[發明專利]一種超聲波流量測量裝置

無效

• 申請號: 201010216766.5
• 申請日: 2010-07-05
• 公開（公告）號: CN101907472A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 李俊國;蔡波;廖斌
• 申請（專利權）人: 李俊國;蔡波;廖斌
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于超聲波測量技術領域，涉及一種超聲波流量測量裝置。

背景技術

超聲波在流動的流體中傳播時就載上了流體流速的信息，因此通過接收到的超聲波就可以檢測出流體的流速，從而換算成流量，完成流體流量的測試。根據檢測的方式，可分為傳播速度差法、多普勒法、波束偏移法、噪聲法及相關法等不同類型的超聲波流量計。

當采用超聲波對流體流速進行測量時，流體在流路中的速度和方向將導致超聲信號在流體的傳播中出現信號差異，這種差異一方面取決于流體流速和超聲傳播的客觀物理規律，另一方面也取決于超聲傳播的具體流量測量結構所導致的有效傳播路徑，即兩個超聲波換能器在流體管道方向上的間距。這種信號差異可表述為：

式(1)中，Δt為超聲波順流和逆流傳播的時間差，V_流速速為流體流速，L是兩個超聲波換能器在流體管道方向上的間距，為超聲波在流體中的傳播速度。這樣，通過測量出超聲波順流和逆流傳播的時間差，就可以得到流體流速：

從式(2)我們可以看出，時間差Δ_t與間距L成正比，這樣，一般地時間差Δ_t測量精度是確定的，若間距L越大，時間差Δt也越大，則流體流速V_流速測量精度越高。

目前通常使用的流量測量裝置包括：W型、V型、Z型、U型。V型和W型系指超聲波信號與流體管道管壁成一定夾角，信號耦合進入流體后分別經過一次和兩次反射，被另外的超聲波換能器接收，超聲波換能器對彼此擔任發送和接受的角色，類似與通信系統的雙工概念。而當兩個超聲波換能器在流體流動的管壁直接相對，成為Z型，當兩個超聲傳感器垂直與流體管壁并相對時，作為特例也稱直對型。

上面的幾種流量測量裝置，其有效傳播路徑為管徑所約束，當管徑小并且流速低的情況下，測量會發生困難。

為了提高超聲波的有效傳播途徑，U型流量測量裝置在流體管道內通過兩個相對的45度角反射面，將垂直入射的超聲波轉換到水平方向并反射到接收端。這個方案可以延長超聲波傳播的有效傳播路徑，但是在流體管道內部加入的反射面，如導向鏡，對于流體流路的影響比較大，例如雜質存在的場合，系統可能失效。

對于U型流量測量裝置，如2010年01月06日授權公告的、公告號為CN100578162C、名稱為“一種超聲波流量測量裝置”的中國發明專利說明書就公開了一種U型流量測量裝置。如圖1所示，該U型流量測量裝置包括流量殼體1和兩個相匹配的超聲波換能導向組件3，其中流量殼體1與流量管道(圖中未示出)連接。所述超聲波換能導向組件3通過所述流量殼體1上設置的安裝孔插入到所述的流量殼體1中，其中一個超聲波換能導向組件3插入安裝到流量殼體1的上游，另一個安裝在流量殼體1的下游。超聲波換能導向組件3包括超聲波換能器、導向鏡和支架，所述支架插入到所述安裝孔中，在所述支架的上端設置有插入槽，所述超聲波換能器插在該插入槽中，所述導向鏡嵌入在所述支架下端的開口處，在所述支架上，與所述導向鏡對應的位置設置有射流孔。上游的超聲波換能器發出超聲波經與流體流入方向成45度夾角的上游導向鏡90度反射，沿著流體流動相同的方向，傳播到流體殼體下游的超聲波換能導向鏡，經與流體流出方向成45度夾角的下游導向鏡90度反射后，由下游的超聲波換能器接收，這樣得到順流時間T+。同樣方式，下游的超聲波換能器發出超聲波由上游的超聲波換能器得到逆流時間T-。這樣就得到了時間差Δ_t。

從圖1我們可以看出，盡管U型流量測量裝置解決了超聲波有效傳播距離的問題，但是由于在流量殼體1插入了超聲波換能導向組件3，尤其是其下端的導向鏡使得流體流路截面縮小，雜質存在的場合，易發生堵塞，造成流量測量裝置的失效。

發明內容

本發明的目的在于克服現有U型超聲波流量測量裝置在小管徑情況下易發生堵塞的技術問題，提供一種即可以提高超聲波有效傳播距離，又不容易發生堵塞的超聲波流量測量裝置。

為實現上述發明目的，本發明的超聲波流量測量裝置，包括流體管道以及在流體管道內管壁上間隔一定距離L、垂直于管壁相對安裝的上下游超聲波換能器，其特征在于，

在流體管道內上下游超聲波換能器正對面分別安裝有一反射塊，上游反射塊的反射面與流體流入方向成35度到43度的夾角θ_上游，下游反射塊的反射面與流體流出方向成35度到43度的夾角θ_下游，且夾角θ_下游＝夾角θ_上游；

間距L滿足：