[發明專利]超聲波流量計探頭及探桿式超聲波流量計

在審

• 申請號: 201710219726.8
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107014448A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 宋相敏;陳魏巍
• 申請（專利權）人: 上海新拿電子科技有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙)31294
• 代理人: 孫佳胤

技術領域

本發明涉及測量技術領域，尤其涉及一種超聲波流量計探頭及探桿式超聲波流量計。

背景技術

根據對信號檢測的原理不同，目前超聲波流量計大致可以分為傳播速度差法(包括：直接時差法、時差法、相位差法、頻差法)、波束偏移法、多普勒法、相關法、空間濾波法及噪聲法等類型。其中，噪聲法的結構及原理最為簡單，且便于測量和攜帶、價格便宜，但是噪聲法測量的準確度較低，僅適用于在流量測量準確度要求不高的場合使用。直接時差法、時差法、頻差法和相位差法的基本原理都是通過測量超聲波脈沖順流和逆流的傳播速度之差來反映流體的流速，故又統稱為傳播速度差法。其中，頻差法和時差法克服了聲速隨流體溫度變化帶來的誤差，準確度較高，因而被廣泛使用。

傳統的時差法超聲波流量計的工作原理為：超聲波在流動的流體中傳播時就載上流體流速的信息，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。超聲脈沖穿過管道從一個傳感器到達另一個傳感器，當流體不流動時，聲脈沖以相同的速度在兩個方向上傳播。如果管道中的流體有一定流速，則順著流動方向的聲脈沖會傳輸的快些，而逆著流動方向的聲脈沖會傳輸的慢些，這樣，順流傳輸時間會短些，而逆流傳輸時間會長些。通過信號處理器計算處理出當前介質的流量。

傳統超聲波流量計為非接觸式儀表，采用耦合劑吸附于介質容器或管道外壁，適于測量不易接觸和觀察的流體流量。由于采用非接觸式測量，流量計在使用過程中受到極大制約，超聲波經過聲波發射換能器發出必須經過兩層干擾介質(耦合劑與介質容器或管道外壁)才能與被測介質接觸，在穿過被測介質后又必須穿過兩層干擾介質(介質容器或管道外壁與耦合劑)才能到達聲波接收換能器。因而對于低流量介質測量結果準確度造成極大的影響；與此同時，非接觸式在測量大管道介質時(管徑大于1500毫米)，超聲波換能器的準確安裝是個極大的難題。

為了解決這一問題，探桿式超聲波流量計應運而生。渦街流量計是目前廣泛使用的一種探桿式超聲波流量計，渦街流量計的探頭包含一渦街發生裝置。渦街流量計是利用卡門渦街流量原理進行測量的，在測量管中垂直插入一個柱狀物，流體通過柱狀物時，在一定條件下，在柱狀物兩側就會交替產生兩列有規則的漩渦。傳統的渦街流量計采用壓電敏感元件將流體的振動信號轉換成電信號，并利用比較器、信號處理方法等手段實現渦街頻率信號的檢測，進而實現流量計算。但也正式由于直接將頻率信號進行變送，當受到外界干擾時，測量值就會遠遠低于實際值，正因為如此，傳統渦街流量計無法對低速進行測量，也就是低頻信號易受電磁干擾；而且渦街流量計是采用取壓孔或插入式檢測元件感應漩渦，一旦介質中的雜質嵌入取壓孔或感應元件與表體間的縫隙，則造成信號變弱或不穩定。因此，如何提高超聲波流量計測量的準確度，是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供了一種超聲波流量計探頭及探桿式超聲波流量計，用以解決現有的超聲波流量計測量的準確度較低的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種超聲波流量計探頭，包括流體采集腔、第一超聲波信號收發裝置、第二超聲波信號收發裝置、第一陶瓷片、第二陶瓷片和超聲波信號處理器；其中：所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片位于所述流體采集腔內的相對兩側；所述第一超聲波信號收發裝置，連接所述第一陶瓷片，通過所述第一陶瓷片向所述第二陶瓷片發送超聲波并接收從第二陶瓷片發送的超聲波；所述第二超聲波信號收發裝置連接所述第二陶瓷片，通過所述第二陶瓷片向所述第一陶瓷片發送超聲波并接收從第一陶瓷片發送的超聲波；所述超聲波信號處理器，同時連接所述第一超聲波信號收發裝置和所述第二超聲波信號收發裝置，通過對比兩個相對的陶瓷片之間的超聲波信號測定流過所述流體采集腔的流體流速。

優選的，所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片均為高溫耐磨陶瓷片。

優選的，所述第一超聲波信號收發裝置和所述第二超聲波信號收發裝置分別與所述流體采集腔焊接。

優選的，所述第一陶瓷片卡接于所述流體采集腔內側上表面；所述第二陶瓷片卡接于所述流體采集腔內側下表面。

優選的，所述流體采集腔內側下表面相對于所述流體采集腔內側上表面傾斜設置。

優選的，所述第二陶瓷片相對于所述第一陶瓷片傾斜設置。

優選的，所述流體采集腔為兩端開口的中空結構，其一端開口為流體入口，另一端開口為流體出口；所述流體入口的口徑小于所述流體出口的口徑。

優選的，所述流體入口為倒角設置，所述流體出口為敞口設置。