对射式小口径超声波流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明专利——一种对射式小口径超声波流量计。该专利由青岛海威茨仪表有限公司申请，并于2019年1月1日获得授权公告。

内容说明

本发明属于管道传输流体流量计量技术领域，具体涉及对射式小口径超声波流量计。

发明背景

超声波流量计和传统的机械式流量仪表、电磁式流量仪表相比具有计量精度高、量程比更大，更能适应被测流体温度、压力、密度等参数的变化，对管径及其管道水平、垂直走向的适应性强，使用方便，易于数字化管理等优点。目前，超声波流量计已经广泛的应用到市政供热、水务、工业、矿山、发电厂等流量测量领域，技术日益成熟。

然而，对于小口径管道，由于其管道直径本身较小，对于标准给定的管段长度，换能器设置在如此小的管径的通道中是个技术难题，制约着超声波流量计在小口径管道流量计量的应用，例如，生活用水领域等。

发明内容

针对现有技术中小口径超声波流量计存在的问题，提供了一种对射式小口径超声波流量计。

一种对射式小口径超声波流量计，包括管段外层、管段内层、换能器组件，所述管段内层的端部形成有换能器安装座，所述换能器组件安装于安装座中，两对换能器组件成对设置，所述管段内层安装在管段外层内部。

所述管段内层中间部管段直径小于两端。所述管段内层包括通过卡扣相连接的管段第一内层和管段第二内层，所述管段第一内层和管段第二内层的非卡扣连接端沿径向向外凸出形成环形凸台边缘，所述环形凸台边缘上沿轴向向内凸出形成矩形凸台，所述管段外层两端扩孔加工得到与环形凸台边缘相适配的第一孔，并在内壁上开设与矩形凸台相适配的第一槽，所述矩形凸台可设置多处，

所述管段第一内层卡扣连接端设置有扣件，扣件上开设环形扣槽，管段第二内层卡扣连接端设置有卡件，所述卡件上沿径向方向向外凸出形成环形第二凸起，所述扣件和卡件卡合连接，第二凸起固定在扣槽中。

还包括第一密封圈，第二密封圈，所述管段第一内层和管段第二内层的端部开设第一环形槽，所述第一密封圈设置于第一环形槽中，所述第二密封圈设置于扣槽与卡件形成的腔体中。

所述换能器组件包括由内到外依次设置在安装座中的换能器、密封垫、压片和防护帽，所述安装座包括与管段轴线平行的安装孔、将安装孔与外部连通的穿线孔，所述安装孔端部沿径向向内凸出形成边缘凸起，沿轴向凸出形成第二卡件，所述防护帽包括与第二件相适配的第二扣件和压紧部，防护帽通过第二扣件和第二卡件扣合紧密，压紧部进一步压紧压片。

本发明的有益效果：1 。超声波采用对射式发射与接收，在得到相同的信号接收能量时，可以降低换能器的发射能量，延长电池使用寿命。以DN20为例，换能器接收到的首波能量比反射式大4倍，所以换能器尺寸由Φ17mm适当减小为Φ12mm。

2 。换能器设置于管段两端外螺纹的正下方，更靠近管段两端口，其引出线是通过管段中间出口引出，不会干扰活接安装，按照时差公式及推算可知，增大了流量计的量程比。以DN20为例，两换能器之间的距离，由反射式的60mm，提升到85mm。

3 。整个管体内部管段外层与管段内层之间的腔体是无水的，这样有效解决金属管段内部腐蚀及结垢问题，金属管段接口处有塑料翻边保护，也不接触水，因此，这种设计可以采用铜、不锈钢以及之外的标准管件，例如，镀锌钢管，铝管等，在保证强度情况下，可以大大降低成本。

4 。小型无台阶形换能器设计，既解决了小管径内无法安装换能器的问题，又不会增加压损，通过软件分析优化，使水流得到整流，减少紊流，使计量更准确，以DN20为例，其固定换能器部分的通水面积是中间缩颈部分面积的1 .3倍。

5 。流量计管段结构简单，不需要以往的锻压制造，外层可以选用标准管材，金属管段接口处有塑料翻边保护，整体金属管都不接触水。因此，这种设计可以采用铜、不锈钢以及之外的标准管件，例如，镀锌钢管，铝管等，在保证强度情况下，可以大大降低成本。

6 。管段内层结构组装方便快捷，定位准确，卡扣牢靠，外圈密封良好。

7 。管段内层与管段外层内壁有预留空间，整个腔体是无水的，这样有效防止换能器连线泡水，还可以有效抗冻。即在冰点附近时，管段内套在冰膨胀时的微变形能有效克服冰冻破坏管段。

8 。管段外层为金属制造，所以，安装活接不会破坏螺纹。