一种大口径塑壳超声波水表及其测试方法技术

本发明专利技术涉及一种大口径塑壳超声波水表及其测试方法，该水表包括两端设有法兰的水管，所述水管圆周面的相对位置开设有通过水管管壁与水管内腔隔绝的第一盲槽，第一盲槽内安装有朝向盲孔孔底的超声波换能器，所述超声波换能器还连接有显示控制器。本发明专利技术利用超声波在不同介质中传播速度，推算出在两种介质传播时折射角度，综合考虑到超声波信号源强度、超声波在介质中信号衰减强度、温度对超声波传播速度等影响因素做出参数修正调整，使接收信号强度达到可适用范围，从而避免超声波长时间使用后衰减造成的影响；本发明专利技术采用管壁内置超声波换能器方式，可有效避免超声波换能器在水中长时间后沉积结垢、灵敏度变差、稳定性差、易损坏等问题。

A large diameter plastic shell ultrasonic water meter and its test method

【技术实现步骤摘要】
一种大口径塑壳超声波水表及其测试方法
本专利技术涉及水表领域，尤其涉及到超声波水表
，具体是指一种大口径塑壳超声波水表及其测试方法。
技术介绍
常见的超声波大口径水表作为水流量计量仪表已被广泛使用，大口径水表的重要部份是测量管段即表体部件，通常采用金属材料经机加工，后内装对射式超声波换能器及密封件紧固件组成，这种结构超声波换能器是祼露在水表金属管段内腔长期接触水，极易结垢，导致测量精度下降。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种大口径塑壳超声波水表及其测试方法，能够将水与超声波换能器隔绝开来，保证测量精度。本专利技术是通过如下技术方案实现的，一种大口径塑壳超声波水表，包括两端设有法兰的水管，包括第一盲槽组，所述第一盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管内腔隔绝的两个相对设置的盲槽，两盲槽所在的直线为倾斜的直线，盲槽内安装有朝向盲孔孔底的超声波换能器，所述超声波换能器还连接有显示控制器，所述盲槽包括倾斜开设在水管外圆周面上的盲孔，位于盲孔周向且沿盲孔轴线向远离水管方向延伸的护板。本专利技术通过将水管管壁将水流与超声波换能器隔绝开来，从而使超声波换能器不易结垢，保证测量精度。作为优选，还包括第二盲槽组，所述第二盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管内腔隔绝的两个相对设置的盲槽，两盲槽所在的直线与第一盲槽组内两盲槽所在直线的倾斜方向相反，盲槽内安装有朝向盲孔孔底且连接有所述显示控制器的超声波换能器。本优选方案通过第二盲槽的设置，使本专利技术可以用于双通道管道水流的测量。作为优选，第二盲槽组内两盲槽所在的直线与第一盲槽组内两盲槽所在直线与位于水管内的轴线中点相交。作为优选，所述盲槽内螺纹连接有顶至超声波换能器远离盲孔孔底一面的压帽。本优选方案通过压帽的设置使超声波换能器限制在盲槽内，保证超声波换能器不会发生晃动，影响测量精度；通过螺纹连接的设置，便于压帽的拆装。作为优选，所述超声波换能器与盲孔孔底之间还设有耦合剂。本优选方案通过耦合剂的使用保证声波稳定透射对射减少损耗。作为优选，所述水管材料为PVCU材质塑料。本优选方案通过PVCU材质塑料的选择，是因为PVCU材质塑料材质均匀，透波性能好不会产生超声波衰减散射，硬度高刚性好，不易变形导致信号变化；由于PVCU声速与水声速数值相近，所以折射角小，折射角如果过大则斜放置换能器角度只能变小，放置角大发生全发射，超声波不能相对收发了，放置角小则水表测量声程过短影响测量精度；PVCU本身就是制造水管的优良管材，具有成本低、成型工艺优良等优点。作为优选，同一个盲槽组内的两盲槽所在直线的倾斜角度为45°。本优选方案通过45°角度的设置，避免角度太小，沿轴向放置对射的换能器轴向投影距离短即声程短测量精度不够，角度太大折射角变化大，超声波不射入水中的情况发生。一种大口径塑壳超声波水表的测试方法，包括以下步骤：a、首先测试超声波在PVCU介质中的信号衰减强度，加工不同厚度的PVCU材质塑料板，并将两个超声波换能器涂有耦合剂一端分别顶至PVCU工程塑料两侧相对的位置，信号发生器调整为输出信号为峰峰值3V～5V的正弦波，频率0.9～1.2MHZ，接入超声波换能器中的发射换能器，用示波器观察超声波换能器中的接收换能器信号强度，计算信号衰减强度；b、测算不同水温度下超声波在水中的传播速度，用测试工装固定一组换能器，并根据水管中内管径的长度固定好间隔距离后，放置在水中，水放置在可调温的设备中，方便调温，然后给发射换能器输入峰峰值3V～5V，频率0.9～1.2MHZ的方波信号，每次发送5～20个脉冲，每间隔400～600ms发送一次，用示波器两组通道分别检测发射换能器、接收换能器两组信号，测量两组信号的时间差，从而取的传播时间。根据V=S/T，计算出超声波在水中传播速度，重复上述试验方法，测试记录不同水温度下超声波在水中的传播速度；c、测算超声波在PVCU介质中不同温度下放入传播速度，在可调温的试验箱中，用PVCU材质工程塑料加工一圆柱形测试工装，并加工第一盲槽组或第二盲槽组，测量两个盲孔孔底的直线距离为L，将两个放置有耦合剂的超声波换能器分别放置在两个盲槽内，信号发生器输出峰峰值3V～5V，频率0.9～1.2MHZ方波信号，每次发送5～20个脉冲，每间隔400～600ms发送一次，接入发射换能器，用示波器两通道分别检测收发换能器信号，从示波器读取两信号时间差T，从而计算出超声波在PVCU材质塑料中的传播速度，重复上述过程，取得不同温度下的传播速度数值；d、根据b和c步骤测试的数据，以及折射定律公式sinα/sinβ=C1/C2，选取超声波在20℃温度中PVCU材质传播速度为2388m/s,超声波在20℃水的传播速度为1480m/s,入射角选择为45°，计算得β≈26°，设内径=d，则水平位移w=d*tg26=0.4877d，根据几何原理，两种介质二次折射后角度不变等于45°以DN80水管内径为60mm时，水平位移=0.4877d=29.3mm；e、根据a、b、c、d测试或推算的数据，以PVCU为材质加工水管，并在水管的盲槽内安装超声波换能器，信号源输入3V～5V，0.9～1.2MHZ方波信号，每间隔400～600ms发送5～20个方波，用示波器观察接收换能器两端接收信号，信号波形良好，信号强度峰峰值达到400～600ms，满足电路板采样信号需求范围，在不同温度下测试，信号强度衰减基本稳定，证明方案可行。本专利技术的有益效果为：通过将超声波换能器放置在盲槽的设置，即管壁内置超声波换能器的方式，能够将水与超声波换能器隔绝开来，保证测量精度，同时可有效避免换能器在水中长时间后沉积结垢、灵敏度变差、稳定性差、易损坏等问题；本专利技术将两组超声波传感器放置在管壁内部，利用超声波在不同介质中传播速度，推算出在两种介质传播时折射角度，以及综合考虑到超声波信号源强度、超声波在介质中信号衰减强度、温度对超声波传播速度等影响因素做出参数修正调整，使接收信号强度达到可适用范围，从而避免超声波长时间使用后衰减造成的影响。附图说明图1为本专利技术部分剖视图；图2为本专利技术超声波路径视图；图3为本专利技术显示控制器处视图；图4为步骤a示波器数据视图；图5为超声波在水中传播时，超声波与水温度曲线视图；图6为入射波、反射波，以及折射波解释视图；图7为c步骤测试时pvcu材料工装的示意图；图8为e步骤测试时示意图；图9为e步骤示波器数据视图；图中所示：1、水管，2、压帽，3、超声波换能器，4、耦合剂，5、耦合剂，6、超声波换能器，7、压帽，8、显示控制器。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。参照附图1-3，一种大口径塑壳超声波水表，包括两端设有法兰的水管1，包括第一盲槽组和第二盲槽组，所述第一盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大口径塑壳超声波水表，包括两端设有法兰的水管（1），其特征在于：包括第一盲槽组，所述第一盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管内腔隔绝的两个相对设置的盲槽，两盲槽所在的直线为倾斜的直线，盲槽内安装有朝向盲孔孔底的超声波换能器（3），所述超声波换能器还连接有显示控制器（8），所述盲槽包括倾斜开设在水管外圆周面上的盲孔，位于盲孔周向且沿盲孔轴线向远离水管方向延伸的护板。/n

