一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表制造技术

本实用新型专利技术隶属于流量计量设备的技术领域，具体为一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表，旨在解决现有技术即对射式超声波DN15水表存在的管内水流间隙过小、采用变径转换接头而导致计量量程比低以及与超声波水表技术发展的最优化解决方案六项原则间的差距，通过在外管体内两端设置超声波换能器的换能器固定柱，并对换能器固定柱进行上、下高度和方向定位，由此在流量计外管体内形成了一双对射式换能器，对超声波基表管体采用黄铜/不锈钢一体化锻造/铸造工艺制造，使换能器与管体内侧的水流间隙方便杂质通过；在给定的超声波水表直通管长度下，使本实用新型专利技术具有计量量程比最大化、始动流量最小化、测量高精度和批量生产高度一致性的特点。生产高度一致性的特点。生产高度一致性的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表


[0001]本技术隶属超声波流量计量设备的
，具体涉及一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表。

技术介绍

[0002]按照实际应用所需，流体计量行业或场合期待兼容各口径规格范围、低压损、高精度、高可靠性、无磨损器件、耐久性及经济性的标准流量计量器具。目前，在世界范围内全电子流量计量应用最广的为电磁流量计以及后起之秀的超声波流量计。
[0003]超声波流量计是伴随其时差计时芯片（2012～2017年，国际上AMS、D
‑
FLOW、TI等公司先后推出了较先进的时差计时芯片，目前，其分辨率都已达到5～10ps，完全满足了水计量应用需求）的技术突破而崛起的。对比电磁流量计，超声波流量计是通过时差数字信号进行采样的（而电磁流量计则是通过模拟信号采样）。以水表为例，它具有突出的技术优势：更小的始动流量（如可测量流速0.8～1mm/s的液体）、更宽的量程比、能以声波主动测量过程时差、换算成流体流速及温度并同步对所计量的体积变化进行补偿（对此，电磁流量计需要安装温度计）、大口径多声道具有更高精度及安全性（电磁流量计只有一对线圈和相应电极，有故障即得报废）、可测量各种低粘度液体（而电磁流量计则不能测量低电导率液体，如纯净水），另外，对于燃气等气体亦可测量/计量（而电磁流量计则不能测量气体流量）。
[0004]那么，超声波水表的升级改进的技术发展方向与原则该如何界定，通常，流量计的主要性能指标为计量精度和量程比，计量精度为流量计流量计量值与流量实际值之比，提高流体流动稳定性和批量生产一致性是决定精度的重要条件；量程比为在流量计计量精度保证之下，常用流量与最小流量之比，体现了可精确计量的范围，增大超声波换能器间的有效距离是提高量程比的必要条件。显然，计量精度越高、量程比越大，则流量计的计量性能就越好。
[0005]近几年，计量行业对于超声波流量计的实践应用有较大的提升。超声波流量计的构成，除了时差积算电路，还有换能器、换能器安装方式及流道结构等，前者性能决定着可测流量的最小量值，后者整体架构决定着超声波流量计的综合性能和品质。以超声波水表为例，特别是按照水表新标准的约束，业内明确了技术发展方向，其最优化的解决方案应遵循以下原则，归纳如下：
[0006] (1)声程最大化原则：为使超声波水表具有大的量程比，对于超声波水表，特别是应用最普遍的DN15口径，应采用超声波换能器之间声程最大化模式。因为对水表而言，大量程比是贸易结算极其重要的指标，也是水表最主要的技术指标，要使得超声波水表具有大量程比，就应将超声波水表的两个换能器间距连线在主管内水流方向的投影距离最大化，以获得较大的量程比及更小的始动流量，（对于水表，国标于2018年将量程比或称流量比的最大值提升至R=1000）。
[0007]对此，通过理论分析，可得出超声波流量计计量品质的结论：
[0008]在水计量领域，量程比定义为，其中，为对应某管径下的常用流量，它
是一个给定值；为满足一定计量精度要求的最小流量（比如二级流量计的计量精度为
±
5%）。
[0009]以下本文经深入分析与推导，得出了一个重要的结论：对通过流量计管路内的流体而言，所计量的始动流量（即流量计可感知计量的最小流量）越低（对应其流速就越低，而与超声波流量计的时差芯片分辨率及流量计的管路结构有关），与此对应，也成比例地对应变低（即对应的最小流速就变低）。通常，在实际应用中，其经验值是（随超声波流量计电路及换能器产生总体零漂及流量计管路水阻设计不同而不同）。由此，可以导出在某个口径下（流过流量计管路的与所用的时间间隔相等），量程比与两换能器间距之间的关系为：
