一种小口径内衬反射式直管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，具体涉及一种小口径内衬反射式直管超声波水表，旨在解决现有技术存在的计量量程比低、计量精度不高、以及与超声波水表技术发展的最优化解决方案六条原则之间的差距，通过优化换能器、反射面在基表中的布局，在等径金属外管内侧的两端安置、固定导流及换能器反射面固定支架，在两反射面固定支架之间由缩径整流管连接形成了一双反射式换能器内衬管整体结构，使管内流道顺畅、两个反射面间声程固定；精选反射面材料，从而在限定的超声波水表长度下，实现了计量量程比最大化和始动流量最小化性能，以及反射面具有无损耗的反射效率，且具备在高温、水质较硬情况下，长期使用而不会结垢的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种小口径内衬反射式直管超声波水表


[0001]本技术隶属流量计量设备的
，具体涉及一种小口径内衬反射式直管超声波水表。

技术介绍

[0002]在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，对于工业及民生水、热、燃气供给计量领域，由全电子模式流量计逐步取代机械式或机电组合模式流量计，已成不可逆转的大趋势。
[0003]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超声波流量计。
[0004]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（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，电磁流量计则需要安装温度计）、大口径多声道的测量具有更高精度及安全性（而电磁流量计只有一对线圈和相应电极，有故障即报废）、可测量各种低粘度液体（而电磁流量计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）。<br/>[0005]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。
[0006]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：
[0007] (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，这点与工业流量计截然不同。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较小的始动流量。（对于水表，国标于
2018年将量程比或流量比的最大值提升至R=1000）
[0008]对此，通过理论分析，可得出有关超声波流量计计量品质结论：
[0009]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%）。
[0010]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：
[0011][0012]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：
[0013]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。
[0014]（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，声波反射传递就有声波能量损耗（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，其声波能量损失就可达40～60%，这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。
[0015]值得重视的是，反射式超声波流量计也有其潜在的应用优势，若能发挥其潜在的应用优势、消除其存在的劣势，反射式超声波流量计同样具有广阔的应用价值。为消除反射式超声波流量计存在的劣势，就应探寻有效的解决途径与方案，去解决反射面因反射声波而造成的声波能量损失问题、去解决反射面结垢问题、去解决反射面对水流阻力不均产生的湍流问题，一旦这些问题得到有效解决，反射式超声波流量计就大有用武之地，特别是在高温流体输运领域与场合（同理对低温流体输运领域与场合也同样如此），所测流体温度较高，相比在管内安装换能器的超声波流量计，在这种情况下，就更容易对超声波换能器进行与流体之间的隔离与密封，也很容易对超声波换能器采取隔热或温控措施，反射式超声波流量计就凸显其极大的应用优势。
[0016]（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。对于反射式，要特别保证两换能器声波在两反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。
[0017]（4）管体密封安全原则：在有超声波流量计内衬管的情况下，为了保证密封安全，尽量采用局部密封而非整体密封的方式，以保障其密封的可靠性、耐久性。
[0018]（5）适配性原则：超声波水表不仅可用作水计量，还应考虑适配为其它用途，如方便安装温度传感器，以适应供热计量需求，作为供热计量的热能表使用。
[0019]（6）结构简单、方便装配原则：超声波水表结构简约化、安装具有唯一的确定性，从而使其整体易装配，且能保障流量计有较高的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种小口径内衬反射式直管超声波水表，其特征是：包括等径金属外管(11)、导流与反射面固定支架(22)、整流管(33)及其整流管固定座(13)、换能器(44)及其换能器固定座(12)、固定螺母(46)、仪表盒底壳(55A)；小口径内衬反射式直管超声波水表基表为等径金属外管(11)，在等径金属外管内侧两端固定的导流与反射面固定支架(22)，所述两个导流与反射面固定支架之间由整流管(33)连接形成了一双反射式换能器内衬管体结构；在与换能器固定座(12)及仪表底壳固定螺母(46)及仪表盒(55)的协同下，组成了小口径内衬反射式直管超声波水表。2.根据权利要求1所述的一种小口径内衬反射式直管超声波水表，其特征是：所述导流与反射面固定支架(22)，由两部分镶嵌对接组成，对接后整体，分为外圈与中间部分，这两部分间有上、下两根支撑筋连接，所述导流与反射面固定支架(22)前端为导流帽(221)及后端为反射面固定支架(222)；所述导流帽(221)由两部分对接形成，对接面为凹凸结构(2211)；声波反射面(23)由导流与反射面固定支架(22)上的两部分以上、下弧形凹槽对接、包裹。3.根据权利要求2所述的一种小口径内衬反射式直管超声波水表，其特征是：所述反射面(23)由厚度1mm，宽度9mm、长度11mm的椭圆形ZrO2...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
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：