CN108871478A - 一种超声波流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声波流量计，包含壳体，所述壳体呈直通管道结构，壳体的直通管道结构设有进口端与出口端；在壳体上设有若干超声波换能器组、环境传感器单元与控制单元，所述超声波换能器组、环境传感单元与控制单元电性连接；所述壳体在直通管道的进口端和/或出口端设有法兰结构；所述直通管道结构靠进口端一侧设有气体整流结构；所述气体整流结构包含横截面呈蜂窝状结构的气流通道，气流通道与直通管道轴向整体平行。本发明的有益效果在于：一方面能够适用更短的直通管道，减小气体流量计流道的占用体积，另一方面也使得超声波测量更为稳定准确。
Description
技术领域
本发明涉及燃气计量装置技术领域，具体涉及气体流量计。
背景技术
现有反射式超声波气体流量计的基本原理是时差法，通过流道壁上安装的与气体流动方向成一定夹角的超声波传感器测量超声信号，在超声波传感器间传播的顺流时间和逆流时间，通过顺流时间和逆流时间的差值Δt可以获取气流速度信息V(Δt)，但申请人经过研究发现，由于气流在气体流量计中存在紊流现象，因此超声波传感器测得的顺流时间和逆流时间的差值是存在一定误差或存在波动的，进而影响到气体流量的整体测量精度。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种超声波流量计，其目的在于解决实现更高精度的流量测量。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种超声波流量计，包含壳体，所述壳体呈直通管道结构，壳体的直通管道结构设有进口端与出口端；在壳体上设有若干超声波换能器组、环境传感器单元与控制单元，所述超声波换能器组、环境传感单元与控制单元电性连接；所述壳体在直通管道的进口端和/或出口端设有法兰结构；所述直通管道结构靠进口端一侧设有气体整流结构；所述气体整流结构包含横截面呈蜂窝状结构的气流通道，气流通道与直通管道轴向整体平行。
进一步的，所述直通管道结构的进口端设有导流环，所述导流环整体呈锥形或喇叭形，且导流环的纵截面内壁呈流线型。
流道前端带有导流环和气体整流结构，使得流道前端的各向异性的混乱流动整流为与流道轴向平行的有效流动，能对前端更大雷诺数的流体进行整流，气体整流结构后端的层流尾迹小，更容易在较短直管段中消除，一方面能够适用更短的直通管道，减小气体流量计流道的占用体积，另一方面，解决气体扰动带来的测量精度误差，也使得超声波测量更为稳定准确。
附图说明
图1为实施例的结构轴测示意图。
图2为实施例的后视示意图。
图3为实施例的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
一种超声波流量计，如图1所示，包含壳体1，所述壳体1呈直通管道结构，壳体的直通管道结构设有进口端与出口端；在进口端与出口端均设有法兰结构2，以便于安装连接；所述壳体1上设有安装底座5，所述安装底座5整体与直通管道结构垂直，所述安装底座上设有控制盒6，且控制盒6与安装底座5为旋转连接；在壳体1上设有若干超声波换能器组、环境传感器单元与控制单元，所述超声波换能器组、环境传感单元与控制单元电性连接；所述直通管道结构靠进口端一侧设有气体整流结构3；所述气体整流结构包含横截面呈蜂窝状结构的气流通道，气流通道与直通管道轴向整体平行；所述直通管道结构的进口端设有导流环4，所述导流环4整体呈锥形或喇叭形，且导流环4的纵截面的内壁呈流线型，能有效减小气体在口径变小时的压力损失，并保持流体的定常流动状态；导流环4靠气体整流结构3一侧的口径略小于气体整流结构3的外缘，以防止气体整流结构3的脱出；直通管道1内靠进口端一侧设有气体整流结构3；所述气体整流结构3包含横截面呈蜂窝状结构的气流通道，气流通道与直通管道轴向整体平行；气体通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格截面包含六边形、四边形、五边形、三角形的其中一种或多种，以使得气体整流结构3适应不同直通管道1内截面的形状设计；所述气体整流结构3的外缘与直通管道的内径为过盈配合连接，由此可根据现有气体流量计的流道结构设计与之匹配的气体整流结构3进行安装，改善现有气体流量计的紊流效应。
流道侧壁上安装有温度压力传感器，通过采集的温度压力数据可以对流量计的流量进行温度压力修正。
所述壳体采用的是铸铁壳体，可以承载中高压气体(1.6MPa)的测量，如图2所示，壳体上有取压孔3及测温孔2，方便流量计在测试和检验时测定流量计内部压力和温度。
所述气体整流结构3满足L≥10DH；其中L为气体整流结构3长度，DH为气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的水力直径，且是非圆管流动的特征长度；从而有效的将紊流气流整流为平顺的直通气流；所述蜂窝单元格的水力直径＝4A/P，其中A为蜂窝单元格的过流面积，P为蜂窝单元格的湿周；所述气体整流结构需满足：d≥50a，其中，d为气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的内切圆直径，a为蜂窝单元格侧壁的壁厚，由此设计，气流通道所呈蜂窝单元格不仅侧壁厚度小，且对管道的节流作用小，压损小；气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的内切圆直径d满足0.077D≤d≤0.173D，其中D为流道管径，从而达到更好的整流效果，并消除了蜂窝单元格壁厚对整流器出口流场的影响。
综上，通过导流环4与气体整流结构3的设计，使得流道前端的各向异性的混乱流动整流为与流道轴向平行的有效流动，能对前端更大雷诺数的流体进行整流，且整流效果好。整流器后端的层流尾迹小，更容易在较短直管段中消除，整流器后端直管段要求小。
