一种超声流量传感器及其组装方法与流程

本发明涉及一种超声流量传感器及其组装方法，特别是利用超声检测技术，计量管道内液体流量或液体热量的流量计，属于声学、传感技术领域。

背景技术：

目前，现有超声流量传感器，特别是小口径超声流量传感器通常都采用依靠反射体反射进行超声传播的方式进行测量，反射体有片状的、柱状的等各种形式，反射体一般依靠嵌件固定或直接依靠反射体本身与管段体配合固定，如本人申请的专利：《具有束流功能的超声流量、热量计转换器用测量管段》，中国专利号ZL201020275319.2，就是依靠反射体与管段体之间过盈配合固定的；还有反射体是依靠两个在纵向上剖开的两个半件抱紧固定，例如中国专利号200810176267.0；还有反射体是柱状的，依靠柱状反射体的圆柱与管段体上相匹配的圆孔固定，背景技术的超声流量传感器，还设有束流片，主要是起改善被测管道内介质流态作用，同时，束流片还作为反射体的固定板。上述超声流量传感器在使用中存在装配要求精度高、流量传感器组成部件多、结构复杂等缺点。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种超声流量传感器及其组装方法，反射体固定简洁，结构简单，组装方便快捷，牢固可靠，组成部件少，起改善被测管道内介质流态，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种超声流量传感器，包含管段体、中心套管、束流片和反射体，管段体内设有中心套管，反射体和束流片均直接固定在中心套管上。

所述管段体上设有传感器安装孔，超声传感器设置在管段体上的传感器安装孔内，超声传感器与反射体相匹配。

所述的管段体上至少设置一对传感器安装孔，并分别安装超声传感器，中心套管设置在两个超声传感器之间，中心套管上设有与传感器安装孔匹配的中心套管固定孔；反射体设置在与超声传感器位置相匹配的中心套管上。

所述中心套管，可以是完整的管状，两端部平齐，其长度大于一对传感器安装孔中心线的距离，传感器安装孔对应的中心套管壁上开有孔，反射体固定在传感器安装孔对应的中心套管管壁上。

所述中心套管，可以是不完整的管状，至少一个端部不平齐，该端部的管壁延伸至传感器安装孔对应的位置，反射体固定在中心套管延伸至传感器安装孔处的管壁上，中心套管连同其延伸管壁的长度，大于一对传感器安装孔中心线的距离。

所述中心套管的中间部分，部分内径缩小，缩小部分构成一个测量通道，超声传感器设置在缩小部分的两侧，便于提高测量精度。中心套管上设有O型密封圈安装槽，O型密封圈安装槽内设有O型密封圈，作为管段体与中心套管之间的密封。

所述束流片，主要是起改善被测管道内介质流态作用，可以是一片也可以是多片，可以是水平布置也可以是竖直布置。

所述束流片，分为前束流片和后束流片；所述反射体，分为前反射体和后反射体，管段体内水流方向前端的反射体，称为前反射体，管段体内水流方向后端的反射体，称为后反射体；前束流片，设置在前反射体前面，管段体内水流最先到达前束流片，然后到达前反射体；后束流片，设置在后反射体的后面，管段体内水流先到达后反射体，然后到达后束流片。

本发明中心套管定义及作用：所述中心套管，主要作用有两个：一是中心套管两端提供固定反射体的载体；二是将管段体局部过流面积缩小，提高经过其通道的被测介质的流速，提高仪表测量分辨率。其中间部分是用于测量被测介质流速的固定长度的缩小部分通道，一般位于两个超声传感器或两反射体之间，缩小部分长度不会超过两超声传感器或两反射体最近距离的外轮廓之间长度；其缩小部分的截面积可以等面积变化也可以是变面积变化。

所述中心套管为一体结构，中间的缩小部分与两端部一体成型。例如：一体注塑成型。

所述中心套管为分体结构，中心套管沿径向断开，分为两段或三段，中心套管中间的缩小部分是一个整体，不可分割，两段或三段之间通过插接、卡扣连接等方式连接在一起。中心套管分为三段：中间的缩小部分为一段，缩小部分前端的管壁为一段，缩小部分后端的管壁为一段。中心套管分为两段：缩小部分与其中一端的管壁为一段，另一端管壁为一段。

