CN109752056A - 一种超声波气体计量装置的流道结构及超声波计量表 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声波气体计量装置的流道结构及超声波计量表。其特征在于方形流道上设置两个安装孔，两个安装孔上分别安装第一超声波换能器和第二超声波换能器；方形流道前端设置方形前直管，方形前直管前端配合设置文丘里整流器，文丘里整流器前端配合设置蜂窝整流器，气体介质经蜂窝整流器、文丘里整流器和方形前直管进入方形流道；方形流道内设置多个薄片式整流片，多个薄片式整流片从出气口接头***方形流道。本发明通过采用多级整流的方式，使用本流道结构可以有效的将管道内的气体整流成稳定的层流状态，减小了超声波测量区域的气体波动，从而提高了超声波检测的重复性及小流量的稳定性，又最大限度的减小了压力损失。

Description

一种超声波气体计量装置的流道结构及超声波计量表

技术领域

本发明涉及一种超声波气体计量装置的流道结构及超声波计量表。

背景技术

天然气作为一种清洁、高效的优质的能源成为国内能源结构的首选。随着天然气的广泛使用，作为城市天然气用户贸易计量所使用的燃气表，如何能实现公平计量尤其重要。随着燃气输气管道的兴建与普及，燃气表如雨后春笋般涌现，从机械式到电子式，从传统膜式表到全电子超声波燃气表，新概念新技术的不断涌现，各种流量计的准确度及使用范围也在不断提高，超声表由于其先进技术、易智能化优点，正在逐渐从工业领域走向家用领域。尤其近几年超声波燃气表正以强劲的势头在燃气表市场中崭露头角，然而超声波燃气表也属于速度式流量计的一种，对测量管道内的流场影响比较敏感，会影响超声波燃气表计量性能，同时对超声波换能器及流道结构位置的安装要求较高。

目前用于家用和商用超声波燃气表所使用的超声波换能器安装方式多采用先固定在压盖板上，然后由上而下***整流器后再将压盖板与主流道固定安装，由于这种安装方式要求尺寸精度高，不易安装定位，工艺性一致性不好，生产效率低下，同时整流效果欠佳，流道内气流扰动较大，小流量测量精度及稳定性较差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种超声波气体计量装置的流道结构及超声波计量表的技术方案。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于包括方形流道，方形流道上设置两个安装孔，两个安装孔上分别安装第一超声波换能器和第二超声波换能器；所述方形流道前端设置方形前直管，方形前直管前端配合设置文丘里整流器，文丘里整流器前端配合设置蜂窝整流器，气体介质经蜂窝整流器、文丘里整流器和方形前直管进入方形流道；所述方形流道内设置多个薄片式整流片，方形流道后端设置的方形后直管构成出气口接头，多个薄片式整流片从出气口接头***方形流道。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述两个安装孔内均设置筛网。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述两个安装孔设置在方形流道的同侧或者异侧对射。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述方形流道的顶面和底面对称开设凹槽，所述薄片式整流片沿凹槽竖向***方形流道。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述蜂窝整流器由蜂窝网及外层方管护套组成，外层方管护套上设置有对称内凹槽，内凹槽与文丘里整流器外壁上对称的凸型件组成卡扣结构。

所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述文丘里整流器的内壁由缩进曲面构成，与方形前直管构成的外夹角为θ，θ为钝角。

利用所述的流道结构的超声波计量表，其特征在于：流道结构安装在超声波计量表的燃气表内腔中，基表进气口安装控制阀，控制阀将经基表进气口进入的气体介质换向90度且指向基表出气口中轴线方向，控制阀的出口位于蜂窝整流器上方；基表出气口通过出气口弯管连接所述出气口接头。

利用超声波计量表来提高超声波检测性能的方法，其特征在于：气体介质从基表进气口进入基表壳体，气体介质在控制阀作用下换向90度且指向基表出气口中轴线方向，且控制阀的出口位于蜂窝整流器上方，气体介质由外部紊乱的气流通过控制阀缓冲转向后进入基表内腔得到进一步的缓冲；然后基表内腔的气体介质通过蜂窝整流器、文丘里整流器及方形前直管段三级整流，增强了流场的均匀度，使得气流稳定，由于蜂窝整流器流通截面积大，使得气体介质产生的压损极小；气体介质经过前端整流后，将气流引入方形流道内，方形流道内设有多片不锈钢薄片式整流片，能够将气流进一步整流成具有稳定气流的层流状态，此区域内为超声测量的核心区域，层流经过方管流道后接入后端的方形后直管，通过出气口弯管连至基表出气口流出，不仅压力损失小，同时减小了测量区域的气流扰动提高了重复性及小流量的测量精度。

