CN114413984A - 超声波水表 - Google Patents

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陈超然
郑小龙
许浩然
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范建华
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Abstract

本发明涉及水表技术领域，本发明公开了一种超声波水表，包括包括计量管段、两个用于接收和发射超声波的超声波换能器、一个超声波反射器、电子模块、仪表壳体、上盖、4个弹簧顶针、两个螺栓。本发明的计量管段内部结构简单且无扰流装置存在，从而在工艺上可以实现计量管段一体式注塑成型，超声波反射器置于计量管段外部，不易受腐蚀或结垢，不污染流动介质，从而使得超声波水表能够完成对流动介质的长期高精度计量。

Description

超声波水表
技术领域
本发明涉及水表技术领域，尤其涉及一种超声波水表。
背景技术
超声波水表是通过检测超声波声束在水中顺流逆流传播时因速度发生变化而产生的时差，分析处理得出水的流速从而进一步计算出水的流量的一种新式水表。
目前现有的超声波水表的计量管段上部一般都有开孔，与换能器主体通过热熔或锁接等方式装配，工艺流程复杂。超声波水表需长期服役，易受到恶劣环境变化的影响，装配成型的超声波水表存在着水蒸气侵袭或者凝珠的风险，可能导致电子元器件被腐蚀进而失效。想将壳体密封性做到很好则需要很高的制造成本。超声波反射器安装在计量管段的流动通道内部会增加流场的不稳定性。同时，在流动介质的影响下，反射器可选择的种类非常受限，如计量居民生活饮用水的超声波水表的反射器必须满足国家卫生标准。反射器长时间暴露在流动介质中，还要考虑到被腐蚀和产生结垢的情况，这会导致计量精度的下降和使用寿命的减短。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供了一种超声波水表，计量管段内部结构简单且无扰流装置存在，从而在工艺上可以实现计量管段一体式注塑成型，超声波反射器置于计量管段外部，不易受腐蚀或结垢，不污染流动介质，从而使得超声波水表能够完成对流动介质的长期高精度计量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种超声波水表，包括计量管段、两个用于接收和发射超声波的超声波换能器、一个超声波反射器、电子模块、仪表壳体、上盖、4个弹簧顶针、两个螺栓；
计量管段包括与超声波换能器数量对应的换能器安装凹槽、与超声波反射器数量对应的反射器安装凹槽；
电子模块包括电池、电路板、显示屏；
其中电路板上有两个限位孔；
其连接关系为：上盖盖于仪表壳体上方，与仪表壳体通过螺纹旋紧方式连接；电路板位于上盖下方，与仪表壳体间通过两个螺栓连接；电池置于电路板上方，用于电路板供电；显示屏位于电池上方，与电路板连接；计量管段位于仪表壳体下方，与仪表壳体一体化注塑；换能器安装凹槽位于计量管段的上方外侧壁，超声波换能器通过环氧树脂粘接于换能器安装凹槽内；反射器安装凹槽位于计量管段的下方外侧壁，超声波反射器灌胶密封于反射器安装凹槽内；弹簧顶针焊接于限位孔内，每两个弹簧顶针连接一个超声波换能器，通过弹簧顶针实现超声波换能器与电路板间的信号传输。
优选地，在超声波水表工作期间，一个超声波换能器发射超声波信号，超声波信号通过计量管段中的流动介质，由超声波反射器反射，传播至用于接收超声波信号的另一个超声波换能器。
优选地，所述仪表壳体与上盖间的连接方式还可以为灌胶密封。
优选地，所述超声波换能器数量为偶数个。
优选地，所述上盖中部透明。
优选地，所述计量管段与仪表壳体实现一体化注塑的材料为掺入30%玻璃纤维的聚苯基硫醚。
优选地，所述上盖与仪表壳体通过螺纹旋紧方式连接，旋紧后的防护等级达到IP68。
优选地，所述超声波反射器材质为不锈钢。
本发明的有益技术效果：为克服现有超声波水表结构复杂、存在装配误差的情况，本发明提供了一种超声波水表设计，一体式计量管段只有流动介质入口和出口，保证了流动介质环境与仪表壳体隔离，避免超声波水表长时间工作导致流动介质的泄露与侵袭，保证了壳体的气密性，无需在壳体中放置干燥剂解决长时间工作导致的流动介质泄漏，节约成本。超声波反射器的外置安装可保证计量管段内部结构简单，无需将超声波反射器作为内置嵌件，流场更稳定，计量精度更高，同时，扰流结构件的减少使得计量管段的压力损失很小，接近直通管段的压力损失，外置超声波反射器的另一优点为避免超声波反射器与流动介质直接接触，一方面避免了由于长时间工作导致超声波反射器被腐蚀从而影响计量精度的风险，另一方面，因为不受流动介质的影响，所以扩展了反射器的选择范围，而不必担心反射器污染流动介质。
附图说明
图1是本发明实施例所述的超声波水表结构图。
图2是本发明实施例中换能器凹槽处的示意图。
图3是本发明实施例中的计量原理示意图。
附图标记说明：1、上盖；2、仪表壳体；3、电子模块；303、显示屏；302、电池；301、电路板；4、弹簧顶针；5、计量管段；6、超声波换能器；601、超声波换能器压电陶瓷负极；603、上游超声波换能器；604、下游超声波换能器；7、超声波反射器；8、螺栓。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种超声波水表，包括计量管段5、两个用于接收和发射超声波的超声波换能器6、一个超声波反射器7、电子模块3、仪表壳体2、上盖1、4个弹簧顶针4、两个螺栓8。