所述中心套管是通过设置在管段体上的超声传感器固定并定位的，也可以是通过设置在管段体上的其他功能部件和结构件固定并定位，如温度传感器、固定销钉、卡扣、螺纹等。

所述反射体可以是片状的也可以是其它形状的，如凸面半球状。

所述反射体两侧设有卡片，中心套管的管壁上设有与卡片匹配的卡片凹槽；反射体两侧的卡片分别卡在中心套管上的卡片凹槽内，完成反射体的固定，卡片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据超声传感器与反射体匹配的位置角度确定。

所述束流片，其既可以是单体零件与中心套管组装，也可以是与反射体成一整体零件，还可以是与中心套管成为一个整体注塑成形，束流片材质与中心套管材质相同；或采用预埋嵌件方式注塑成形，束流片材质与中心套管材质不同，中心套管为塑料材质，束流片可以是金属等非塑料材质。

所述束流片与中心套管组装，在中心套管的管壁上设有与束流片匹配的束流片凹槽，束流片两侧分别卡在中心套管上的束流片凹槽内，完成束流片的固定，束流片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据束流片的位置角度确定。

反射体与中心套管之间，还可以是通过其它方式固定，如通过粘接或焊接或注塑嵌件固定等方式将反射体固定在中心套管上。

一种超声流量传感器的组装方法，包含如下工艺步骤：

需要组装的部件包括：一个管段体、两个超声传感器、一个中心套管、一个O型密封圈、两个反射体、两个束流片；

完成中心套管和两个反射体及两个束流片之间的装配：反射体两侧设有卡片，中心套管的管壁上分别设有与卡片匹配的卡片凹槽和与束流片匹配的束流片凹槽；反射体两侧的卡片分别卡在中心套管上的卡片凹槽内，完成反射体的固定，卡片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据超声传感器与反射体匹配的位置角度确定；两个反射体分别固定在中心套管两端的管壁上；束流片两侧分别卡在中心套管上的束流片凹槽内，完成束流片的固定，束流片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据束流片的位置角度确定；

然后将O型密封圈装配于中心套管上，形成半成品组件；

然后将该半成品组件装入管段体内，管段体上设有一对传感器安装孔，传感器安装孔内装入超声传感器，即完成超声流量传感器的装配。

所述中心套管的中间部分，部分内径缩小，缩小部分构成一个测量通道，超声传感器设置在缩小部分的两侧，便于提高测量精度。

所述中心套管上与传感器安装孔对应的位置设置中心套管固定孔，超声传感器或其它功能部件通过该通孔对中心套管进行固定和定位。

两个反射体分别为前反射体和后反射体，两个束流片分别为前束流片和后束流片。

本发明简化了反射体固定结构、减少了整体零部件数量、降低了各部件之间的装配难度、并提高了整体组装效率，同时还具有改善被测管道内介质流态的功效，提升了仪表使用范围，从整体上使流量传感器结构更合理、更简单。

本发明的有益效果：由于反射体直接组装在一体结构的中心套管上，使得整个流量传感器结构和组装更为简单、可靠，在降低生产成本的同时还大大提高了生产效率。同时该传感器还具有改善被测管道内介质流态的作用，改善仪表测流条件，提升了仪表使用范围。本发明专利具有结构简单合理、安装方便、可靠性高、测量精度高、适应性强等特点，可广泛应用于超声水表、热表、流量计的流量传感器中。