本发明与现有结构优缺点对比如下：

1、传统超声波流道结构导致小流量及计量稳定性差的；

本发明的流道结构入口端先经过蜂窝整流器将基表壳体内部的流体前级整流后，再经过一段文丘里整流器，将气流引入方形流道内，方形流道内设有多片不锈钢薄片式整流片，其目的将气流变成均匀层流状态，此区域内为超声测量的核心区域，层流经过方管流道后接入后端的方形后直管，通过出气口弯管连至基表出气口流出；该结构不仅压力损失小，同时减小了测量区域的气流扰动提高了重复性及小流量的测量精度；

2、传统固定超声波换能器的盖板与流道主体是分离的结构，金属整流片不易安装定位，而且安装超声波换能器的盖板存在安装误差，会导致每次安装时超声波换能器之间的传播路径产生偏差，从而影响超声波基表的一致性；

本发明中测量区域的方形流道采用整体设计，超声波换能器直接安装在方形流道管壁上，安装过程不存在超声波换能器之间的传播路径产生偏差问题，同时方形流道管壁内与气流水平方向上设有多条凹槽，便于薄片式整流片由方形流道尾部整体***，不仅安装方便，同时多层薄片式整流片安装垂直度较高且无松动，将整流效果达到最佳；

3、 传统的两个超声波换能器以45度安装角度***测量管道时，探头顶部的安装孔与测量管壁会存在一定的空腔区域，当有管道内有气体流动时在超声波换能器顶部会存在气体扰动，将对气体介质测量将产生影响；

本发明中两个超声波换能器的安装孔内与方形流道管壁端设有筛网，可以避免因超声波探头顶部空腔区域的存在，而影响测量精度；

4、传统经基表进气口进入的气体是直接进入基表壳体，对气流进行缓冲的力度不够，造成测量不稳；

本发明在基表进气口安装控制阀，控制阀将经基表进气口进入的气体介质换向90度并指向基表出气口中轴线方向，其目的主要是将由基表进气口进入的外部紊乱的气流，通过控制阀缓冲转向后进入基表内腔进一步的缓冲，增强缓冲效果。

附图说明

图1是本发明超声波气体计量装置的流道结构；

图2是本发明安装在基表壳体内的剖视图；

图3是本发明流道结构的俯视视图；

图4是本发明的流道结构的剖视图；

图5是本发明的蜂窝整流器的结构示意图；

图6是本发明的文丘里整流器与方形前直管连接的局部剖视图；

图7是本发明超声波气体计量装置对射式的流道结构；

图中：1-第一超声波换能器，2-第二超声波换能器，3-蜂窝整流器，4-气体介质，5-文丘里整流器，6-方形流道，6a-方形前直管，6b-方形后直管，7-薄片式整流片，9-出气口接头，10-筛网，11-电路板，12-安装孔，15-超声波气体计量装置， 21-基表进气口，22-控制阀，23-出气口弯管，24-基表出气口，25-基表壳体，26-基表内腔。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明超声波气体计量装置的流道结构包括：第一超声波换能器1、第二超声波换能器2、蜂窝整流器3、文丘里整流器5、方形流道6、方形前直管6a、方形后直管6b、薄片式整流片7、出气口接头9、筛网10和安装孔12，两个安装孔12置于流道结构上方与气体流动方向平行居中对称安装，第一超声波换能器1、第二超声波换能器2设置在方形流道的同侧或者异侧，同侧安装需要成45°V形朝上的方式，也可以是异侧对射的方式；第一超声波换能器1、第二超声波换能器2安装在安装孔12内，并通过外部卡扣部件将其固定；如图3所示，当管道内有气体介质4流动时，电路板11利用测得的第一超声波换能器1、第二超声波换能器2之间的传播时间差△T与管道内的气体介质流速成正比的关系，计算得到管道内的气体介质流量。

方形流道前端设置方形前直管，方形前直管前端配合设置文丘里整流器，文丘里整流器前端配合设置蜂窝整流器，气体介质经蜂窝整流器、文丘里整流器和方形前直管进入方形流道；蜂窝整流器3、文丘里整流器5及方形前直管段6a组成前端三级整流结构，其目的是将入口端紊乱气体介质4经过前级整流后，提高流场的均匀度，使得气流稳定，由于蜂窝整流器流通截面积大，使得气体介质产生的压损极小。