[0010][0011]上式中，为某口径流量计的常用流量，为与相对应的流量计管路内流体的流速，为满足一定计量精度要求的最小流量，为与相对应的流量计管路内流体的流速，对某口径流量计而言，和为常量(选定值)，为圆周率，为流量计管路的内半径，为计量用时，为超声波流量计管路内两换能器对射面之间的间距，为两换能器之间连线在流量计管路水流方向的夹角（为锐角，当时，两换能器连线与水流方向一致，, 为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，令= ,为常数，而通过超声波流量计时差公式计算得出，即，因而，在具体计算时，按照代入。由上面的关系式可得出如下结论：
[0012]增大两换能器间在流量计管路水流方向的投影距离，就可有效提高流量计的量程比。
[0013]（2）一对换能器间对射式安装原则：对射式安装的声波信号由一对换能器间相互直接发、收，因此，有效信号的幅值就最高。反射式因有一个或数个反射面，声波反射传递就有能量损耗（反射面足够大时，理想状态声能损耗10～20%，一般不至于影响计量），特别是当反射面有角度偏差或使用后结垢，其能量损失就可达40～60%，将严重影响正常计量。另外，有反射面存在，其安装结构复杂，特别是反射面水阻分布处理不当，也会影响到计量精度。
[0014]（3）一致性原则；超声波水表基表的流道成型及加工工艺，有较高的组件安装精度和一致性要求，它决定了流量计批量生产的品质。特别是要保证两换能器发射面之间的距离固定，不受管段加工及换能器安装而产生差异，此项水平提升，能缩小对基表个体误差补
偿及精度修正的范围，减少后期人为对其个体进行误差修正的繁杂工作量；
[0015]（4）管体密封安全原则：为了保证密封安全，尽量不采用整体密封而采用局部密封方式，保障其密封的可靠性、耐久性。
[0016]（5）适配性原则：小口径方便安装温度传感器，以适应供热计量需求；
[0017]（6）结构简单、方便装配原则：超声波水表结构简约化、安装有唯一的确定性，从而使其整体易装配，且能保障流量计有较高的一致性。
[0018]根据上述六条原则，对于小口径超声波水表，特别是民用最普遍的DN15口径而言，最有效的方式是内置对射式换能器结构及直接应用整体管段加工、制造成DN15流量计的基表。
[0019]根据声程最大化原则，要获得较好的性能（小始动流量及大量程比R），必须要在DN15直管不变的条件下，在其管道内安置一对对射模式的小直径换能器，且尽可能获得较大的换能器间距；另外，要考虑兼容不同地区水处理及水质状况，根据经验，自来水中杂质直径小于3mm。对应超声波流量计，表前端需要安装低水阻过滤网，由于面积较小，根据普通单流速机械表前的应用经验，网孔直径需要达到Φ2.5～3mm，才能保证不易堵塞。所以，通常情况下，对于全电子表来说，最好要保证流量计基表内部的最小水流通过间隙≥3mm。这样，过滤网的作用仅是去除个别毛发等异物，而让小颗粒杂质通过，保障过滤网能长期使用而不会堵塞。另外还要解决流量计具有简单、安全的系统密封方式和方便操作的换能器引出线结构（引出线不能泡水）等一系列问题。到目前为止，上述议题的实现，仍缺乏安全、有效的解决方案。
[0020]按照上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表，其特征是：包括金属外管体(11)、换能器柱安装座(33)、换能器(24)及其换能器固定柱(22)、换能器固定柱上、下定位及其密封结构、内衬整流管(66)、仪表电路盒下壳(77A)与流量计基表的连接结构、温度传感器座(44)；其中，在流量计金属外管体(11)的两端设有换能器柱安装座(33)，其内的换能器安装于换能器固定柱(22)上，由此，在金属外管体(11)内形成了一双对射式换能器(24)结构。2.根据权利要求1所述的一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表，其特征是：所述金属外管体(11)外侧两端有管螺纹(111)、换能器柱安装座(33)和换能器柱下定位槽(113)；所述换能器固定柱(22)下端位于换能器柱下定位槽(113)内，所述的换能器柱下定位槽(113)为长方形盲孔；所述换能器固定柱(22)上端位于换能器柱安装座(33)通孔中，有定位台(331)；所述换能器固定柱上部外圈有侧密封(224)及顶密封(225)；弹性垫圈(25)位于换能器固定柱顶密封(225)上方；固定帽(26)位于弹性垫圈(25)上方，固定帽(26)外螺纹与换能器柱安装座(33)内螺纹连接；换能器信号线(28)通过过线斜孔(223)引出至仪表盒(77)内与积算电路PCB(771)电性连接。3.根据权利要求1所述的一种DN15口径换能器立柱固定对射式超声波水表，其特征是：所述的金属外管体(11)为黄铜或者不锈钢材料一体化锻造或者铸造加...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零一F一六六七，
申请(专利权)人：觉隆传感技术深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：