[发明专利]全钛合金封装超声波气液两用流量传感器

说明书

技术领域

本发明属于流量传感器领域，具体涉及一种全钛合金封装的超声波气液两用流量传感器。

背景技术

超声波流量传感器是目前国际通用的超声波流量计的核心部件，一般采用多脉冲技术、信号数字化处理技术及纠错技术，使流量仪表更能适应现场的环境，计量更方便、经济、准确。可广泛应用于石油、化工、冶金、电力、给排水等领域。

超声波传感器采用时差法测量流体流速时，其中工作原理是在规定截面积的流体流路上下游分别安装一个超声波传感器，上下游超声波传感器一个发射超声波、一个接收超声波，交替工作，超声波在顺逆两向传输时，其传播速度与流体速度有叠加，这样顺逆两向超声波传播时间就存在时间差，依此可以计算流体流速，进而得出流量值。

现有的超声波流量传感器都是单一的测量一种流体，如采用弯曲振动方式的换能器在采用全钛合金封装也能够测量常压状态下的气体，但是无法测量液体流量；采用径向振动模式的换能器无法进行钛合金封装，否则无法工作，也不能够测量液体流量；采用厚度振动模式的换能器无法测量气体流量，只能够测量液体流量。因此，目前还鲜有既可以测量常压气体的流量、也可以测量液体流量的超声波流量传感器。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供了一种全钛合金封装的超声波气液两用流量传感器。

本发明通过以下技术方案实现。

全钛合金封装超声波气液两用流量传感器，包括传感器外壳、被压紧装置固定于所述传感器外壳中的声头，所述声头与电缆相连，所述声头外部设有钛合金工作端面板，所述声头与所述与钛合金工作端面板之间设有耦合层，所述声头朝向耦合层的一端设有匹配层，所述匹配层与所述压电陶瓷晶片相连。

本发明中采用的压电陶瓷晶片，中心频率250kHz，在压电陶瓷晶片与钛合金工作端面板之间有匹配层,该匹配层由钨粉和环氧树脂经过热压成型制备，该匹配层按照声阻抗匹配原理设计，采用多层匹配的方式。声阻抗匹配计算公式：定义压电陶瓷晶片的声阻抗值为Z₀，匹配层的声阻抗值为Z₁，测量介质的阻抗值为Z₂，则有：Z₁= SQRT(Z₀*Z₂)。比如，在20℃，1个标准大气压环境下，空气的声阻抗值大约在408Rayl，复合材料压电陶瓷的声阻抗值大约在2MRayl，因此匹配层的阻抗值约为0.0286MRayl。

本发明中的耦合层由环氧树脂与硅橡胶经过热压成型制备。

钛合金工作端面板采用共振技术设计，即在边缘限制的情况下该端面的n(n=1,3,5,7,…)次谐振频率为250kHz。根据钛合金材质的硬度、杨氏模量、直径等参数，选择合适的厚度，即可得到n次谐振频率为250kHz的钛合金工作端面，与压电陶瓷晶片的中心频率匹配产生共振，该共振设计可以使换能器达到在全钛合金封装的状态下测量常压的气体流量。此外，钛合金工作端面板具有一定的厚度，振动方式采用厚度振动，能够用于液体测量。

作为优选，所述声头中填充有吸声背胶。吸声背胶可以使吸音棉背胶等材料，起到吸音、隔音的效果，使测量不被干扰，该吸声背胶优选为填充有聚硫橡胶粉的环氧树脂。

作为优选，所述压紧装置包括设于传感器外壳一端的弹簧压紧螺丝，所述弹簧压紧螺丝与所述声头之间设有弹簧。

当声头被安装在传感器外壳中时，通过弹簧和弹簧压紧螺丝将声头压紧在耦合层上，并将该耦合层压紧在钛合金工作端面板上，使得测量能够顺利进行。

作为优选，所述钛合金工作端面板的厚度为2mm-2.03mm，直径为16.8mm-17mm，面板两端平行度优于0.02mm。此机构的钛合金工作端面板，能产生更好的厚度振动，使测量更方便。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1）本发明的流量传感器既可以测量气体流量，也可以测量液体流量；2）本发明的流量传感器抗干扰性强，测量精度高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步描述。