超聲流量計的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種超聲流量計,包括：相互連通的第1管段、第2管段和第3管段；第1超聲換能器，在第1管段的第一管段端頭向其他端頭傳遞超聲波，第2超聲換能器，在第3管段的其他端頭向第一管段端頭傳遞超聲波；第1反射面，將沿著第1管段傳遞的超聲波向第2管段的橫向反射，第2反射面，將沿著第2管段傳遞的超聲波向第3管段的縱向反射；控制部，測量第1超聲換能器輸出的超聲波經(jīng)過第1反射面及第2反射面反射后，被第2超聲換能器接收所需的第1所需時間，以及第2超聲換能器輸出的超聲波，經(jīng)過第2反射面及第1反射面的反射后，被第1超聲換能器接收所需的第2所需時間，通過第1所需時間和第2的時間差計算管道內流體的流速及流量。
【專利說明】超聲流量計

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲流量計，更詳細地說，涉及測量直徑較小的管道內部流體的流量的超聲流量計，本發(fā)明提供的流量計安裝到與家庭用天然氣供應管道類似的管道上。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)如今使用流體的產(chǎn)業(yè)領域已經(jīng)不勝枚舉，比如為每個家庭和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場提供水的自來水管道和為其排出污水的下水管道，為每個家庭供應天然氣的天然氣管道，還有鋼鐵、化學領域的冷卻水循環(huán)管道等都屬于該領域。在這些產(chǎn)業(yè)領域中，如何適當?shù)卣{節(jié)管道內流體的流量并進行管理已經(jīng)成為了一項重要的課題。在需要嚴格管理流體的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場，一般都會在管道上安裝超聲流量計，以此來測量管道內部流體的流量。
[0003]現(xiàn)有的測量方法為，在自來水管道或下水管道、冷卻水管道等直徑大的管道I上，如圖1所示安裝兩只相對的超聲換能器2，通過兩只超聲換能器2之間傳遞超聲波所需的時間差來計算。
[0004]但是在家庭天然氣供應管道等直徑小的管道中使用圖1所示的方法時，超聲波的傳遞路徑就會變得過于短小。由于超聲流量計的時間測量分辨率(sensitivity)是有限制的，像這樣超聲波傳遞路徑過于短小時，測量的流速及流量的準確度也就會下降了。
[0005]解決問題時，現(xiàn)有方法針對直徑小的管道使用的是如圖2所示的將超聲波在管道I內部表面多次反射，以延長超聲波的傳遞路徑的方法。但是管道I的直徑過小會提高對超聲波的彎曲角度及反射角度的要求，像這樣將超聲波在管道I內部進行多次反射時，超聲換能器之間接收超聲波時將會發(fā)生錯位，導致計算的流速及流量出現(xiàn)問題。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種超聲流量計，對現(xiàn)有超聲流量計的結構作出了改善，能夠正確測量流體的流速及流量。
[0007]為了實現(xiàn)發(fā)明目的，提出一種超聲流量計，所述的超聲流量計包括:
一個測量管40，所述測量管40具有第I管段10，沿著一個方向延伸，第一管段10的一個端頭連通到測量管40的管道I上；第2管段20，沿著與第I管段交叉的方向延伸，第2管段的一個端頭和第I管段的另一端頭連接；第3管段30，沿著與第2管段20交叉的方向延伸，第3管段30的一個端頭和第2管段的另一端頭連接，第3管段30的另一端頭連接到測量管40的管道I上，第一管段10、第2管段20和第3管段30形成一個連通的形式；所述測量管40還配備有第I反射面41和第2反射面42，所述第I反射面41在第I管段10和第2管段20連接處形成平面，將沿著第I管段縱向傳遞的超聲波向第2管段橫向反射；所述第2反射面在第2管段和第3管段連接處形成平面，將沿著第2管段橫向傳遞的超聲波向第3管段縱向反射；
第I超聲換能器50，用以在第I管段10的一個端頭向其他端頭傳遞超聲波；
