超聲波流量計量管段的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于超聲波流量計量領域，具體涉及一種超聲波流量計量管段,在所述計量管段上設有兩個超聲波換能器，在管道內部設有反射鏡，所述兩個換能器傾斜設置，其發射超聲波平面上的法線在一個直角坐標系中具有三個分量，所述直角坐標系的一個軸平行于計量管段延伸方向。本實用新型技術方案能夠在三維空間范圍內測量流體平均流速，提高測量精度，且反射鏡面數低至2片，在保證傳輸距離的基礎上，最大程度的簡化安裝過程，還能夠減少反射鏡面帶來的雜波對測量結果的影響。
【專利說明】超聲波流量計量管段

【技術領域】
[0001]本實用新型屬于超聲波流量計量領域，具體涉及一種超聲波流量計量管段。

【背景技術】
[0002]采用時差法原理制造的超聲波流量計是目前流行的超聲波流量計設計方法之一。其設計原理為:安裝有雙向超聲波收發一體化換能器的流體計量管道，在順流和逆流方向交替發射超聲波信號并接收超聲波產生回波信號，并以此計算出超聲波在流體傳播中，一次交替所產生的傳播時差，后經相關轉化數學模型計算出管道內流體流量。因此，在超聲波流量計量管段上通常設置兩個安裝孔用于安裝超聲波換能器；另一方面，為了使兩個超聲波換能器能夠互相收發超聲波，在管道內部還應當設置有反射鏡，用于反射超聲波使其能夠到達另一個換能器。
[0003]在現有技術中，超聲波換能器以及管道內反射鏡的安裝方式多種多樣，主要由如下幾種:1)U型反射:如圖1 (a)所示，換能器豎直設置，同時在計量管道內部安裝反射鏡架，用于安裝兩個相對的反射鏡，形成一個U型的反射路線。對于這種類型的安裝方式，缺點在于管道內部安裝反射鏡架會增大管道壓力損失，產生中心流體紊流狀態，另外U型反射路線中含有無效的豎直傳輸時間，會增大測量誤差，關鍵在于U型反射路線測量的是計量管段中流體的中心流速，相當于一維測量，不能夠全面概括管道中流體的平均流速；2) V型反射:如圖1 (b)所示，兩個換能器傾斜設置，在管道內部管壁上設置一反射鏡，形成V型反射路線，此種安裝方式能夠克服U型反射產生的壓損、紊流等問題，并且避免了無效的豎直傳輸時間，在二維空間范圍內測量流體流速，但是此種反射路線的缺點在于超聲波在計量管段內的傳輸距離較短，測量靈敏度不高；3)W型反射:兩個超聲波換能器傾斜設置，在管道內部管壁上設置三個反射鏡，形成W型反射路線，能夠克服V型反射傳播路線短，靈敏度不高的問題，但是在這種反射方式中仍然是在二維空間范圍中測量流體流速，不能測量流體在三維空間中的平均流速。
實用新型內容
[0004]為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種能夠測量流體三維空間平均流速的超聲波流量計量管段。
[0005]為實現以上目的，本實用新型采用的技術方案為:一種超聲波流量計量管段，在所述計量管段上設有兩個超聲波換能器，在管道內部設有反射鏡，所述兩個換能器至少有一個傾斜設置，其發射超聲波平面上的法線在一個直角坐標系中具有三個分量，所述直角坐標系的一個軸平行于計量管段延伸方向。
[0006]優選地，所述兩個超聲波換能器均為傾斜設置；在所述計量管段管壁上設有兩個反射鏡，所述反射鏡的法線方向在直角坐標系中有兩個分量，其中，第一反射鏡設于兩個超聲波換能器之間相對的管壁上并偏向一側，第二反射鏡設于兩個超聲波換能器之間相對的管壁上并偏向另一側。
[0007]更優選地，所述超聲波換能器設置在計量管段上開設的超聲波換能器安裝孔內，沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔在計量管段管壁上的基準位置重合，孔壁朝向兩個相反方向。
[0008]更優選地，所述超聲波換能器設置在計量管段上開設的超聲波換能器安裝孔內，沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔在計量管段管壁上的基準位置錯開不重合，孔壁朝向兩個相反方向。
[0009]按照本實用新型技術方案中內容設置超聲波換能器和反射鏡，有益效果在于:1)能夠在三維空間范圍內測量流體平均流速，提高測量精度；2)反射鏡面數低至2片，在保證傳輸距離的基礎上，最大程度的簡化安裝過程，還能夠減少反射鏡面帶來的雜波對測量結果的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是現有技術中的超聲波計量管段中超聲波傳播路徑:(a)U型反射路徑；(b)V型反射路徑；(c) W型反射路徑；
[0011]圖2是本實用新型第一實施例的剖視示意圖；
[0012]圖3是本實用新型第一實施例的立體圖；
[0013]圖4是本實用新型的側視圖:(a)第一實施例；(b)第二實施例。

