一种超声波气体流量测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超声波气体流量测量装置。其包括壳体，壳体上设置有进气口和出气口，所述壳体内设置有超声波流量测量管路，其特征是：在所述壳体内还设置有气流漫反射装置，所述气流漫反射装置包括气流三维漫反射结构和气流导向结构，所述气流三维漫反射结构由若干个三维漫反射曲面单元阵列形成，所述三维漫反射曲面单元的表面形成为气流三维漫反射曲面，所述气流导向结构与壳体上的进气口连接，所述气流导向结构具有出气口，所述气流导向结构的出气口的二维口径面与所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面之间具有一定的距离且形成有一定的夹角使得由所述气流导向结构的出气口流出的气流能喷射至所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波气体流量测量装置
本专利技术涉及一种超声波气体流量测量装置，属于超声波测量

技术介绍
超声波燃气表或超声波流量计是目前广泛应用的一种超声波气体流量测量装置。由于受超声波燃气表或超声波流量计结构尺寸所限，燃气进入表的腔室后产生入射冲击、腔壁及组件的反射，经入射和反射混合过程后，会在腔室和流量测量部件内造成涡流、湍流、层流等现象，气流均匀度差，这增加了计量软件流量算法的难度，影响了计量的稳定性和计量精度，尤其是在大流量情况下对计量稳定性和计量精度的影响更为突出。此外，现有的超声波燃气表或超声波流量计的流量测量管路中气流的密度分布规律是：中间层最密集，随着偏离中间层的距离增大，气流密度会不断降低，靠近管壁处气流密度最低，即形成层流分布，由于结构的局限性通常其层流对称性不好，这也增加了计量软件流量算法的难度，影响了计量精度。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术提供了一种能够提高腔室和流量测量管路内的气流分布均匀度、能够提高计量稳定性和计量精度的超声波气体流量测量装置。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种超声波气体流量测量装置，包括壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，所述壳体内设置有超声波流量测量管路，其特征是：在所述壳体内还设置有气流漫反射装置，所述气流漫反射装置包括气流三维漫反射结构和气流导向结构，所述气流三维漫反射结构由若干个三维漫反射曲面单元阵列形成，所述三维漫反射曲面单元的表面形成为气流三维漫反射曲面，所述气流导向结构与壳体上的进气口连接，所述气流导向结构具有出气口，所述气流导向结构的出气口的二维口径面与所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面之间具有一定的距离且形成有一定的夹角使得由所述气流导向结构的出气口流出的气流能喷射至所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面。本专利技术中，通过设置气流漫反射装置，由进气口流入并通过气流导向结构流出的气体喷射至气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面上，通过气流漫反射曲面的反射作用使得进入壳体内及流量测量管路的气流分布的均匀度得到改善，气流分布趋于均匀。本专利技术中的气流导向结构的出气口的二维口径面可视为气源波阵面，气源波阵面可视为由许许多多个气源单元所构成的二维气元阵列，气源单元简称为气元。气流三维漫反射结构的三维漫反射曲面可视为由许多个三维漫反射曲面单元构成的漫反射阵列。如附图1所示，取构成二维气元阵列的气元为ds。每个三维漫反射曲面单元可视为由许多个法向不同的二维平面反射元da所构成。根据几何光学原理、Snell反射定理和Huygens原理，对于单个气元ds发出的气流照射到二维平面反射元da上后，θi＝θr，由于二维平面反射元da的法向不同，即θi不同，所产生的反射方向不同，如附图2所示。其中，为平面反射元的单位法向矢量，θi为气元发出气流束的入射角，θr为气流束经过平面反射元的反射角。由附图2可看出，在相同气元的情况下，由于平面反射元的法向不同，反射后的气流方向就不同。由于构成三维漫反射曲面单元的二维平面反射元da的法向不平行，从而导致其反射方向并不平行，呈现出反射的多方向性，如附图3所示。由此可见，气元阵列上的所有气元的气流束经过三维漫反射曲面阵列上的三维漫反射曲面单元反射后的叠加结果，使得整个超声波燃气表或超声波流量计的腔室和流量测量部件内的气流分布趋于均匀。进一步的，为提高气流分布的均匀性，所述三维漫反射曲面单元的形状为三角函数局部曲线的回旋体或平移体；或为双曲函数局部曲线的回旋体或平移体；或为对数函数局部曲线的回旋体或平移体；或为指数函数局部曲线的回旋体或平移体；或为抛物线局部曲线的回旋体或平移体。进一步的，为了进一步提高气流分布的均匀性，所述气流三维漫反射结构设置在壳体的内侧上表面。进一步的，所述气流导向结构出气口的二维口径面的形状为圆形平面口径或圆形曲面口径或椭圆形平面口径或椭圆形曲面口径或矩形平面口径或矩形曲面口径。进一步的，为防止气流在气流导向结构内发生旋转，优选所述气流导向结构出气口的二维口径面的形状为矩形平面口径或矩形曲面口径。