第2超聲換能器60，用以在第3管段30的一個端頭向其他端頭傳遞超聲波； 控制部，測量從第I超聲換能器50輸出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波依次經(jīng)過第I反射面41及第2反射面42反射后，被第2超聲換能器60接收的時間點為止所需要的第I所需時間，以及從第2超聲換能器42輸出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波依次經(jīng)過第2反射面42及第I反射面41的反射后，被第I超聲換能器50接收的時間點為止所需要的第2所需時間，通過第I所需時間和第2所需時間的時間差計算測量管道內部流體的流速及流量。
[0008]所述第I超聲換能器41安裝在第I管段10的上端頭，向第I管段10的另一端頭發(fā)送超聲波；所述第2超聲換能器42安裝在第3管段30的上端頭，向第3管段30的另一端頭發(fā)送超聲波。
[0009]所述第I管段10和第2管段20直角交叉，第I管段20和第3管段30相對并排設置。
[0010]在本發(fā)明中，所述測量管260還包括:
第4管段240，所述第4管段240的一個端頭與第I管段210的一個端頭相通，另一端頭連通到管道I上；
第5管段250，所述第5管段250的一個端頭和第3管段230的一個端頭相通，另一端頭連通到管道I上；
第3反射面263，所述第3反射面263是在第I管段210和第4管段240連接處形成的平面；
第4反射面264，所述第4反射面264是在第3管段230和第5管段250連接處形成的平面；
所述第I超聲換能器270與第4管段240連接，向第3反射面263輸出超聲波； 所述第2超聲換能器280與第5管段250連接，向第4反射面264輸出超聲波。
[0011]在本發(fā)明的另一個實施例中，所述超聲流量計200還包括媒介附件290，所述媒介附件290的一個端頭與第I超聲換能器270連接，另一端頭連接在第2超聲換能器280上；
所述控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波通過媒介附件290傳遞被第2超聲換能器280接收為止所需要的時間，使用測量的時間測量流體溫度。
[0012]所述超聲流量計200還包括截止閥，所述截止閥安裝在超聲波的傳遞路徑中，位于第I超聲換能器270和第2超聲換能器280之間，配備有可以在開放測量管的開放位置和關閉測量管的關閉位置之間移動的開閉附件。
[0013]當所述超聲流量計200的開閉附件處于關閉位置上時，所述第I超聲換能器270發(fā)出的超聲波在開閉附件中反射后被第I超聲換能器270接收，所述第2超聲換能器280發(fā)出的超聲波在開閉附件中反射后被第2超聲換能器280接收；所述控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波在開閉附件反射后被接收為止所需要的第3所需時間，以及從第2超聲換能器280發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波在開閉附件反射后被接收為止所需要的第4所需時間，使用第3所需時間和第4所需時間診斷測量管道內部的狀態(tài)。
[0014]所述超聲流量計200還包括感應器,感應管道受到的沖擊或震動,所述控制部在感應器感應到?jīng)_擊或震動時，向所述截止閥發(fā)送截止信號以關閉測量管。
[0015]通過本發(fā)明的結構可以正確計算出流體的流速及流量，還可以診斷測量管道內部的狀態(tài)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1和圖2是現(xiàn)有超聲流量計的結構不意圖；
圖3是本發(fā)明的一個實施例的超聲流量計結構示意圖；
圖4是截止閥在關閉狀態(tài)下超聲波傳遞路徑的示意圖；
圖5是本發(fā)明的另一個實施例的超聲流量計結構示意圖。
[0017]本實施例的超聲流量計100包括測量管40、第I超聲換能器50、第2超聲換能器60、截止閥70、感應器(沒有圖示)、控制部(沒有圖示)。
