一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器的制作方法

本发明涉及超声波流量计传感器，尤其是涉及一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器。

背景技术：

1、超声波流量传感器是一种非接触式流量测量仪表，它是利用超声波在流体中的传播特性来测量流体流量的。当超声波束在液体中传播时，液体的流动将使传播时间产生微小变化，其传播时间的变化正比于液体的流速，通过测量顺流和逆流方向的声波传输时间，就可以得出液体的流速和流量。在实际测量中，超声波流量计采用高精度和超稳定的双平衡信号差分发射、差分接收数字检测技术来测量顺流和逆流方向的声波传输时间，零流量时，两个传感器发射和接收声波所需的时间完全相同，这是唯一可实际测量零流量的技术。

2、超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。根据检测的方式，可分为传播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪声法及相关法等不同类型的超声波流量计。

3、现有技术中，超声波流量计传感器在测量高温液体时，当前的超声波流量计传感器仅支持小于或等于150摄氏度以内的应用场景使用，而对于大于150摄氏度以上的工况场景时，只能通过高价去进口国外的超声波流量计，不仅增加了测量成本，而且还需要经过长时间的运输等待。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器，以解决目前我国在超声波流量计传感器测量高温液体领域的局限性，对于大于150摄氏度以上的工况场景只能高价进口国外的超声波流量计的问题。

2、本发明提供一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器，包括声楔，所述声楔顶板固定有传感器上盖，所述声楔侧面开设有线缆接口，所述线缆接口内部设有电缆，所述声楔内部设有晶片模组，所述晶片模组包括压电晶片，所述声楔内部设有贴合斜面，所述贴合斜面与压电晶片相贴合，所述压电晶片通过特殊耦合介子与贴合斜面紧密耦合，所述压电晶片表面设有晶片定位块，所述晶片定位块两侧设为限位夹板，所述晶片定位块顶部设为凸台，所述凸台表面嵌套有弹簧，所述弹簧另一端弹性连接有弹簧顶板，所述弹簧顶板呈圆柱形，所述声楔内部设有环状凸台，且环状凸台表面与弹簧顶板表面均开设有多个安装孔，且安装孔呈圆周阵列分布。

3、进一步的，所述声楔端面呈凸字型，所述传感器上盖两侧设为凸起，所述传感器上盖嵌套在声楔顶部。声楔与传感器上盖固定后，在受到外力荷载作用时，传感器上盖易发生松动，针对此类问题，本发明将传感器上盖两侧设为凸起，并且将声楔设为凸字型，再将传感器上盖嵌套在声楔顶部，防止上盖前后滑动，提高了上盖的稳定性。

4、进一步的，所述传感器上盖底部开设有方形槽，且传感器上盖两端厚度大于传感器上盖中部厚度。由于传感器中各部件都通过耐高温材料专门定制而来，导致传感器的成本较高，对此本发明在传感器上盖底部开设有方形槽，在不影响传感器的整体强度与工作的情况下，节省材料，降低成本，且传感器上盖两端厚度大于传感器上盖中部厚度，便于与管道安装。

5、进一步的，所述线缆接口侧面连通有电缆锁头。现有的线缆接口与电缆连接处易发生扰动，致使电缆发生弯折，与线缆接口端面发生摩擦，长时间摩擦下会导致电缆表面的绝缘层磨损严重，降低了电缆的使用寿命，甚至会使电缆松动，接触不良，针对此类问题，本发明在线缆接口侧面连通有电缆锁头，防止电缆与线缆接口端面处发生折弯，避免接触不良，并且有效地减少了电缆与线缆接口端面的摩擦。

6、进一步的，所述限位夹板底端侧面设为弧面。将压电晶片放入晶片定位块中进行卡合时，为了更好的卡合压电晶片，限位夹板间的距离与压电晶片的宽度几乎一致，导致压电晶片不易放入晶片定位块中，针对此类问题，本发明将限位夹板底端侧面设为弧面，便于将压电晶片放入晶片定位块中，提高了晶片模组的组合效率。

7、进一步的，所述晶片定位块中部开设有预留槽，所述预留槽中部开设有通孔。现有的传感器在工作时，压电晶片在耐高温弹簧施加的下压力与晶片定位块底部贴合，弹簧的下压力加上热胀冷缩的作用，晶片与定位块底部会发生相对挤压，对此本发明在晶片定位块中部开设有预留槽，为压电晶片顶部与晶片定位块底部之间预留一定的空间，防止晶片与定位块底部因压力和热胀冷缩而发生挤压，通孔则便于接线。

