【技术实现步骤摘要】
本技术隶属流量计量设备的，具体涉及一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构。
技术介绍
1、在步入物联网大数据及人工智能与工业自控时代，对于工业生产及民生水、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，超声波流量计是一全电子模式流量的后起之秀。
2、超声波流量计是伴随其时差计时芯片(2012～2017，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，完全满足了流体的计量应用需求)的技术突破而崛起的。超声波流量计是通过时差数字信号进行采样、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、大口径多声道的超声波测量具有更高精度及安全性，能适用液体及气体计量。
3、超声波流量计为速度式流量计，其采用时差方式测量原理为：在流动流体中，按前、后一定间隔，布置两个超声波换能器，提取声波顺流和逆流所需的时差，联立计算出流体流速，再按照管道截面积及流通的时间，计算出流量。超声波测量流速的采样是声波在两个换能器之间形成的柱状空间内完成而不是一个点，所以，如果在管道内的截面上，按照不同高度与方位，布置多对组合的换能器，那么就能有代表性地、全方位、有效地测量流体流速。
4、超声波流量计由四大部分构成，除了时差积算电路，还有换能器、换能器安装方式及流道整流结构等，前者时差积算电路性能决定着可测流量的最小量值或分辨率，而后者整体架构决定着超声波流量计的综合性能和品质，例如
5、(一)量程比最大化的原则：为使超声波流量计在满足规定精度要求时，具有大的测量范围即量程比，特别是对于大口径流量计，采用超声波换能器之间声程最大化即量程比最大化，极为重要；因为对流量计而言，大量程比是贸易结算极其重要的指标，也是流量计最主要的技术指标:
6、
7、上式中，q3为某口径流量计的常用流量，v3为与q3相对应的流量计管路内流体的流速，q1为满足一定计量精度要求的最小流量，v1为与q1相对应的流量计管路内流体的流速，对某口径流量计而言，q3和v3为常量(选定值)，π为圆周率，r为流量计管路的内半径，t为计量用时，l为超声波流量计管路内两换能器对射面之间的间距，α为两换能器之间连线在流量计管路流体流动方向的夹角(α为锐角，当α＝0时，两换能器连线与流体流动方向一致，cos(α)＝1),k为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，β为与流量计的计量时差、声速有关的已知量，令β＝v3/10k,为常数，而v1通过超声波流量计时差公式计算vq得出，即因而，在具体计算时，v1按照v1＝10vq代入。由上面r的关系式可得出如下结论：
8、增大两换能器间在流量计管路流体流动方向的投影距离l•cos(α)，就可有效提高流量计的量程比r。
9、(二)对射式多声道分区稳流原则：大口径流量计尺寸较大，为了减少信号衰减、保障信号接收强度，换能器应选择对射式安装模式。另外，流体流动，在管道内不同位置的流速不同，客观需要多组换能器测量,即安装多组换能器的测量声道，求得可靠的流速均值，如果能保障流体流动的稳定性，计量精度就有保障。为了阻止流体窜动带来的较大的不稳定因素，需要采取措施，尽力做到流体的窜动小、所选取的每一束流体有代表性，以便使一对换能器能更为准确的对其采样，提高计量精度；另外，对于管道内流体流动的稳定性，流体力学指出：雷诺数指标是判别流体流动是否为层流或紊流(即湍流)的性态准则，是流体惯性力与黏性力比值的量度，它是一个无量纲数。雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，流体流动呈现为层流。反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，伴随着脉动，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流动,这里做一个理论实验推导：
10、设大口径直管的内径为d、管内流体的流速为v、流体的密度为ρ、流体的动力粘度为μ，则该大口径直管的流体流通面积则为a＝πd2/4、流体的质量流量则为g＝aρv、流体的雷诺数为re＝ρvd/μ。若将该大口径直管的流体导入到一个由n根小管径d直管并联组成的组合流道、并且保持该组合流道的总流体流量与大口径直管的流体流量相同、保持该组合流道的流通面积az＝nπd2/4与大口径直管的流体流通面积a相同，即az＝a，则组合流道中的小管径d直管内流体的雷诺数就为由此可见，当n>1时，就得出这样如下的结论：
11、组合流道中的小管径d直管内流体的雷诺数rez小于大口径直管内流体的雷诺数re，即rez<re，例如n＝9，就有rez＝re/3，这揭示了组合流道中小管径d直管内流体与大口径直管内的流体相比，雷诺数要小，即组合流道中小管径d直管内流体流动的稳定性更高、脉动性更小、超声波计量测量流体流速就更为准确。特别是当在管道井内空间较小的地方安装流量计时，如果前端或后端有弯管，就无法保证流量计安装处须有前十后五直管长度的严格条件限制，而采用组合流道的计量方法，将一个大流道分为多个小流道，不仅可对流体实施自动整流，同时也可以消除或减小流量计安装地须有前十后五直管长度这一严格的条件限制，提高计量精度。即如果能在流量计管道内分区，形成稳定的层流，那将解决流量计前后不需要苛求有直管段这一条件，将对流量计在各种复杂场合的应用提供有力保障。
12、对于进行分区处理的局部格形腔体，形成稳定层流的状态下，其流速的分布为抛物线形状，在网格中部安装换能器，获得每个分区中部的流速可作为速度有代表性的采样柱。
13、超声波流量计的最优化解决方案，除了应遵循上述两条总体原则外，还应遵循和结合超声波固有的特性，即声波在媒介中的传播、衰减、反射、相互叠加规律及应用说明：
14、(1)为了保证计量精度的要求，超声波芯片的计时电路的时差分辨率已经达到了相当高的水平，即5～10ps(1ps＝10-12s)；而与此配合，在保证应有的计量精度的条件下，就要求规定超声波的频率(频率低不能满足精度要求)。从满足实际需求的水平看，频率越高，声波半波上升沿用时就少，必然电路触发精确就越高，计量精度也就越高。所以，根据不同需求，计量行业将在液体中应用的超声波测量频率规定为1mhz、2mhz和4mhz；在气体中应用的超声波测量频率规定为200khz、500khz。