[0018]測量管40是為了確保超聲波在第I超聲換能器50和第2超聲換能器60之間傳遞時有足夠長的進行路徑(在時間測量分辨率以上)而設計的。在本實施例中，測量管40包括第I管段10、第2管段20和第3管段30，其通過連通的形式，用以確保流體可以在管道內部流動。如圖3所示，第I管段10沿著管道I交叉的一個方向(為了方便起見，以下稱為縱向)延伸形成，第I管段10上側的端頭與管道I連通。第2管段20沿著橫向延伸形成，和第I管段10以直角的狀態(tài)交叉并進行了安裝。第2管段20的左側端頭與第I管段10的下側端頭連接。第3管段30沿著縱向延伸形成，在第I管段10的對應位置上安裝。第3管段30下側的端頭和第2管段20右側的端頭連接，第3管段30上側的端頭和管道I連通。
[0019]測量管40中安裝了第I反射面41及第2反射面42，用以反射超聲波的。第I反射面41以平面的形式形成，安裝在第I管段10和第2管段20連接的地方。在這里，為了確保沿著第I管段10傳遞的超聲波能夠向第2管段20的縱向(橫向)反射，第I反射面41要和第I管段以及第2管段縱向保持45度角進行安裝；第2反射面42以平面的形式形成，安裝在第2管段20和第3管段30連接的地方。在這里，為了確保沿著第2管段20縱向傳遞的超聲波能夠向橫向反射，第2反射面42要和第2管段以及第3管段保持45度角進行安裝。
[0020]第I超聲換能器50和第2超聲換能器60負責收發(fā)超聲波，第I超聲換能器50安裝在第I管段10上側的端頭上，朝下輸出超聲波；第2超聲換能器60安裝在第3管段30上側的端頭上，朝下輸出超聲波。
[0021]截止閥70負責開放或關閉測量管40，配備有開閉附件(沒有圖示)。開閉附件安裝在超聲波的傳遞路徑中，位于第I超聲換能器50和第2超聲換能器60之間。在本實施例中，開閉附件安裝在第2管段20的中央位置。此開閉附件插在第2管段20中，可以在關閉第2管段的關閉位置和脫離第2管段20后開放第2管段的開放位置之間直線運動。并且，如圖4所示，開閉附件安裝在關閉位置上時需要形成平面的形狀，以確保沿著第2管段20傳遞的超聲波被開閉附件反射后可以向相反的方向傳遞。
[0022]感應器(沒有圖示)負責感應管道I受到的沖擊或震動，感應器可以使用加速感應器等。此感應器安裝在管道或管道所在的建筑物上，感應管道受到的沖擊或震動(如地震或建筑物崩塌等)并將感應到的信號傳遞到控制部。
[0023]控制部通過“傳遞時間差法”負責計算通過測量管40的流體的流速及流量，診斷測量管道內部的狀態(tài)，控制截止閥。
[0024]首先，在截止閥開放以及流體正常流通的狀態(tài)下，第I超聲換能器50輸出超聲波，超聲波向下傳遞一段距離遇到第I反射面41，被第I反射面反射后沿著第2管段20橫向傳遞，之后在第2反射面42反射，再向上傳遞最后被第2超聲換能器60接收。相反，第2超聲換能器60輸出超聲波，超聲波向下傳遞一段距離遇到第2反射面42，被第2反射面反射后沿著第2管段20橫向傳遞，之后在第I反射面41反射，再向上傳遞最后被第I超聲換能器50接收。
[0025]這時控制部測量從第I超聲換能器50輸出超聲波的時間點開始，一直到超聲波被第2超聲換能器60接收為止所需的第I所需時間，和從第2超聲換能器60輸出超聲波的時間點開始，一直到超聲波被第I超聲換能器50接收為止所需的第2所需時間。然后使用測量出的第I所需時間和第2所需時間的時間差計算流體的流速，再使用計算出的流體流速和測量管40的橫斷面積計算流體的流量。
[0026]當感應器感應到震動或沖擊時，控制部向截止閥發(fā)出截止信號，開閉附件向關閉位置移動關閉測量管。尤其是當管道為家庭供應天然氣管道時，像這樣關閉測量管并中斷向室內供應氣體的措施可以有效地預防事故的發(fā)生。例如，發(fā)生地震或火災時，室內的天然氣供應管道可能會受到破壞，如果這時繼續(xù)向室內供應氣體，那么可能會發(fā)生氣體泄漏或爆炸的事故。但是，在本實施例中，測量管40關閉后則可以有效地預防氣體泄漏導致的后續(xù)事故。
[0027]另外，如圖4所示，截止閥關閉時第I超聲換能器50發(fā)出的超聲波在開閉附件處反射后再次被第I超聲換能器接收，第2超聲換能器60發(fā)出的超聲波在開閉附件處反射后再次被第2超聲換能器接收。這時，控制部測量從第I超聲換能器50發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波再次被第I超聲換能器50接收所需要的第3所需時間，以及從第2超聲換能器60發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波再次被第2超聲換能器60接收所需要的第4所需時間。然后使用第3所需時間以及第4所需時間診斷測量管道內部的狀態(tài)。