附图说明

图1是本发明实施例一结构示意图；

图2是本发明实施例一轴侧剖视结构示意图；

图3是本发明实施例一管段体结构示意图；

图4是本发明实施例一中心套管结构示意图；

图5是本发明实施例一反射体立体结构示意图；

图6是本发明实施例一反射体侧视结构示意图；

图7是本发明实施例二反射体、束流片与中心套管组装后结构示意图；

图8是本发明实施例二反射体、束流片中心套管组分解结构示意图；

图9是本发明实施例二分体结构中心套管组装后结构示意图；

图10是本发明实施例四束流片结构示意图；

图11是本发明实施例三中束流片与中心套管一体形式立体结构示意图；

图12是本发明实施例四中束流片与中心套管一体形式立体剖视结构示意图；

图13是本发明实施例五中束流片与反射体一体形式立体剖视结构示意图；

图14是本发明实施例六结构示意图；

图15是本发明实施例七结构示意图；

图16是本发明实施例八结构示意图；

图中：管段体1、超声传感器2、前反射体3、中心套管4、管段壁5、传感器安装孔6、O型密封圈7、O型密封圈安装槽8、卡片凹槽9、缩小部分10、中心套管固定孔11、前束流片12、束流片凹槽13、后束流片14、后反射体15。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明

实施例一：参照附图1-6。

一种超声流量传感器，包含管段体1、中心套管4、反射体和束流片，管段体内设有中心套管4，反射体和束流片均直接固定在中心套管4上。

所述管段体上设有传感器安装孔6，超声传感器2设置在管段体1上的传感器安装孔6内，超声传感器2与反射体相匹配。

所述的管段体上至少设置一对传感器安装孔6，并分别安装超声传感器，中心套管4设置在两个超声传感器2之间，中心套管4上设有与传感器安装孔6匹配的中心套管固定孔11；反射体设置在与超声传感器2位置相匹配的中心套管4上。

所述中心套管4，可以是完整的管状，两端部平齐，其长度大于一对传感器安装孔6中心线的距离，传感器安装孔对应的中心套管壁上开有孔，反射体固定在传感器安装孔对应的中心套管4管壁上。

所述中心套管4，可以是不完整的管状，至少一个端部不平齐，该端部的管壁延伸至传感器安装孔6对应的位置，反射体固定在中心套管4延伸至传感器安装孔6处的管壁上，中心套管连同其延伸管壁的长度，大于一对传感器安装孔6中心线的距离。

所述中心套管的中间部分，部分内径缩小，缩小部分10构成一个测量通道，超声传感器2设置在缩小部分10的两侧，便于提高测量精度。中心套管上设有O型密封圈安装槽8，O型密封圈安装槽8内设有O型密封圈7，作为管段体与中心套管之间的密封。

本发明中心套管定义及作用：所述中心套管，主要作用有两个：一是中心套管两端提供固定反射体的载体；二是将管段体局部过流面积缩小，提高经过其通道的被测介质的流速，提高仪表测量分辨率。其中间部分是用于测量被测介质流速的固定长度的缩小部分通道，一般位于两个超声传感器或两反射体之间，缩小部分长度不会超过两超声传感器或两反射体最近距离的外轮廓之间长度；其缩小部分的截面积可以等面积变化也可以是变面积变化。

所述中心套管为一体结构，中间的缩小部分与两端部一体成型。例如：一体注塑成型。

本实施例束流片，是单体零件与中心套管组装。

所述反射体两侧设有卡片，中心套管4的管壁上设有与卡片匹配的卡片凹槽9；反射体两侧的卡片分别卡在中心套管上的卡片凹槽内，完成反射体的固定，卡片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据超声传感器与反射体匹配的位置角度确定。所述束流片与中心套管4组装，在中心套管的管壁上设有与束流片匹配的束流片凹槽13，束流片两侧分别卡在中心套管上的束流片凹槽13内，完成束流片的固定，束流片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据束流片的位置角度确定。

实施例二：参照附图7、8、9。

所述中心套管为分体结构，中心套管沿径向断开，分为两段或三段，中心套管中间的缩小部分是一个整体，不可分割，两段或三段之间通过插接、卡扣连接等方式连接在一起。中心套管分为三段：中间的缩小部分为一段，缩小部分前端的管壁为一段，缩小部分后端的管壁为一段。中心套管分为两段：缩小部分与其中一端的管壁为一段，另一端管壁为一段。

所述中心套管4是通过设置在管段体1上的超声传感器2固定并定位的，也可以是通过设置在管段体1上的其他功能部件和结构件固定并定位，如温度传感器、固定销钉、卡扣、螺纹等。

实施例三：参照附图11。

本实施例束流片，是与中心套管成为一个整体注塑成形，束流片材质与中心套管4材质相同。

实施例四：参照附图10、12。

本实施例束流片，采用预埋嵌件方式注塑成形，束流片材质与中心套管4材质不同，中心套管为塑料材质，束流片是金属材质。

实施例五：参照附图13.

