[发明专利]一种超声波流量计

说明书

本发明涉及超声波流量计，包括控制模块、计量管段、用于发射和接收超声波的上游换能器和下游换能器，上游换能器和下游换能器分别与控制模块相连，且计量管段内设置有供燃气流通的流道；上游换能器和下游换能器分别沿计量管段的长度方向设置于计量管段的内部，上游换能器与下游换能器相互对射，且超声波信号的传播方向与燃气的流动方向重合，控制模块根据上游换能器与下游换能器之间的超声波的传播时间来计算燃气的流量；本超声波流量计，结构紧凑，采用直对射的方式检测流体的流速，不仅不存在无效声程，从而显著提高计量精度，而且相较于反射方式信号衰减大大减少，可以有效改善微小流量的计量性能，尤其适用于对微小流量进行精确计量。

技术领域

本发明涉及燃气计量技术领域，具体涉及一种超声波流量计。

背景技术

超声波流量计(超声波燃气表)是一种有别于传统机械膜式流量计及电子膜式流量计的一种新型燃气表，其工作原理是：采用时差法原理来测量燃气流速，即通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速；因时差法声速随流体温度变化带来的误差影响较小，准确度较高，得到广泛应用。

现有的超声波流量计中，通常采用一对换能器(即一对超声波传感器)来发射和接收超声波信号，以便利用时间差计算燃气的流速；现有技术中，所述一对换能器在流量计内通常采用斜对射、反射或双反射的方式进行布置，以便相互配合，例如，中国专利CN103270396 A公开的一种超声波流量计，采用反射的方式设置换能器，然而，现有的超声波流量计通常还存在一些不足：1、采用斜对射或反射等方式布置换能器时，流体的流动方向与声道(即超声波的传播方向)存在夹角，虽然声程变长，但流体有效流速变快(或看作声速变慢)，而且都存在无效声程，双反射结构无效声程影响尤其严重，严重影响微小流量的计量精度；2、反射及双反射方式存在信号衰减大的问题，接收信号较弱，导致信噪比差，噪声和漂移影响大；往往为提高信号质量，用于发射超声波的换能器通常需要升压发射，从而使得干扰和能耗都变大，导致微小流量计量时的精度较差，亟待改进。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种结构紧凑、计量精度高的超声波流量计，采用直对射的方式沿流道布置一对换能器，使得流体的流动方向与超声波的传播方向重合，不仅不存在无效声程，使得流体的流速可以全速参与流速的计算过程，有利于提高计量精度，而且采用直射方式相较于反射方式信号衰减小的多，可以有效改善微小流量的计量性能。

本发明所采用的技术方案是：

一种超声波流量计，包括控制模块、计量管段、用于发射和接收超声波的上游换能器和下游换能器，所述上游换能器和下游换能器分别与所述控制模块相连，且所述计量管段内设置有供燃气流通的流道；所述上游换能器和下游换能器分别沿所述计量管段的长度方向设置于计量管段的内部，上游换能器与下游换能器相互对射，且超声波信号的传播方向与计量管段内燃气的流动方向重合，控制模块根据上游换能器与下游换能器之间的超声波的传播时间来计算燃气的流量。在本方案中，将上游换能器与下游换能器分别设置于直对射的位置处，使得超声波信号的传播方向可以与计量管段内燃气的流动方向重合或一致，不仅不存在无效声程，使得流体的流速可以全速参与到流速的计算中，从而有利于提高计量精度，而且采用直射方式相较于反射方式信号衰减小的多，可以有效改善微小流量的计量性能，因此，本方案可以有效解决现有超声波流量计中采用斜对射、反射或双反射的方式布置换能器时所存在的问题。

为提高计量精度，优选的，所述上游换能器和下游换能器分别设置于计量管段的中心位置处。

由于上游换能器和下游换能器分别设置于计量管段的内部，会对燃气的输送造成一定的压损，为尽量减少所述压损，进一步的，在设置所述上游换能器和/或下游换能器的位置处，所述计量管段的流道的横截面直径存在渐变。既可以保证计量管段的有效流通面积基本不变，又可以便实现流道的圆滑过渡，从而有效减少燃气的压损。