[發明專利]一種壓電振子內嵌式寬波束超聲液體流量測量裝置

有效

• 申請號: 201811010443.3
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109141556B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 付新;張釗;高志堅;肖繼偉;胡亮
• 申請（專利權）人: 浙江啟爾機電技術有限公司
• 主分類號: G01F1/66
• 分類號: G01F1/66
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發明涉及一種壓電振子內嵌式寬波束超聲液體流量測量裝置，該裝置包括管段、第一激振源、第二激振源以及控制運算部，激振源由凸臺、壓電振子、預緊密封結構及激振源引線組成；凸臺與管段為一體結構，二者之間不存在斷面或其他介質；壓電振子通過耦合劑直接與凸臺接觸，預緊密封結構為其提供預緊力并保證密封，控制運算部為壓電振子提供激勵電信號并對接收信號進行處理，獲得管段內流體流量。本發明裝置激振源結構簡單緊湊，加工成本低，且不與流體接觸，不對流場造成干擾；壓電振子通過耦合劑與管壁緊貼，無匹配層，提高能量傳遞效率；激振源帶動管壁振動形成較大發射面，具有一定抗氣泡、固體雜質干擾的能力。

技術領域

本發明涉及一種超聲流量測量裝置，尤其是涉及一種壓電振子內嵌式寬波束超聲液體流量測量裝置。

背景技術

超聲流量測量儀表是通過觀測受流體影響、能夠反映流體流速的超聲波進行流量測量的儀表?！皶r間差法”是一種常見的測量原理，當管路內的待測流體流動時，發射端換能器產生的超聲波在穿過介質過程中，實際的傳播速度可看作靜止流體中的聲速與流體流速的矢量疊加。因此對于同一路程，聲波在順流與逆流情況下傳播時間是不同的，通過精準測量順逆流的渡越時間便可以求出待測流體流速進而得到流量。

中國專利公開號CN106153132A，公開日2016年11月23日，發明創造的名稱為基于Lamb波的非接觸式流體流量測量系統及方法，該申請案公開了一種非接觸式流體流量測量系統，該系統使用特殊的換能器激發管壁產生共振，在較大的管壁區域產生Lamb波對管內流體流速進行測量，該測量方式對氣泡雜質等具有一定抗干擾性，且安裝較為方便，其不足之處是設置于管道外部且工作表面不與被測管道接觸的換能器系統能量傳遞效率低，接收信號信噪比差。

相比侵入式或插入式超聲流量測量裝置，外夾式裝置的聲波往往會在管壁中傳播較長的距離，但外夾式受管道條件影響較大，聲波信號往往有較大損耗；侵入式與插入式超聲流量測量裝置換能器與流體直接接觸，信號損耗小，但是換能器周圍的流體流場狀態復雜，對聲波信號的干擾不可忽視，此外聲束作用范圍相對較小，容易受氣泡、雜質顆粒等影響。本發明專利綜合考慮外夾式與侵入式超聲裝置的優缺點，計劃設計一種非接觸式且聲波信號損耗小的超聲流量測量裝置。

發明內容

本發明的目的在于解決以下問題：

(1)現有外夾式超聲流量測量裝置在測量之前需要清潔除垢、反復安裝定位，測量準備工作復雜繁瑣，而且信號容易受測量管道狀況的影響；

(2)現有侵入式管段超聲流量測量裝置換能器直接與流場接觸，會對流場造成一定干擾，同時對待測流體的性質有要求；

(3)現有侵入式超聲流量計聲波信號容易受到測量介質中氣泡、雜質顆粒的影響，使得接收信號衰減。

一種壓電振子內嵌式寬波束超聲液體流量測量裝置包括管段、第一激振源、第二激振源以及控制運算部；

所述的第一激振源包括第一凸臺、第一壓電振子、第一預緊密封結構、第一激振源引線；第二激振源包括第二凸臺、第二壓電振子、第二預緊密封結構、第二激振源引線；

所述的第一激振源與第二激振源位于管段異側，并且第二激振源的第二壓電振子位于第一激振源的第一壓電振子的對側且二者的中心線相平行；

所述的第一凸臺與管段為一體結構，二者之間不存在斷面或者其他介質，第一凸臺設置第一截斷面并帶有第一安裝孔；第二凸臺與管段為一體結構，二者之間不存在斷面或者其他介質，第二凸臺設置第二截斷面并帶有第二安裝孔；

所述的第一壓電振子嵌入第一凸臺的第一安裝孔內，并通過耦合劑直接與第一凸臺接觸，第一預緊密封結構為第一壓電振子提供預緊力、確保定位，同時進行密封以杜絕第一壓電振子與第一激振源之外的介質接觸；第一激振源引線從第一壓電振子的兩極引出，穿過第一預緊密封結構，與控制運算部相連；