计量管段5包括与超声波换能器数量对应的换能器安装凹槽、与超声波反射器数量对应的反射器安装凹槽。
电子模块3包括电池302、电路板301、显示屏303。
其中电路板301上有两个限位孔。
其连接关系为：上盖1盖于仪表壳体2上方，与仪表壳体2通过螺纹旋紧方式连接，旋紧后达到IP68的防护等级；电路板301位于上盖1下方，与仪表壳体2间通过两个螺栓8连接；电池302置于电路板301上方，用于电路板301供电；显示屏303位于电池302上方，与电路板301连接，上盖1中部透明，所以可从外部直接观察到显示屏303内容；计量管段5为一体式直通管段，只有流体介质的进口与出口，位于仪表壳体2下方，与仪表壳体2一体化注塑，实施例中选择掺入30%玻璃纤维的聚苯基硫醚PPS为注塑材料，一方面满足了超声波换能器6信号收发的性能要求，另一方面也增加了计量管段5的耐压强度；区别于计量管段5开孔设计，换能器安装凹槽为计量管段5的一部分，位于计量管段5的上方外侧壁，超声波换能器6通过环氧树脂粘接于换能器安装凹槽内；反射器安装凹槽位于计量管段5的下方外侧壁，超声波反射器7灌胶密封于反射器安装凹槽内，在此优选316L不锈钢作为超声波反射器7材料；弹簧顶针4焊接于限位孔内，每两个弹簧顶针4连接一个超声波换能器6，通过弹簧顶针4实现超声波换能器6与电路板301间的信号传输。
如图2所示，超声波换能器6实为压电陶瓷，通过环氧树脂粘接于换能器安装凹槽内，压电陶瓷为翻边电极，正负极均在一侧，图中601为压电陶瓷负极，其余部分为正极，两个弹簧顶针4分别连接压电陶瓷的正负极，从而实现超声波换能器6与电路板301之间的信号传输。
如图3所示，本发明所述的超声波水表适用于测量流动介质的平均流速，其中所述超声波换能器6为发射和接收信号两用型，设定图3中水流方向为由左至右，当电子模块3中的计量模块发射脉冲信号通过弹簧顶针4到达上游超声波换能器603后，上游超声波换能器603发生逆压电效应发出超声波信号，超声波信号经过超声波反射器7改变传播路径最终到达下游超声波换能器604，下游超声波换能器604发生正压电效应产生电信号反馈到电子模块3，记录此时超声波信号的传递时间为Tup，与此同时，下游超声波换能器604发射超声波信号，经过超声波反射器7改变传播路径到达上游超声波换能器603，该超声波信号的传递时间为Tdown，计量模块根据数据Tup与Tdown的差值进行计算，最终得到平均流速、累计流量、温度等数据。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种超声波水表，其特征在于，包括计量管段、两个用于接收和发射超声波的超声波换能器、一个超声波反射器、电子模块、仪表壳体、上盖、4个弹簧顶针、两个螺栓；
计量管段包括与超声波换能器数量对应的换能器安装凹槽、与超声波反射器数量对应的反射器安装凹槽；
电子模块包括电池、电路板、显示屏；
其中电路板上有两个限位孔；
其连接关系为：上盖盖于仪表壳体上方，与仪表壳体通过螺纹旋紧方式连接；电路板位于上盖下方，与仪表壳体间通过两个螺栓连接；电池置于电路板上方，用于电路板供电；显示屏位于电池上方，与电路板连接；计量管段为一体式直通管段，无开孔，位于仪表壳体下方，与仪表壳体一体化注塑；换能器安装凹槽位于计量管段的上方外侧壁，超声波换能器通过环氧树脂粘接于换能器安装凹槽内；反射器安装凹槽位于计量管段的下方外侧壁，超声波反射器灌胶密封于反射器安装凹槽内；弹簧顶针焊接于限位孔内，每两个弹簧顶针连接一个超声波换能器，通过弹簧顶针实现超声波换能器与电路板间的信号传输。
2.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，在超声波水表工作期间，一个超声波换能器发射超声波信号，超声波信号通过计量管段中的流动介质，由超声波反射器反射，传播至用于接收超声波信号的另一个超声波换能器。
3.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述仪表壳体与上盖间的连接方式还可以为灌胶密封。
4.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述超声波换能器数量为偶数个。
5.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述上盖中部透明。
6.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述计量管段与仪表壳体实现一体化注塑的材料为掺入30%玻璃纤维的聚苯基硫醚。
7.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述上盖与仪表壳体通过螺纹旋紧方式连接，旋紧后的防护等级达到IP68。
8.根据权利要求1所述的一种超声波水表，其特征在于，所述超声波反射器材质为不锈钢。
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