15、(2)对流量计换能器的合理选择：已知，计量行业对于在液体中应用的超声波测量频率规定为1mhz、2mhz和4mhz三种，而(a)1mhz换能器的外观直径(尺寸)比2mhz及4mhz换能器的外观直径尺寸几乎大一倍，所以，2mhz及4mhz的换能器可以减小换能器的安装座的尺寸及有助于在流量计管道内安装的优势，以减小对流体的阻力；(b)根据说明(1)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:包括法兰一(11)；法兰二(12)；孔一(1112)；管体套管(13)；固定座一(14)；凸台一(15)；孔三(151)；孔四(152)；内衬管一(22)；分区隔板(221)；内衬管二(23)；孔五(231)；平面一(232)；支架一(31)；平面二(311)；柱一(312)；柱二(313)；曲面一(315)；定位面一(316)；孔六(317)；平面三(319)；扁柱一(320)；平面四(324)；固定头(32)；定位面二(326)；换能器(33)；平面五(332)；信号线(34)；垫片(35)；螺栓一(36)；螺栓二(37)；支架二(41)；孔七(411)；柱三(412)；凸沿一(413)；缺口一(414)；曲面三(416)；缺口二(417)；平面八(418)；管一(42)；缺口三(421)；在管体套管(13)内设置内衬管一(22)，且在内衬管一(22)内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板(221)，在内衬管一(22)的入口和出口内侧垂直于管轴线的平面内布局安置多个配对的支架一(31)、支架二(41
2.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的分区隔板(221)位于金属的内衬管一(22)的内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局，且与金属的内衬管一(22)的内壁通过焊接连接；所述的内衬管一(22)、内衬管二(23)，根据需要可以用同一种材质，即俩俩合为一体的结构。
3.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的支架二(41)的两端在金属的内衬管一(22)内侧和分区隔板(221)对应的位置焊接连接；进一步，在内衬管一的入口和出口内侧垂直于管轴线的平面内布局的配对支架二(41)之间，嵌入管一(42)，并且缺口二(417)与管一(42)的管壁重合，固定管一(42)。
4.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的换能器(33)外侧紧配嵌入支架一(31)的曲面一(315)内，其中凸起(331)与曲面二(318)紧配，平面五(332)与定位面一(316)重合，信号线(34)穿过孔六(317)。
5.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的支架一(31)通过柱一(312)与支架二(41)的孔七(411)紧配合、柱二(313)与曲面三(416)紧配合，支架一(31)的平面四(324)穿过缺口一(414)与支架二平面八(418)重合，平面三(319)与凸沿一(413)重合；进一步，支架一的平面二(311)嵌入内衬管二(23)内与平面一(232)重合，扁柱一(320)与缺口三(421)重合。
6.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的支架一(31)通过安置在法兰一(11)、法兰二(12)中的孔一(1112)内的固定头(32)密封；进一步，定位面二(326)与孔一(1112)内的定位平台重合，胶圈四(323)与内衬管二(23)及平面二(311)接触密封，胶圈三(322)与孔一(1112)内壁接触密封，胶圈二(321)与孔一(1112)内壁及垫片(35)接触密封；更进一步，所述的螺栓一(36)通过垫片(35)压紧固定头(32)，从而固定了内衬管二(23)；所述的孔一(1112)内有孔四(152)为通孔，孔四(152)位于螺栓一(36)上侧，螺栓二(37)位于孔一(1112)的上端口。
...【技术特征摘要】
1.一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:包括法兰一(11)；法兰二(12)；孔一(1112)；管体套管(13)；固定座一(14)；凸台一(15)；孔三(151)；孔四(152)；内衬管一(22)；分区隔板(221)；内衬管二(23)；孔五(231)；平面一(232)；支架一(31)；平面二(311)；柱一(312)；柱二(313)；曲面一(315)；定位面一(316)；孔六(317)；平面三(319)；扁柱一(320)；平面四(324)；固定头(32)；定位面二(326)；换能器(33)；平面五(332)；信号线(34)；垫片(35)；螺栓一(36)；螺栓二(37)；支架二(41)；孔七(411)；柱三(412)；凸沿一(413)；缺口一(414)；曲面三(416)；缺口二(417)；平面八(418)；管一(42)；缺口三(421)；在管体套管(13)内设置内衬管一(22)，且在内衬管一(22)内的水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局分区隔板(221)，在内衬管一(22)的入口和出口内侧垂直于管轴线的平面内布局安置多个配对的支架一(31)、支架二(41)，将换能器(33)嵌入安置在支架一(31)内，将管一(42)安装在一对支架二(41)之间，包裹着换能器，位于分区格的中部；在与内衬管一(22)截面平行的两个面内的支架一(31)上，直线对应的换能器(33)两两配对，从而在同一分区、同一个管一(42)内形成测量通道；而支架一(31)位于管体套管的一侧，则通过法兰内部的固定头(32)密封，换能器的信号线(34)则通过支架一(31)的孔六(317)，经法兰内部通道及管体套管(13)外侧连接到仪表盒二(56)内。
2.根据权利要求1所述一种适配大口径超声波流量计声波信号增强的管状结构，其特征是:所述的分区隔板(221)位于金属的内衬管一(22)的内侧，在水平和垂直方向按照一定间距呈网格形式布局，且与金属的内衬管一(22)的内壁通过焊接连接；所述的内衬管一(22)、内衬管二(23)，根据需要可以用同一种材质，即俩...
【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：
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