8、进一步的，所述声楔、压电晶片和弹簧均采用耐高温材料，所述电缆采用耐高温双绞屏蔽电缆。通过耐高温材料定制声楔、压电晶片和弹簧，提高了传感器的耐温性能。

9、进一步的，所述特殊耦合介子为耐高温硅脂，通过上方定制的耐高温弹簧施加的向下的压力与贴合斜面紧密耦合。

10、与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

11、现有技术中，超声波流量计传感器在测量高温液体时，当前的超声波流量计传感器仅支持小于或等于150摄氏度以内的应用场景使用，而对于大于150摄氏度以上的工况场景时，只能通过高价去进口国外的超声波流量计，不仅增加了测量成本，而且还需要经过长时间的运输等待，针对此类问题，本发明采用长时间的理论数据计算、工艺控制、实景测试论证优化，使得超声波流量计传感器可以满足260摄氏度及以内的测量工况的应用，通过定制的耐高温声楔、耐高温压电晶片和耐高温弹簧，提高了声楔、压电晶片和弹簧的耐温性，并且采用耐高温双绞屏蔽电缆提高了电缆的耐温性，大大缩短了国内的超声波流量计传感器与国际上超高温超声波流量计传感器的耐温差距，并且压电晶片通过特殊耦合介子与贴合斜面紧密耦合，不同于传统的胶水粘接工艺，特殊耦合介子为耐高温硅脂，通过上方定制的耐高温弹簧施加的向下的压力与贴合斜面紧密耦合，本发明通过非固定的耦合方式以解决高温后的压电晶片和声楔这两种不同材质因膨胀系数不同而导致温度上升到一定数值脱胶开裂的问题，进一步提高了超声波流量计传感器的耐温性，同时由弹簧顶板上均匀分布的8颗内六角螺钉固定在耐高温声楔内部的环形凸台上，使顶板受到的弹簧的上压力均匀，此时的定制高温弹簧并非在处于极限压合状态，而是保留了一定的回弹空间，由此来保证压电晶片在高温环境下依然可以通过特殊耦合介子紧密贴合在耐高温声楔的贴合斜面上，使压电晶片在接收到电信号时能有效地保证其波束正常而传导出去，防止压电晶片出现脱落导致声波被散射掉的现象。

技术特征：

1.一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器，包括声楔(1)，所述声楔(1)顶板固定有传感器上盖(2)，所述声楔(1)侧面开设有线缆接口(3)，所述线缆接口(3)内部设有电缆(5)，所述声楔(1)内部设有晶片模组，其特征在于：所述晶片模组包括压电晶片(6)，所述声楔(1)内部设有贴合斜面，所述贴合斜面与压电晶片(6)相贴合，所述压电晶片(6)通过具有耦合作用的特殊耦合介子与贴合斜面紧密耦合，所述压电晶片(6)表面设有晶片定位块(7)，所述晶片定位块(7)两侧设为限位夹板(702)，所述晶片定位块(7)顶部设为凸台(701)，所述凸台(701)表面嵌套有弹簧(8)，所述弹簧(8)另一端弹性连接有弹簧顶板(9)，所述弹簧顶板(9)呈圆柱形，所述声楔(1)内部设有环状凸台，且环状凸台表面与弹簧顶板(9)表面均开设有多个安装孔，且安装孔呈圆周阵列分布。

2.根据权利要求1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述声楔(1)端面呈凸字型，所述传感器上盖(2)两侧设为凸起(202)，所述传感器上盖(2)嵌套在声楔(1)顶部。

3.根据权利要求1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述传感器上盖(2)底部开设有方形槽(203)，且传感器上盖(2)两端厚度大于传感器上盖(2)中部厚度。

4.根据权利要求1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述线缆接口(3)侧面连通有电缆锁头(4)。

5.根据权利要求1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述限位夹板(702)底端侧面设为弧面。

6.根据权利要求1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述晶片定位块(7)中部开设有预留槽(703)，所述预留槽(703)中部开设有通孔(704)。

7.根据权利要1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述声楔(1)、压电晶片(6)和弹簧(8)均采用耐高温材料，所述电缆(5)采用耐高温双绞屏蔽电缆。

8.根据权利要1所述的一种高温液体测量用超声波流量计传感器，其特征在于：所述特殊耦合介子为耐高温硅脂。

技术总结
本发明公开了一种高温液体测量用超高温超声波流量计传感器，属于超声波流量计传感器技术领域，包括声楔，传感器上盖，线缆接口，和晶片模组，晶片模组包括压电晶片，晶片定位块，弹簧和弹簧顶板，压电晶片通过特殊耦合介子与贴合斜面紧密耦合，通过非固定的耦合方式以解决高温后的压电晶片和声楔这两种不同材质因膨胀系数不同而导致温度上升到一定数值脱胶开裂的问题，同时由弹簧顶板上均匀分布的8颗内六角螺钉固定在耐高温声楔内部的环形凸台上，此时的定制高温弹簧并非在处于极限压合状态，而是保留了一定的回弹空间，由此来保证压电晶片在高温环境下依然可以通过特殊耦合介子紧密贴合在耐高温声楔的贴合斜面上，保证其波束正常而传导出去。

技术研发人员：宋瑞锋
受保护的技术使用者：深圳市广域创新科技发展有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15