方形流道内设置多个薄片式整流片，方形流道后端设置的方形后直管构成出气口接头，多个薄片式整流片从出气口接头***方形流道；气体介质经过前端整流后，进入薄片式整流片7，将气流进一步整流成具有稳定气流的层流状态，该区域为超声波换能器的测量区域，紧接着出气口弯管23***出气口接头9尾部，由卡扣结构安装固定。

图2是本发明安装在基表壳体内的剖视图，基表壳体25上设置基表进气口21、控制阀22、基表内腔25、出气口弯管23、基表进气口24，基表进气口21、基表进气口24与燃气表壳体25在同一平面上，流道结构和电路板11构成的超声波气体计量装置15安放在基表壳体25内部，入口处蜂窝整流器3垂直方向与基表进气口21和基表进气口24中心位置在同一平面，同时置于基表进气口21方向及控制阀22下部位置，出气口弯管23前端的方形结构***超声波气体计量装置15的出气口接头9通过卡扣安装密封连接，出气口弯管23另一端的圆管结构外部内嵌有密封圈***基表出气口24密封连接。

控制阀22入口端的圆管外部内嵌有密封圈可直接***基表进气口21密封连接，控制阀22出口端朝向基表出气口24方向，并且轴线方向与基表进气口21和基表出气口24轴线在同一平面；控制阀22选用90°弯管结构阀门，即阀门入口和出口形成90°转角，控制阀出口端朝向基表出气口方向，且轴线方向与基表进气口和基表出气口轴线在同一平面，其目的主要是将由基表进气口21进入外部紊乱的气流，通过阀门缓冲转向后进入基表内腔25进一步的缓冲，增强缓冲效果。

图3是本发明流道结构的俯视视图，超声波换能器的安装孔12与方形流道顶部平面成45°角开孔，两个超声波换能器的安装孔12中心线与气体流动方向平行，且中心线置于超声波气体计量装置15顶部平面中心对称位置。筛网10安装在超声波换能器安装孔12内，与超声波气体计量装置15顶部内壁在一平面，其主要目的是解决因第一超声波换能器1、第二超声波换能器2安装后在超声波换能器的安装孔12底部区域会有空腔存在，气体流动时会形成气流扰动，将会影响小流量测量精度的问题。

图4是本发明的流道结构的剖视图，方形流道的顶面与底面设置有多条长短相同间离相等对称的凹槽，方向与气体流动方向平行，凹槽起始端为方形前直管6a之后，截止端为出气口接头9起始位置，薄片式整流片7为长方形结构，由出气口接头9后端沿气体流动方向平行方向凹槽，后端由出气口弯管23***后将薄片式整流片7安装固定，安装完毕后多片薄片式整流片7之间间距相等各平面平行。薄片式整流片7区域为超声波换能器的测量区域，该区域整流效果的好坏之间影响计量精度及稳定性，而层流状态测量区域计量性能最佳，故薄片式整流片7主要是将前端气体流量紊流状态转换为层流状态，提高测量精度与稳定性。

图5是本发明的蜂窝整流器的结构示意图，蜂窝整流器3由等边6角型的蜂窝网及外层方管护套组成，外层方管护套上设置有对称内凹槽，与文丘里整流器5外壁上对称的凸型件组成卡扣结构，精密结合固定安装。蜂窝整流器3内由多个大小相等、分布均匀的正六边形组成，其中每个正六边形的边长L1为3mm,每两个六边形相邻的边厚度M为0.2mm。其主要目的是将外部气流紊乱气体介质经过前级整流变为均匀分布的气流，提高测量精度与稳定性。

图6是本发明的文丘里整流器与方形前直管连接的局部剖视图，文丘里整流器5内壁是由缩进曲面构成，与方形前直管6a构成的外夹角θ为120°，文丘里整流器5从入口到方形前直管6a前端定义为长度L，L=10mm。通过该结构可以进一步的将外界的紊流变为分布均匀方向相同的稳定气流，有利于提高测量稳定性。

图7是本发明超声波气体计量装置对射式的流道结构，两个安装孔12置于流道结构上方和下方，且方形流道上下壁成45°角对射开孔，两个开孔大小相等且同心，第一超声波换能器1、第二超声波换能器2分别通过卡扣部件安装固定在安装孔12中，安装完成后，两只换能器轴向方向完全重合。

利用上述流道结构的超声波计量表，流道结构安装在超声波计量表的基表内腔中，基表进气口安装控制阀，控制阀将经基表进气口进入的气体介质换向90度且指向基表出气口中轴线方向，控制阀的出口位于蜂窝整流器上方；基表出气口通过出气口弯管连接出气口接头。