本实施例束流片，是与反射体成一整体零件。

一种超声流量传感器的组装方法，包含如下工艺步骤：

需要组装的部件包括：一个管段体1、两个超声传感器、一个中心套管、一个O型密封圈7、两个反射体和两个束流片；

完成中心套管和两个反射体之间的装配：反射体两侧设有卡片，中心套管的管壁上设有与卡片匹配的卡片凹槽9，反射体两侧的卡片分别卡在中心套管上的卡片凹槽9内，完成反射体的固定，卡片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据超声传感器与反射体匹配的位置角度确定；两个反射体分别固定在中心套管两端的管壁上；

完成中心套管和两个束流片之间的装配：在中心套管4的管壁上设有与束流片匹配的束流片凹槽13，束流片两侧分别卡在中心套管上的束流片凹槽13内，完成束流片的固定，束流片凹槽在中心套管上的位置、角度，根据束流片的位置角度确定；

然后将O型密封圈7装配于中心套管4上，形成半成品组件；

将该半成品组件装入管段体1内，管段体上设有一对传感器安装孔，传感器安装孔内装入超声传感器2，即完成超声流量传感器的装配。

所述中心套管的中间部分，部分内径缩小，缩小部分10构成一个测量通道，超声传感器2设置在缩小部分10的两侧，便于提高测量精度。

所述中心套管上与传感器安装孔对应的位置设置中心套管固定孔11，超声传感器2或其它功能部件通过该通孔对中心套管进行固定和定位。

所述束流片，分为前束流片12和后束流片14；所述反射体，分为前反射体3和后反射体15，管段体内水流方向前端的反射体，称为前反射体，管段体内水流方向后端的反射体，称为后反射体；前束流片，设置在前反射体前面，管段体内水流最先到达前束流片，然后到达前反射体；后束流片，设置在后反射体的后面，管段体内水流先到达后反射体，然后到达后束流片。

本发明前束流片是必须具备的，后束流片可根据情况选择是否设置。

本发明还有三种组装形式：

实施例六，参照附图14。

后束流片14作为嵌件直接与中心套管4注塑一体成形，为一体结构；前束流片12单独与中心套管上的束流片凹槽匹配，组装在一起；然后中心套管整体再与管段体装配。该结构主要优点有：后束流片14与中心套管一体成形，减少了组装工序，提高了生产效率；后束流片与中心套管一体成形，产品尺寸精度及一致性好，有利于仪表测量。

实施例七，参照附图15。

所述中心套管为分体结构，中心套管沿径向断开，分为两段，带有后束流片14和后反射体15的一段与中间的缩小部分共同组成一段，带有前反射体3和前束流片12的为另一段；装配时，先将一段与管段体采用过盈配合装入，或在管段体上设置定位安装槽进行配合安装，然后装入另一段及其它部件。该结构主要优点有：后束流片与中心套管一体成形，减少了组装工序，提高了生产效率；后束流片与中心套管一体成形，产品尺寸精度及一致性好，有利于仪表测量。

实施例八，参照附图16。

所述中心套管为分体结构，中心套管沿径向断开，分为三段，带有后束流片14和后反射体15的为第一段，中间的缩小部为第二段，带有前反射体3和前束流片12的为第三段；装配时，可先将第二段的中间部分与管段体进行装配，然后将剩余二段与管段体采用过盈配合装入，或在管段体上设置定位安装槽进行配合安装，最后装入其它部件。该结构主要优点有：中心套管分为三部分，降低了零件制作难度，利于产品成本控制。