气体管路中超声波声速测量装置及超声波双向辐射换能器的制作方法

本实用新型涉及一种气体管路中超声波声速测量装置，属于计量仪表技术领域。本实用新型还涉及一种用于上述的声速测量装置中的超声波双向辐射换能器。

背景技术：

在超声波传播速度的经典测量方法中，相对精确的测量方法是时差法。其时差法的基本理论方法是：在一定距离L下测量超声波发射与接收的时间差△t，由v＝L/△t计算传播速度。由于压电片的压电效应和逆压电效应需要转换时间，并存在离散性，若按上述方法测量会存在较大误差，传统的时差测量方法是：固定超声波发射换能器，通过滑轨移动接收换能器相对于发射换能器的轴向距离L，分别进行不同Li下的Δti测量，从而获得vi＝|Li-Li+1|/|Δti-Δti+1|，然后取vi的平均值作为最终测量结果。

但是，由于在封闭的气体管路中放置滑轨测试装置是不现实的，因此导致上述的测量方法无法应用在实际气体管路中。而为了对实际应用的相应气体进行静气声速测量，以对气体流量校准，则需要一种可直接与实际气体管路连接对相应气体进行静气声速测量的声速测量装置。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提供了一种结构简单、测量精度高的气体管路中超声波声速测量装置。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：一种气体管路中超声波声速测量装置，其特征是：包括声速测量管段，设置在所述声速测量管段内的超声波双向辐射换能器、第一超声波接收换能器、第二超声波接收换能器，所述声速测量管段为直管段，所述第一超声波接收换能器和第二超声波接收换能器分别对应所述超声波双向辐射换能器设置在其两侧并距所述超声波双向辐射换能器一定距离设置，所述超声波双向辐射换能器的陶瓷压电片的两侧分别粘贴有匹配层，所述第一超声波接收换能器和第二超声波接收换能器的性能一致。

本实用新型中，超声波双向辐射换能器的陶瓷压电片的两侧分别粘贴匹配层构成超声波双向辐射器，其与在两侧设置的两个超声波接收换能器构成双向声速测量装置。当超声波双向辐射换能器在t0时刻发射信号后，第一超声波接收换能器和第二超声波接收换能器将分别在t1和t2时刻收到超声波双向辐射换能器发射并通过气体传来的信号，根据采集的信号通过计算可确定出声速数值。

进一步的，为防止外部声音对测量产生影响，保证测量结果准确，所述超声波双向辐射换能器内在所述匹配层的径向空间填充吸声材料。

进一步的，为保证测量管段的密封性，所述超声波双向辐射换能器的信号线出口端面填充有密封胶。

进一步的，所述声速测量管段内设置有温度传感器。通过温度传感器可对采集在测量声速时当前的温度值，根据需要可根据采集的温度数据绘制温度与传播速度的关系曲线。

进一步的，在所述声速测量管段的两端分别设置有气体阀门。通过在声速测量管段的两端设置气体阀门，可在进行声速测量时将气体阀门关闭，气体被封闭在测量管段中，形成相应压力和相应温度的静止被测气体，有利于提高测量精度。

本实用新型还提供了一种应用于上述的声速测量装置中的超声波双向辐射换能器，其采用的技术方案是：一种超声波双向辐射换能器，包括壳体、设置在壳体内的陶瓷压电片，其特征是：所述陶瓷压电片的两侧分别粘贴有匹配层。通过在陶瓷压电片的两侧分别粘贴匹配层可构成超声波双向辐射器。

进一步的，为防止外部声音对测量产生影响，保证测量结果准确，所述壳体内在所述匹配层径向空间填充吸声材料。

进一步的，为保证测量管段的密封性，所述壳体内在信号线出口端面填充有密封胶。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，可安装在实际气体管路中，对相应气体进行静气声速测量，用于气体流量校准等，具有较高的测量精度。其通过采用超声波双向辐射换能器，避免了用两个单向换能器性能的离散性所造成的测量误差，提高了测量精度，同时降低了结构的复杂性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的剖视示意图；

图3是本实用新型的立体结构示意图；

图4是本实用新型中的超声波双向辐射换能器的结构示意图；

图中，1、超声波双向辐射换能器，101、匹配层，102、吸声材料，103、密封胶，104、壳体，105、陶瓷压电片，2、超声波双向辐射换能器的信号线，3、第一超声波接收换能器，4、第二超声波接收换能器，5、第一超声波接收换能器的信号线，6、第二超声波接收换能器的信号线，7、温度传感器，8、声速测量管段，9、第一气体阀门，10、第二气体阀门，11、第一气体阀门控制信号线，12、第二气体阀门控制信号线，13、温度传感器线，14、燃气管道。

具体实施方式

下面通过非限定性的实施例并结合附图对本实用新型作进一步的说明：

如附图所示，一种气体管路中超声波声速测量装置，其包括声速测量管段8，设置在所述声速测量管段8内的超声波双向辐射换能器1、第一超声波接收换能器3、第二超声波接收换能器4。所述声速测量管段8为直管段，其两端分别设置有第一气体阀门9和第二气体阀门10，第一气体阀门9和第二气体阀门10均为电控阀门。所述超声波双向辐射换能器1固定设置所述声速测量管段8内。所述超声波双向辐射换能器1包括壳体104、设置在壳体104内的陶瓷压电片105，所述陶瓷压电片105的两侧分别粘贴有匹配层101，壳体104上与两个匹配层101对应的位置设置有通孔，壳体104内在匹配层101径向空间填充吸声材料102，超声波双向辐射换能器1的陶瓷压电片105的两个电极分别引出信号线2至所述声速测量管段8外部，壳体104内在信号线出口端面填充有密封胶103进行密封。所述第一超声波接收换能器3和第二超声波接收换能器4分别对应所述超声波双向辐射换能器1固定设置在其两侧，并分别距所述超声波双向辐射换能器1一定距离设置，例如分别距相应的参考零点距离为L1和L2设置。超声波双向辐射换能器的压电陶瓷片的中心或压电陶瓷片的两端面或超声波双向辐射换能器的两端面可分别作为两侧轴向的参考零点。所述第一超声波接收换能器3和第二超声波接收换能器4分别引出信号线5和信号线6至所述声速测量管段8外部。所述第一超声波接收换能器3和第二超声波接收换能器4的性能一致，且均为现有技术。本实施例中，在所述声速测量管段8内还设置有温度传感器7。

本实用新型使用时，其两端与燃气管道14连接。通过关闭第一气体阀门9和第二气体阀门10，气体被封闭在声速测量管段8中，形成相应压力和相应温度的静止被测气体。

本实用新型的工作原理是：当超声波双向辐射换能器1在t0时刻发射信号后，第一超声波接收换能器3和第二超声波接收换能器4将分别在t1和t2时刻收到超声波双向辐射换能器1发射并通过气体传来的信号，根据采集的信号通过计算可确定出声速数值。为进一步提高测量精度，使用前应进行校准，使用过程中也可进行多次测量。

本实用新型在测量声速时，通过温度传感器7可同时记录当前的温度值，根据需要亦可采集并绘制温度与传播速度的关系曲线。

本实用新型适用于非流动气体中的超声波声速测量，具有较高的测量精度。

本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。