本发明的气体介质从基表进气口进入基表壳体，气体介质在控制阀作用下换向90度且指向基表出气口中轴线方向，气体介质由外部紊乱的气流通过控制阀缓冲转向后进入基表内腔得到进一步的缓冲，增强缓冲效果；由于控制阀的出口位于蜂窝整流器上方，即从控制阀排出的气体介质不会直接从蜂窝整流器排出，故能够让外部紊乱的气流在基表内腔得到充分缓冲；然后基表内腔的气体介质通过蜂窝整流器、文丘里整流器及方形前直管段三级整流，提高了流场的均匀度，使得气流稳定，由于蜂窝整流器流通截面积大，使得气体介质产生的压损极小；气体介质经过前端整流后，将气流引入方形流道内，方形流道内设有多片不锈钢薄片式整流片，可将气流进一步整流成具有稳定气流的层流状态，此区域内为超声测量的核心区域，层流经过方管流道后接入后端的方形后直管，通过出气口弯管连至基表出气口流出，不仅压力损失小，同时减小了测量区域的气流扰动提高了重复性及小流量的测量精度。

本发明通过采用多级整流的方式，使用本流道结构可以有效的将管道内的气体整流成稳定的层流状态，减小了超声波测量区域的气体波动，从而提高了超声波检测的重复性及小流量的稳定性，又最大限度的减小了压力损失。同时，超声波换能器核心测量区域，方形流道采用整体结构设计，内部多层整流片由出气口接头整体***流道，不仅能够提高了生产效率，同时保证批量生产安装工艺的一致性。

本发明的流道结构设计，不仅适用于超声气体计量仪表，也适用于mems热式气体流量仪表。

Claims (8)

1.一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于包括方形流道，方形流道上设置两个安装孔，两个安装孔上分别安装第一超声波换能器和第二超声波换能器；所述方形流道前端设置方形前直管，方形前直管前端配合设置文丘里整流器，文丘里整流器前端配合设置蜂窝整流器，气体介质经蜂窝整流器、文丘里整流器和方形前直管进入方形流道；所述方形流道内设置多个薄片式整流片，方形流道后端设置的方形后直管构成出气口接头，多个薄片式整流片从出气口接头***方形流道。

2.根据权利要求1所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述两个安装孔内均设置筛网。

3.根据权利要求1所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述两个安装孔设置在方形流道的同侧或者异侧对射。

4.根据权利要求1所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述方形流道的顶面和底面对称开设凹槽，所述薄片式整流片沿凹槽竖向***方形流道。

5.根据权利要求1所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述蜂窝整流器由蜂窝网及外层方管护套组成，外层方管护套上设置有对称内凹槽，内凹槽与文丘里整流器外壁上对称的凸型件组成卡扣结构。

6.根据权利要求1所述的一种超声波气体计量装置的流道结构，其特征在于所述文丘里整流器的内壁由缩进曲面构成，与方形前直管构成的外夹角为θ，θ为钝角。

7.一种利用权利要求1所述的流道结构的超声波计量表，其特征在于：流道结构安装在超声波计量表的基表内腔中，基表进气口安装控制阀，控制阀将经基表进气口进入的气体介质换向90度且指向基表出气口中轴线方向，控制阀的出口位于蜂窝整流器上方；基表出气口通过出气口弯管连接所述出气口接头。

8.一种利用权利要求7所述超声波计量表来提高超声波检测性能的方法，其特征在于：气体介质从基表进气口进入基表壳体，气体介质在控制阀作用下换向90度且指向基表出气口中轴线方向，且控制阀的出口位于蜂窝整流器上方，气体介质由外部紊乱的气流通过控制阀缓冲转向后进入基表内腔得到进一步的缓冲；然后基表内腔的气体介质通过蜂窝整流器、文丘里整流器及方形前直管段三级整流，增强了流场的均匀度，使得气流稳定，由于蜂窝整流器流通截面积大，使得气体介质产生的压损极小；气体介质经过前端整流后，将气流引入方形流道内，方形流道内设有多片不锈钢薄片式整流片，能够将气流进一步整流成具有稳定气流的层流状态，此区域内为超声测量的核心区域，层流经过方管流道后接入后端的方形后直管，通过出气口弯管连至基表出气口流出，不仅压力损失小，同时减小了测量区域的气流扰动提高了重复性及小流量的测量精度。