[發(fā)明專利]一種輔助聲道式超聲波流量計測量塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310340437.5
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103424152A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 傳新;何俊;葉朋
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué);天信儀表集團有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲波流量計測量塊，特別是涉及一種輔助聲道式超聲波流量計測量塊。

背景技術(shù)

目前，基于直接時差法的管段式超聲波流量計消除了管道材質(zhì)銹蝕和襯里與管道間存在間隙所產(chǎn)生的信號衰減，精度普遍較高，具有廣闊的發(fā)展前景。超聲波換能器作為關(guān)鍵的測量元件，其性能穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到超聲波流量計的零點穩(wěn)定性。

近年來，超聲波換能器獲得了越來越多的關(guān)注，不論是在理論研究還是制造工藝方面，都取得了一定的進步。但是隨著管段口徑的增大以及溫度壓力的變化，現(xiàn)有超聲波換能器的零點漂移問題越來越嚴(yán)重。在超聲波流量計中，將靜態(tài)時超聲波信號的順逆流傳播時間差稱為零點，將由于實際工況變化所導(dǎo)致的零點變化稱為零點漂移。零點漂移問題直接影響到流量計的計量精度，嚴(yán)重降低了超聲波流量計的可靠性和實用性，成為制約超聲波流量計發(fā)展的主要因素之一。

目前針對這種情況所提出的一種改進措施是對超聲波換能器進行配對，選擇參數(shù)近似的兩個換能器作為一對，使得兩個換能器具有相似的零點漂移量，以抵消零點漂移對測量的影響；另外一種改進措施是選擇溫度壓力穩(wěn)定性好的匹配層材料，并對制作好的換能器進行老化處理；在外夾式超聲波流量計領(lǐng)域中，還可以利用管壁中傳播的超聲波信號作為參考信號，對測量信號中的零點漂移量進行修正。

但上述改進方法尚存在一些不足：對超聲波換能器進行配對可以一定程度地減小零點漂移對流量計計量精度的影響，但是無法完全消除這一影響，且目前也沒有十分完善的配對準(zhǔn)則；對匹配層材料的組分進行優(yōu)化可以提高超聲波換能器的穩(wěn)定性，但組分變化會引起材料聲阻抗、密度等參數(shù)的改變，進而影響換能器的靈敏度，另外老化處理對換能器穩(wěn)定性的改善作用也是有限的；在外夾式超聲波流量計領(lǐng)域中，參考信號需通過管壁傳播，受管道材質(zhì)和襯里的影響較大，往往需要針對不同管段材質(zhì)和襯里設(shè)計不同的聲楔結(jié)構(gòu)和特定的換能器，同時，測量口徑越小則誤差越大，適用性較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種輔助聲道式超聲波流量計測量塊，以代替原有的兩個獨立的普通超聲波換能器，在不影響測量精度的條件下消除超聲波流量計的零點漂移問題，保證超聲波流量計長期工作時的精度和穩(wěn)定性。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明包括兩個分時復(fù)用于超聲波信號發(fā)射與接收的能量轉(zhuǎn)換模塊和用于傳遞參考脈沖信號的輔助聲道模塊，兩個能量轉(zhuǎn)換模塊的斜端面尖角向內(nèi)粘結(jié)在輔助聲道模塊左、右兩側(cè)的同一表面上，輔助聲道模塊上、下表面分別粘貼有銅箔。

所述的兩個能量轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)相同，斜端面與底面的夾角為30°～40°，其斜端面所對的另一側(cè)端面上開有一個圓柱孔，圓柱孔由內(nèi)向外依次粘結(jié)有壓電陶瓷片和背襯，導(dǎo)線連接壓電陶瓷片的正負極。

所述輔助聲道模塊是一個扁長的實心長方體，其長度L和厚度h根據(jù)超聲波第一次到達輔助聲道模塊與被測介質(zhì)的交界面并發(fā)生發(fā)射和透射后，輔助聲道模塊中的超聲波分量在輔助聲道模塊中反復(fù)反射后剛好能夠到達透射到被測介質(zhì)中的超聲波分量經(jīng)管壁反射一次后再次透射回輔助聲道模塊時所處位置的原則計算得出；所述的銅箔位于超聲波第一次到達輔助聲道模塊和被測介質(zhì)的交界面時所處的位置與經(jīng)管壁反射一次后再次透射回輔助聲道模塊時所處另一位置之間，且上、下表面上的銅箔位置相對稱。

所述的兩個能量轉(zhuǎn)換模塊和輔助聲道模塊均為相同的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料；所述粘結(jié)劑是液態(tài)的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，其組分與能量轉(zhuǎn)換模塊和輔助聲道模塊所用的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料相同。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、在不影響測量精度的條件下，消除了超聲波流量計的零點漂移問題，保證超聲波流量計長期工作時的精度和穩(wěn)定性；

2、將接收端和發(fā)射端換能器集成到一起，不需要進行配對，節(jié)省時間，提高了生產(chǎn)效率；

3、輔助聲道模塊不受管道材質(zhì)和襯里的影響，針對不同管段和襯里不需要進行特別的設(shè)計，提高了換能器的適用性。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于超聲波熱量表、超聲波水表等領(lǐng)域，特別適用于溫度、壓力變化明顯，流量計零點漂移嚴(yán)重的測量場合。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明涉及的能量轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明涉及的輔助聲道式超聲波流量計測量塊的工作示意圖。