[发明专利]大口径超声波流量计

说明书

本发明涉及大口径超声波流量计，包括壳体和成对的换能器，所述壳体包括外管和内衬，所述外管套装在内衬外侧，所述内衬上设置有用于安装换能器的换能器安装孔。多组换能器直接封装/一体插装在换能器安装孔中，再通过外管和内衬密封，可将所有的换能器与外管之间密封，结构简单安装方便；除显示器外，主要积算电路板也镶嵌/封装在内衬上部，便于换能器引出线的分辨与就近焊接，减少线长提高了抗干扰性。

技术领域

本发明具体涉及流量计量设备技术领域，特别涉及一种大口径超声波流量计。

背景技术

超声波流量计是一种通过采集和计算声波在通过一段流动流体中(液体或气体)的时差来解析出流体流速，从而求得流体体积的高精度流量计。2012年后，随着时差芯片电子采样技术，即时差提取精度、处理水平的大幅提高，能够计算出的时差分辨率已经可达到5ps。如在水中，可以测量的最小流速已经达到1mm/s。在液体计量方面，以前常采用电磁流量计，但电磁流量计只能测量满足一定电导率强度的液体，对于电导率过低的液体，比如纯净水等是不能计量的。另外，电磁流量计在气体介质中，也是不能工作的。而超声波流量计对流体的计量，只与超声波在流体中的声速及两点时差相关，如果将声速与某种流体随温度变化的关系带入计量芯片软件中，那么，超声波流量计是目前所有流量计中，能够测量单相流体始动流量最小、量程比最大、压损最小、液体及气体均可分别使用的高精度流量计。

但是，当前超声波流量计有许多不足之处，具体如下：

通常在流量计金属壳体制造方面，多采用铸造或管段焊接的方法。铸造成型壳体有一次性成型的优点，但其制造过程工序复杂、时间长、容易造成环境污染，特别是声道多时，制造及后期加工的成本很高，如专利授权公告号CN 206440316 U。

采用焊接工艺的管段与法兰连接看似简单，如专利申请公布号CN 106441471 A，但是，由于管体外沿的换能器安装座也需要焊接，这部分是不易定位及焊接的，所以加工工艺同样复杂。而且，焊接好的换能器座易变形。理论与实验证明，安装后，由于换能器与水流动方向有角度，若两换能器面不平行，有微小角度差就会对信号的接受产生较大影响。所以换能器孔及定位必须要用CNC进行一次性精密定位加工，费时费工，成本也很高。

换能器安装及密封十分重要，为了安全，最好是采用多级密封，如专利CN208171354 U。但这也会带来换能器座体积变大，占用空间和成本增加。

如图21所示，目前所有换能器的引出线都要通过管外特殊通道引导到流量计上端的电路盒体里，引出线很长、而且线组很多，如4通道就有8条线，长度通常接近一米，线与线之间难以分辨，易搞错，同时，线长了抗干扰及安全性也差。

为了读取流量计的数值，通常需要液晶显示屏，而它与积算电路板一体就制约了积算电路板的IP68防护。比如，最可靠的IP68防护是用A、B组分的硬胶灌封，但其热胀冷缩极易损坏玻璃液晶屏及管脚。

现在的超声波流量计，内部换能器安装孔等非规则部分，无法做到防腐处理，即便是采用316L不锈钢制造，在海水等高腐蚀性流体中使用一段时间后，也会被腐蚀，寿命短，无法长期使用。

流量计的标准规定了仪表管段的长度，理论证明，换能器之间连线在流体流动方向的投影距离越大，对于采用相同的时差芯片的积算电路而言，流量计的信噪比将越高。即，可测量的流体的始动流量就越小，以及流量计可测量的精度范围即量程比也就越大。可见，如何将一对换能器之间连线在流体流动方向的投影距离不受流量计法兰及换能器安装座/孔尺寸的限制，将其尽可能做到最大，亦是行业关注的重要焦点。如专利CN 106441471A，尽管已经靠近法兰，但受安装、加工空间限制，也无法做到与法兰完全合并或超越法兰内侧。