[0028]也就是說，超聲波的傳遞速度是根據(jù)媒介(即，測量管道內部的物質)進行變化的。因此，測量管道內部充滿流體時的第3所需時間和第4所需時間，以及測量管道內部充滿空氣時的第3所需時間和第4所需時間是不同的。所以比較第3所需時間和第4所需時間可以診斷截止的閥前面和后面的測量管道內部的狀態(tài)。
例如，截止閥前面的管道內部(連接在氣體供應管道的一側)在截止閥關閉的狀態(tài)下應該充滿氣體，如果此區(qū)間的所需時間(第3所需時間)與事先設定的所需時間(氣體正常充滿狀態(tài)下的時間)不同，那么說明此區(qū)間存在氣體泄漏問題，這時就會發(fā)出警告聲音。像這樣，將第3所需時間以及第4所需時間和事先設定好的時間比較后可以診斷測量管道內部的狀態(tài)(是否充滿了氣體)，通過這個過程可以檢查管道是否有破損。
[0029]如上所述，在本實施例中超聲波在第I超聲換能器50和第2超聲換能器60之間傳遞時擁有足夠長的傳遞路徑。另外，超聲波不是在曲面而是在平面(第I反射面及第2反射面)上被反射，這樣可以防止現(xiàn)有方法中超聲波反射角的細微變化所導致的超聲波接收不準確的問題產(chǎn)生，最后也就可以計算出正確的流體流量及流速了。
[0030]另外，安裝了截止閥后可以在發(fā)生地震或火災等危急情況時切斷氣體和流體的供應，診斷測量管的狀態(tài)。
[0031]圖5是本發(fā)明的另外一則實施例的超聲流量計概念圖。
[0032]參考圖5，本實施例中超聲流量計200包括測量管260、第I超聲換能器270、第2超聲換能器280、媒介附件290和控制部(沒有圖示)。
[0033]測量管260和前面說明的實施例中的測量管一樣，具有第I管段20、第2管段220、第3管段230、第I反射面261及第2反射面262，但是本實施例中的測量管還包括第4管段240以及第5管段250。第4管段240通過連通形成，沿著橫向安裝。第4管段240左側的端頭連接在第I管段20上側的端頭上，右側的端頭連接在管道I上。第5管段250通過連通形成，沿著橫向安裝。第5管段250右側的端頭連接在第3管段230上側的端頭上，左側的端頭連接在管道I上。
第3反射面263以及第4反射面264安裝在測量管260上。第3反射面263為平面，在第I管段20和第4管段240連接的地方傾斜45度角安裝。第4反射面264為平面，在第3管段230和第5管段250連接的地方傾斜45度角安裝。
[0034]第I超聲換能器270安裝在第4管段240的右側端頭上，向第3反射面263發(fā)送超聲波。發(fā)送的超聲波在第3反射面263上反射后向下傳遞，然后依次經(jīng)過第I反射面
261、第2反射面(262)以及第4反射面264的反射，最后被第2超聲換能器280接收。
[0035]第2超聲換能器280安裝在第5管段250的左側端頭上，向第4反射面264發(fā)送超聲波。發(fā)送的超聲波在第4反射面264上反射后向下傳遞，然后依次經(jīng)過第2反射面
262、第I反射面261及第3反射面263的反射，最后被第I超聲換能器270接收。
[0036]媒介附件290為管形形態(tài)，第一管段端頭連接在第I超聲換能器270上，另一端頭連接在第2超聲換能器280上。第I超聲換能器(或第2超聲換能器)發(fā)出超聲波時，超聲波不是只向前方(正面方向)發(fā)送，而是如圖5的箭頭(a)指示的方向一樣也同時向后方(逆方向)發(fā)送。這時，向后方發(fā)送的超聲波通過媒介附件290進行傳遞，然后被第2超聲換能器280接收。并且，媒介附件的外表面經(jīng)過了隔熱處理，可以保持和沿著測量管流動的流體一樣的溫度。
[0037]控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到超聲波(向正面方向發(fā)出的超聲波)依次經(jīng)過反射面被第2超聲換能器280接收所需要的第I所需時間，以及從第2超聲換能器280發(fā)超聲波的時間點開始，一直到超聲波依次經(jīng)過反射面被第I超聲換能器270接收所需要的第2所需時間。然后使用第I所需時間和第2所需時間的時間差計算流體的流量及流速。