进一步的，在所述壳体内还设置有层流均衡结构，所述层流均衡结构设置在所述超声波流量测量管路的进口的对向位置，所述层流均衡结构与所述超声波流量测量管路的进口相对的一侧为凸曲面结构。普通超声波燃气表或超声波流量计的流量测量管路中气流的密度分布规律是：中间层最密集，随着偏离中间层的距离增大，气流密度会不断降低，靠近管壁处气流密度最低，即形成层流分布，由于结构的局限性通常其层流对称性不好。从声学、电磁波和光学的相关原理和Snell反射定理知，凹曲面具有反射聚束作用，凸曲面具有反射散束作用。本专利技术通过在超声波流量测量管路的进口的对向位置设置层流均衡结构，利用层流均衡结构的凸曲面结构来改变气流的反射方向，可有效地改变流量测量管路内气流的层流分布，使之具有良好的均匀性和层流对称性，可降低计量软件的计算难度，有效提高计量精度。进一步的，为进一步有效改善流量测量管路内气流的层流梯度和层流对称性，所述凸曲面结构为椭球面或球面或抛物面或双曲面。进一步的，为提高改善流量测量管路内气流的效果，所述层流均衡结构的凸曲面结构在所述超声波流量测量管路的进口方向的正投影大于等于所述超声波流量测量管路的进口口径。进一步的，为提高改善气流的效果，所述层流均衡结构设置在所述壳体的内侧壁上。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过设置气流漫反射装置，使得由导向结构的出气口流出的气体喷射至气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面上，通过气流漫反射曲面的反射作用使得进入壳体内及流量测量管路的气流分布趋于均匀，可有效减少壳体内及流量测量管路内的涡流、湍流和层流，大大降低了流量范围内流量算法的难度，提高了计量的稳定性和计量精度。本专利技术通过在流量测量管路的进口的对向位置设置层流均衡结构，利用层流均衡结构的凸曲面结构来改变气流的反射方向，有效地改善了流量测量管路内气流的层流分布，使之具有良好的均匀性和层流对称性，大大降低了计量软件的计算难度，有效提高了计量精度。附图说明图1是三维漫反射曲面阵列与二维气元阵列的示意图；图2是气元的气流束经过二维平面反射元的反射示意图；图3是气元的气流束经过二维平面反射元构成的三维漫反射曲面单元的反射示意图；图4是本专利技术具体实施方式中的结构示意图；图5是本专利技术具体实施方式中的气流导向弯头的侧视图；图6是本专利技术具体实施方式中的气流三维漫反射结构的主视图；图7是本专利技术中的三维漫反射曲面的另一种形式的主视图；图8是图7的俯视图；图中，1、进气口，2、气流导向弯头，21、气流导向弯头的出气口，3、气流三维漫反射结构，31、三维漫反射曲面单元，4、层流均衡结构，5、超声波流量测量管路的进口，6、超声波流量测量管路，7、超声波上游换能器，8、超声波下游换能器，9、压力传感器，10、温度传感器，11、PCB，12、流量测量管路的气体出口弯管，13、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波气体流量测量装置，包括壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，所述壳体内设置有超声波流量测量管路，其特征是：在所述壳体内还设置有气流漫反射装置，所述气流漫反射装置包括气流三维漫反射结构和气流导向结构，所述气流三维漫反射结构由若干个三维漫反射曲面单元阵列形成，所述三维漫反射曲面单元的表面形成为气流三维漫反射曲面，所述气流导向结构与壳体上的进气口连接，所述气流导向结构具有出气口，所述气流导向结构的出气口的二维口径面与所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面之间具有一定的距离且形成有一定的夹角使得由所述气流导向结构的出气口流出的气流能喷射至所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声波气体流量测量装置，包括壳体，所述壳体上设置有进气口和出气口，所述壳体内设置有超声波流量测量管路，其特征是：在所述壳体内还设置有气流漫反射装置，所述气流漫反射装置包括气流三维漫反射结构和气流导向结构，所述气流三维漫反射结构由若干个三维漫反射曲面单元阵列形成，所述三维漫反射曲面单元的表面形成为气流三维漫反射曲面，所述气流导向结构与壳体上的进气口连接，所述气流导向结构具有出气口，所述气流导向结构的出气口的二维口径面与所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面之间具有一定的距离且形成有一定的夹角使得由所述气流导向结构的出气口流出的气流能喷射至所述气流三维漫反射结构的气流三维漫反射曲面。


2.根据权利要求1所述的超声波气体流量测量装置，其特征是：所述三维漫反射曲面单元的形状为三角函数局部曲线的回旋体或平移体；或为双曲函数局部曲线的回旋体或平移体；或为对数函数局部曲线的回旋体或平移体；或为指数函数局部曲线的回旋体或平移体；或为抛物线局部曲线的回旋体或平移体。


3.根据权利要求1所述的超声波气体流量测量装置，其特征是：所述气流三维漫反射结构设置在壳体的内侧上表面。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：于强，刘立国，胡学斌，
申请(专利权)人：青岛积成电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37