一体式超声波传感器及其安装方法技术

本发明专利技术公开了一种一体式超声波传感器及其安装方法，该传感器包括：声楔块为等腰梯形；阻尼层为硅胶与钨粉的混合物且均匀涂抹于声楔块的两个斜面上；匹配层为环氧树脂且平整贴合于阻尼层上；第一压电元件平整贴合于一个匹配层上；第二压电元件平整贴合于另一个匹配层上；第一信号线与第一压电元件焊接连接；第二信号线与第二压电元件焊接连接；保护壳将声楔块、第一压电元件和第二压电元件封闭在内部，且声楔块的上下表面对应与保护壳的上下表面贴合。安装方法包括：第一传感器和第二传感器设于复合管道直管段外侧的同一平面上，第一传感器和第二传感器之间的距离大于复合管道的一倍管径，第一传感器和第二传感器上均设有自动开关。

【技术实现步骤摘要】
一体式超声波传感器及其安装方法
本专利技术涉及复合管道流量检测
，具体而言，涉及一种一体式超声波传感器及其安装方法。
技术介绍
用于传输浆液的复合管道具有橡胶内衬，且管道内流动的是含有固体颗粒的酸性液体，例如涡轮流量计进行流量测量时需要将其串入被测系统管路，破坏了系统的流阻特性，且安装维护非常不方便；容积式流量计由于存在机械转子、轴、轴承和齿轮等机械转动部件，计量表容易磨损，特别是对于含杂质较多的浆液，过滤网容易堵塞，造成计量表无法准确计量。同时由于管道外径比较大，电磁流量计也没法使用；传统的超声波流量计也没有应用于大管径衬胶管道的流量测量的，主要是因为频率、安装方式等原因导致无法接收的信号。因此市场上目前还没有一款适用于大管径衬胶管道的非接触式流量测量的仪表及专用的传感器。若要在不影响生产的情况下进行接触式测量不现实，因此采用非接触式超声波测量浆液流量特性就是最佳选择。非接触式超声波流量测量使用的传感器一般由一组组成，安装在管道两侧呈一定的角度，角度一般为180°，一组传感器为一发一收或互为收发，发射电路输出一定幅度、一定频率的信号，这种信号施加到发射传感器后产生超声波信号，接收传感能器则实现把接收到的超声波信号转变成电信号，转变成电信号后再经过放大、滤波等过程实现对超声波回波信号的提取，信号中包含流量信息，根据相关的算法即可得到管道中流体的流量。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种一体式超声波传感器及其安装方法，在不影响生产情况下通过对传感器的设计与安装方法利用超声波流量测量方式实现对复合管道的流量测量。本专利技术提供了一种一体式超声波传感器，该传感器包括：声楔块，其为等腰梯形；阻尼层，其为硅胶与钨粉的混合物且均匀涂抹于所述声楔块的两个斜面上；匹配层，其为环氧树脂且平整贴合于所述阻尼层上；第一压电元件，其平整贴合于所述声楔块一个斜面所对应的所述匹配层上；第二压电元件，其平整贴合于所述声楔块另一个斜面所对应的所述匹配层上；第一信号线，其与所述第一压电元件焊接连接；第二信号线，其与所述第二压电元件焊接连接；保护壳，其将所述声楔块、所述第一压电元件和所述第二压电元件封闭在其内部，且所述声楔块的上下表面对应与所述保护壳的上下表面贴合；过线孔，其设于所述声楔块的上部。作为本专利技术的进一步改进，还包括信号线保护套，其为中空柱体，所述信号线保护套贯穿所述保护壳的一个侧壁。作为本专利技术的进一步改进，还包括锁紧套，其与所述信号线保护套端部连接并延伸出所述保护壳的外部。作为本专利技术的进一步改进，还包括固定环，其套设于所述信号线保护套和所述锁紧套的连接处。作为本专利技术的进一步改进，所述第一信号线的自由端依次穿过所述过线孔、所述信号线保护套和所述锁紧套延伸到所述保护壳外部。作为本专利技术的进一步改进，所述第二信号线的自由端依次穿过所述信号线保护套和所述锁紧套延伸到所述保护壳外部。作为本专利技术的进一步改进，还包括匹配阻抗，其设于所述第一信号线和所述第二信号线上。作为本专利技术的进一步改进，还包括磁铁A和磁铁B，其二者分别设于所述保护壳下表面的两端。作为本专利技术的进一步改进，所述声楔块的材质为有机玻璃，所述保护壳的材质为铝合金，所述第一压电元件和所述第二压电元件为PZT-5.0压电陶瓷圆薄片。本专利技术还提供了一种一体式超声波传感器的安装方法，该安装方法包括：第一传感器和第二传感器设于复合管道直管段外侧的同一平面上，所述第一传感器和所述第二传感器之间的距离大于所述复合管道的一倍管径，所述第一传感器和所述第二传感器上均设有自动开关。本专利技术的有益效果为：通过选择合适的超声波传感器的敏感元件，以及超声波传感器的一体化设计，有利于在流速较慢时或非满管情况下提高测量精度；同时由于本专利技术所述超声波传感器为收发一体，因此可以根据实际情况单独使用，也可以组合使用，有较好的通用性，适用范围广泛，且安装和使用都很方便。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种一体式超声波传感器结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种一体式超声波传感器安装示意图；图3为本专利技术实施例所述的一种一体式超声波传感器的温度特性曲线；图4为本专利技术实施例所述的一种一体式超声波传感器的阻抗特性曲线；图5为本专利技术实施例所述的一种一体式超声波传感器的工作示意图。图中，1、磁铁A；2、第一压电元件；3、保护壳；4、第一信号线；5、过线孔；6、声楔块；7、匹配阻抗；8、第二压电元件；9、信号线保护套；10、固定环；11、锁紧套；12、第二信号线；13、磁铁B；14、复合管道；15、第一传感器；16、第二传感器；17、流体中颗粒物。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例1如图1所示，本专利技术实施例1所述的是一种一体式超声波传感器，该超声波传感器包括：声楔块6，其为等腰梯形。本实施例中选用的为底角为33.5°的等腰梯形，在实际应用中也可根据具体情况设计其底角大小。声楔块6的倾斜角度设计是为了避免超声波在管道和流体中传播时产生较强的交互回响，并提高信号强度。声楔块6的两个斜面被加工为光滑平整斜面，可以更有利于阻尼层的贴合。阻尼层，其为硅胶与钨粉的混合物且均匀涂抹于声楔块6的两个斜面上。阻尼层为硅胶中参入适量的钨粉，均匀混合后涂抹在声楔块6的两个斜面上，阻尼层涂抹厚度为1mm，经48小时干化。硅胶为高阻抗、高衰减的吸声材料，可以吸收第一压电元件2和第二压电元件8背面辐射的超声波并将其转换为热能，减小背面辐射产生的干扰。匹配层，其为环氧树脂且平整贴合于阻尼层上。本实施例所用环氧树脂比例为4：1，环氧树脂作为匹配层可以提高传感器的灵敏度，并且使频带展宽，使声波从第一压电元件2和第二压电元件8入射到声楔块6时的投射系数得到提高。第一压电元件2，其平整贴合于声楔块6一个斜面所对应的匹配层上；第二压电元件8，其平整贴合于声楔块6另一个斜面所对应的匹配层上；本实施例中第一压电元件2和第二压电元件8的正负极设于同一侧，也就是说其正负极设置在第一压电元件2和第二压电元件8与匹配层贴合面的相对面上。第一信号线4，其与第一压电元件2焊接连接；第二信号线12，其与第二压电元件8焊接连接；本实施例中所用的第一信号线4和第二信号线12选用双重屏蔽电缆，双重屏蔽电缆能够确保信号质量，尽可能降低了噪声对信号的干扰。保护壳3，其将声楔块6、第一压电元件2和第二压电元件8封闭在其内部，且声楔块6的上下表面对应与保护壳3的上下表面贴合。保护壳3应确保贴有第一压电元件2和第二压电元件8的声楔块6完整放入其内部，从而可以避免外界干扰减少测量误差，使测量结果更加精确。且将声楔块6的两个平行平面分别与保护壳3的上下两个平行平面贴合放置，是为了使保护壳3对声楔块6的封装效果更好，避免出现较大空间造成声楔块6安装不牢固影响测量结果。过线孔5，其设于声楔块6的上部。过线孔5是为了将第一信号线4穿过声楔块6而引出，同时也对第一信号线4起到一定的保障作用，避免使用过程中第一信号线4与声楔块6之间产生摩擦，另外也使传感器内壁排线比较整洁不凌乱。进一步的，还包括信号线保护套9，其为中空柱体，信号线保护套9贯穿保护壳3的一个侧壁。进一步的，还包括锁紧套11，其与信号线保护套9端部连接并延伸出保护壳3的外部。进一步的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体式超声波传感器，其特征在于，包括：声楔块(6)，其为等腰梯形；阻尼层，其为硅胶与钨粉的混合物且均匀涂抹于所述声楔块(6)的两个斜面上；匹配层，其为环氧树脂且平整贴合于所述阻尼层上；第一压电元件(2)，其平整贴合于所述声楔块(6)一个斜面所对应的所述匹配层上；第二压电元件(8)，其平整贴合于所述声楔块(6)另一个斜面所对应的所述匹配层上；第一信号线(4)，其与所述第一压电元件(2)焊接连接；第二信号线(12)，其与所述第二压电元件(8)焊接连接；保护壳(3)，其将所述声楔块(6)、所述第一压电元件(2)和所述第二压电元件(8)封闭在其内部，且所述声楔块(6)的上下表面对应与所述保护壳(3)的上下表面贴合；过线孔(5)，其设于所述声楔块(6)的上部。