【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖對本實用新型做進一步描述。
[0015]實施例1:參見圖2和圖3，一種超聲波流量計量管段，在所述計量管段上設有兩個超聲波換能器安裝孔用于安裝第一、第二超聲波換能器1、4，在管道內部還設有反射鏡，用于將超聲波信號反射送達接收換能器。所述兩個換能器至少有一個傾斜設置，在本實施例中兩個換能器都為傾斜設置，其發射超聲波平面上的法線在一個直角坐標系中具有三個分量，所述直角坐標系的一個軸平行于計量管段延伸方向，也就是說所述第一、第二換能器1、4與計量管段形成一個空間的傾斜角度，即與計量管段橫截面和縱截面均存在一定角度。
[0016]優選地，在所述計量管段管壁上設有第一、第二反射鏡2、3，所述兩個反射鏡的法線方向在直角坐標系中有兩個分量，其中，第一反射鏡設于兩個超聲波換能器安裝孔之間相對的管壁上并偏向一側，第二反射鏡設于兩個超聲波換能器安裝孔之間相對的管壁上并偏向另一側。
[0017]更優選地，參見圖4 Ca),所述超聲波換能器設置在計量管段上開設的超聲波換能器安裝孔內，沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔在計量管段管壁上的基準位置重合，孔壁朝向兩個相反方向，且所述換能器安裝孔基準位置與兩個反射鏡呈等邊三角形布置。
[0018]實施例2:參見圖4 (b),與實施例1的其他部分相同，區別在于:沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔基準位置錯開不重合，孔壁朝向兩個相反方向；另外，相對于實施例1，兩個反射鏡面2、3的位置往下偏移，以滿足超聲波反射角度需求。所述換能器基準位置與兩個反射鏡呈在兩個方向上反向延伸的等邊三角形。
[0019]在工作過程中，第一換能器I發射超聲波信號傳輸至第一反射鏡I后反射至第二反射鏡3，再次反射后直接到達傾斜的第二換能器4。所述第一、第二換能器與計量管段形成一個空間的傾斜角度，即與計量管段橫截面和縱截面均存在一定角度，使得換能器發出的超聲波信號能夠到達位于下壁一側的反射鏡。從計量管段側面看，超聲波傳輸路徑為等邊三角形，在順流和逆流方向交替發射超聲波信號并接收超聲波產生回波信號，并以此計算出超聲波在流體傳播中，一次交替所產生的傳播時差，后經相關轉化數學模型即可計算出管道內流體流量。
[0020]第一、第二換能器的傾斜設置使得所有的傳輸路徑中沒有無效的垂直傳輸距離，減少垂直傳輸距離帶來的測量誤差。另外，本設計的傳輸路徑經過計量管段橫截面的不同部位，測量流體在三維空間范圍的平均流速。再一方面，反射鏡在傳播超聲波的過程中會產生漫反射形成雜波信號，在真正有效超聲波信號之前到達測量電路，反射鏡的個數越多，雜波信號就會隨之增多，反射鏡個數的減少能夠減少在超聲波傳播過程中產生的雜波信號，提高測量精度。
[0021]在本設計中，反射鏡的個數低至2片，在滿足測量平均流速的前提條件下，保證適當的傳輸距離，既能夠避免傳輸距離過短引起的靈敏度不高的問題，又能夠克服傳輸距離過長導致的信號衰減，減小測量誤差，實現最為簡單的測量流體平均流速的管段結構，是結構合理且有效的超聲波流量計量管段。
【權利要求】
1.一種超聲波流量計量管段，在所述計量管段上設有兩個超聲波換能器，在管道內部設有反射鏡，其特征在于:所述兩個換能器至少有一個傾斜設置，其發射超聲波平面上的法線在一個直角坐標系中具有三個分量，所述直角坐標系的一個軸平行于計量管段延伸方向。
2.根據權利要求1所述的一種超聲波流量計量管段，其特征在于:所述兩個超聲波換能器都傾斜設置；在所述計量管段管壁上設有兩個反射鏡，反射鏡的法線方向在直角坐標系中有兩個分量，其中，第一反射鏡設于兩個超聲波換能器安裝孔之間相對的管壁上并偏向一側，第二反射鏡設于兩個超聲波換能器安裝孔之間相對的管壁上并偏向另一側。
3.根據權利要求1或2所述的一種超聲波流量計量管段，其特征在于:所述超聲波換能器設置在計量管段上開設的超聲波換能器安裝孔內，沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔在計量管段管壁上的基準位置重合，孔壁朝向兩個相反方向。
4.根據權利要求3所述的一種超聲波流量計量管段，其特征在于:沿所述計量管段軸線方向看，所述換能器安裝孔基準位置與兩個反射鏡呈等邊三角形布置。
5.根據權利要求1或2所述的一種超聲波流量計量管段，其特征在于:所述超聲波換能器設置在計量管段上開設的超聲波換能器安裝孔內，沿所述計量管段軸線方向看，所述兩個換能器安裝孔在計量管段管壁上的基準位置錯開不重合，孔壁朝向兩個相反方向。
6.根據權利要求5所述的一種超聲波流量計量管段，其特征在于:沿所述計量管段軸線方向看，所述換能器安裝孔基準位置與兩個反射鏡呈在兩個方向上反向延伸的三角形布置。
【文檔編號】G01F1/66GK204255423SQ201420791595
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】姜躍煒 申請人:姜躍煒