【技术特征摘要】
1.一种大口径塑壳超声波水表，包括两端设有法兰的水管（1），其特征在于：包括第一盲槽组，所述第一盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管内腔隔绝的两个相对设置的盲槽，两盲槽所在的直线为倾斜的直线，盲槽内安装有朝向盲孔孔底的超声波换能器（3），所述超声波换能器还连接有显示控制器（8），所述盲槽包括倾斜开设在水管外圆周面上的盲孔，位于盲孔周向且沿盲孔轴线向远离水管方向延伸的护板。


2.根据权利要求1所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：还包括第二盲槽组，所述第二盲槽组包括在水管圆周面上开设的通过水管管壁与水管内腔隔绝的两个相对设置的盲槽，两盲槽所在的直线与第一盲槽组内两盲槽所在直线的倾斜方向相反，盲槽内安装有朝向盲孔孔底且连接有所述显示控制器（8）的超声波换能器（3）。


3.根据权利要求2所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：第二盲槽组内两盲槽所在的直线与第一盲槽组内两盲槽所在直线与位于水管内的轴线中点相交。


4.根据权利要求1或2所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：所述盲槽内螺纹连接有顶至超声波换能器远离盲孔孔底一面的压帽（2）。


5.根据权利要求1或2所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：所述超声波换能器与盲孔孔底之间还设有耦合剂（4）。


6.根据权利要求1或2所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：所述水管材料为PVCU材质塑料。


7.根据权利要求1或2所述的大口径塑壳超声波水表，其特征在于：同一个盲槽组内的两盲槽所在直线的倾斜角度为45°。


8.一种大口径塑壳超声波水表的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、首先测试超声波在PVCU介质中的信号衰减强度，加工不同厚度的PVCU材质塑料板，并将两个超声波换能器涂有耦合剂一端分别顶至PVCU工程塑料两侧相对的位置，信号发生器调整为输出信号为峰峰值3V～5V的正弦波，频率0.9～1.2MHZ，接入超声波换能器中的发射换能器，用示波器观察超声波换能器中的接收换能器信号强度，计算信号衰...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋纯立，王有军，王圣鹏，李峰，
申请(专利权)人：泰安轻松表计有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37