【技术特征摘要】
1.一种一体式超声波传感器，其特征在于，包括：声楔块(6)，其为等腰梯形；阻尼层，其为硅胶与钨粉的混合物且均匀涂抹于所述声楔块(6)的两个斜面上；匹配层，其为环氧树脂且平整贴合于所述阻尼层上；第一压电元件(2)，其平整贴合于所述声楔块(6)一个斜面所对应的所述匹配层上；第二压电元件(8)，其平整贴合于所述声楔块(6)另一个斜面所对应的所述匹配层上；第一信号线(4)，其与所述第一压电元件(2)焊接连接；第二信号线(12)，其与所述第二压电元件(8)焊接连接；保护壳(3)，其将所述声楔块(6)、所述第一压电元件(2)和所述第二压电元件(8)封闭在其内部，且所述声楔块(6)的上下表面对应与所述保护壳(3)的上下表面贴合；过线孔(5)，其设于所述声楔块(6)的上部。2.根据权利要求1所述的一体式超声波传感器，其特征在于，还包括信号线保护套(9)，其为中空柱体，所述信号线保护套(9)贯穿所述保护壳(3)的一个侧壁。3.根据权利要求2所述的一体式超声波传感器，其特征在于，还包括锁紧套(11)，其与所述信号线保护套(9)端部连接并延伸出所述保护壳(3)的外部。4.根据权利要求3所述的一体式超声波传感器，其特征在于，还包括固定环(10)，其套设于所述信号线保护套(9)和所述锁紧套(11)的连接处。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：赵怡凡，谷小兵，宁翔，孟磊，马务，
申请(专利权)人：大唐环境产业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11