所述超声波换能器组的数量为2组，两组超声波换能器组在流道横截面上的投影夹角在30°到90°之间。任一超声波换能器组包含呈V形夹角安装于直通管道上的两个超声波换能器，V形夹角的角度θ在30°～90°，从而可以在减小流量计外形体积的情况下增大有效声程。所述超声波换能器为超声波发射-超声波接收一体的超声波换能器；在直通管道1的内壁还设有若干修正式聚能反射面结构5；任一修正式聚能反射面结构5呈椭圆的弧面形状，所述弧面形状的凹面处于超声波换能器组中超声波发射接收所呈V形路径的拐点区域；此设计对于高流速超声主波束偏转和开普勒效应可以有效抑制，有效地扩大了计量器具的量程比；发射端超声波换能器发出的信号经过修正式聚能反射面结构的聚焦和反射后，增强接收传递的超声波信号强度并修正超声信号的偏移、增大流量计量程，实现接收端超声波换能器对超声波信号的有效接收。
两组超声波换能器器组在流道横截面上的投影或信号发射-接收传输路径所在的平面夹角在30°到90°之间。多组超声波换能器组的测量能够获得相对更为全面完整的传感数据，从而为通过算法优化通过流道的流量计算提供数据支持，大幅降低单对传感器带来的计量误差。
如图3所示，在壳体8上设有控制盒底座5、流量计内部的信号引出线由过线密封堵头7穿过并涂胶密封，过线密封堵头7由密封堵头压板6固定在壳体上部的台阶孔上，主控板组3由螺钉固定在控制盒内部，并由控制盒上盖2及控制盒密封圈10密封，在控制盒上盖2上还设有透明盖面1，主控板组3设有的LCD等显示单元与透明盖面1相对；在主控板组3的下侧设有锂电池4，以提供电子部件用电；在控制盒底座5的一侧设有止转销15，用于限定控制盒底座旋转超过设定角度或超过350°,流道组件17上还设有定位安装孔，使得控制盒部分便于通过定位销16与之连接安装；图3中，其他组件还包含流道组密封圈9、电池盖密封圈12、第一O型密封圈13、第二O型密封圈14，实现密封装配，还包含电池仓与电池盖11，以便于功耗电池的装配。通过控制盒与安装底座的旋转连接，以及透明盖面1与安装底座的轴向夹角安装，方便了流量计数据信息的查看，透明盖面1与安装底座的轴向夹角范围为30°-60°，优选的角度为50°。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种超声波流量计，包含壳体，所述壳体呈直通管道结构，壳体的直通管道结构设有进口端与出口端；在壳体上设有若干超声波换能器组、环境传感器单元、显示单元与控制单元，所述超声波换能器组、环境传感单元、显示单元与控制单元电性连接；其特征在于：所述壳体在直通管道的进口端和/或出口端设有法兰结构；所述直通管道结构靠进口端一侧设有气体整流结构；所述气体整流结构包含横截面呈蜂窝状结构的气流通道，气流通道与直通管道轴向整体平行。
2.如权利要求1所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述直通管道结构的进口端设有导流环，所述导流环整体呈锥形或喇叭形，且导流环的纵截面内壁呈流线型。
3.如权利要求2所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述气体整流结构满足L≥10DH；其中L为气体整流结构长度，DH为气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的水力直径，且是非圆管流动的特征长度；所述蜂窝单元格的水力直径DH＝4A/P，其中A为蜂窝单元格的过流面积，P为蜂窝单元格的湿周。
4.如权利要求1至3任一项所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述气体整流结构满足：d≥50a，其中，d为气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的内切圆直径，a为蜂窝单元格侧壁的壁厚；气流通道所述蜂窝状结构中蜂窝单元格的内切圆直径d满足0.077D≤d≤0.173D，其中D为流道管径。
5.如权利要求1所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述气体整流结构的外缘与直通管道的内径为过盈配合连接。
6.如权利要求1所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述超声波换能器组的数量不小于2，且任一超声波换能器组包含两个超声波换能器；所述超声波换能器为超声波发射-超声波接收为一体的超声波换能器；任一超声波换能器组中的两个超声波换能器呈V形夹角安装于直通管道上，V形夹角的角度在40°～90°。
7.如权利要求6所述的一种超声波流量计，其特征在于：在直通管道的内壁还设有若干修正式聚能反射面结构；任一修正式聚能反射面结构呈弧面形状，所述弧面形状的凹面处于超声波换能器组中超声波发射接收所呈V形路径的拐点区域。
8.如权利要求1所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述环境传感单元包含压力传感单元和/或温度传感单元。
9.如权利要求1所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述壳体上设有安装底座，所述安装底座整体与直通管道结构垂直，所述安装底座上设有控制盒，且控制盒与安装底座为旋转连接。
10.如权利要求9所述的一种超声波流量计，其特征在于：所述显示单元安装在控制盒内，对应的，控制盒设有与显示单元匹配的透明盖面，透明盖面与安装底座的轴向夹角范围为30°-60°。
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