(5)固定上水进、出端超声波振子(4、4′)，水进、出端超声波振子(4、4′)在一条轴线上，且超声波传播方向相对，固定装置(5)的外壁与外管体(1)的内壁之间为水流入水进、出端超声波振子(4、4′)之间的水流通道(6)。该平行对射式超声波流量传感器，由于超声波的传播方向与水的流动方向平行，所以充分保证了超声波传播的稳定性和测量的准确性，超声波传播有效距离长，安装方便，测量精度高，克服了目前超声波流量传感器的缺点。
文档编号G01F1/66GK101806605SQ20101014782
公开日2010年8月18日 申请日期2010年4月16日 优先权日2010年4月16日
发明者李明, 李玉保, 王士莹, 王燕 申请人:山东万华电子信息科技有限公司