[0038]一方面，控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到沿著逆方向傳遞的超聲波通過媒介附件290傳遞被第2超聲換能器280接收為止所需要的時間，使用這個時間計算媒介附件的溫度290(不同的溫度條件下媒介附件內部的超聲波傳遞速度也會有所變化，因此，知道媒介附件的長度、物理特性以及超聲波傳遞時間后可以計算出溫度)。將通過這樣的過程計算出的溫度數(shù)據(jù)反映到流體流速計算過程中將會得出更加準確的流速及流量。
[0039]以上內容以本發(fā)明的優(yōu)選實施例為例進行了詳細說明，但本發(fā)明不局限于實施例，在本發(fā)明權利要求書的要求范圍內，本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員能夠在本發(fā)明的技術思想以及范圍內進行各種變形及變更。
[0040]例如，在前面說明的實施例中，可以通過將超聲換能器安裝在測量管的外壁上(即干式方法)，或者在測量管上開設貫通孔，將超聲換能器插入貫通孔(即，濕式方法)等方式安裝超聲換能器。這樣，超聲波通過測量管時可以防止其強度減小的問題的發(fā)生，因此，超聲換能器即使發(fā)出較為微弱的超聲波也可以計算出流體的流速及流量。
【權利要求】
1.一種超聲流量計，其特征在于:所述的超聲流量計包括: 一個測量管40，所述測量管40具有第I管段10，沿著一個方向延伸，第一管段10的一個端頭連通到測量管40的管道I上；第2管段20，沿著與第I管段交叉的方向延伸，第2管段的一個端頭和第I管段的另一端頭連接；第3管段30，沿著與第2管段20交叉的方向延伸，第3管段30的一個端頭和第2管段的另一端頭連接，第3管段30的另一端頭連接到測量管40的管道I上，第一管段10、第2管段20和第3管段30形成一個連通的形式；所述測量管40還配備有第I反射面41和第2反射面42，所述第I反射面41在第I管段10和第2管段20連接處形成平面，將沿著第I管段縱向傳遞的超聲波向第2管段橫向反射；所述第2反射面在第2管段和第3管段連接處形成平面，將沿著第2管段橫向傳遞的超聲波向第3管段縱向反射； 第I超聲換能器50，用以在第I管段10的一個端頭向其他端頭傳遞超聲波； 第2超聲換能器60，用以在第3管段30的一個端頭向其他端頭傳遞超聲波； 控制部，測量從第I超聲換能器50輸出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波依次經(jīng)過第I反射面41及第2反射面42反射后，被第2超聲換能器60接收的時間點為止所需要的第I所需時間，以及從第2超聲換能器42輸出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波依次經(jīng)過第2反射面42及第I反射面41的反射后，被第I超聲換能器50接收的時間點為止所需要的第2所需時間，通過第I所需時間和第2所需時間的時間差計算測量管道內部流體的流速及流量。
2.根據(jù)權利要求1所述超聲流量計，其特征為:所述第I超聲換能器41安裝在第I管段10的上端頭，向第I管段10的另一端頭發(fā)送超聲波；所述第2超聲換能器42安裝在第3管段30的上端頭，向第3管段30的另一端頭發(fā)送超聲波。
3.根據(jù)權利要求2所述超聲流量計，其特征為:所述第I管段10和第2管段20直角交叉，第I管段20和第3管段30相對并排設置。
4.根據(jù)權利要求3所述超聲流量計，其特征為:所述測量管260還包括: 第4管段240，所述第4管段240的一個端頭與第I管段210的一個端頭相通，另一端頭連通到管道I上； 第5管段250，所述第5管段250的一個端頭和第3管段230的一個端頭相通，另一端頭連通到管道I上； 第3反射面263，所述第3反射面263是在第I管段210和第4管段240連接處形成的平面； 第4反射面264，所述第4反射面264是在第3管段230和第5管段250連接處形成的平面； 所述第I超聲換能器270與第4管段240連接，向第3反射面263輸出超聲波； 所述第2超聲換能器280與第5管段250連接，向第4反射面264輸出超聲波。
5.根據(jù)權利要求4所述超聲流量計，其特征為:所述超聲流量計200還包括媒介附件290，所述媒介附件290的一個端頭與第I超聲換能器270連接，另一端頭連接在第2超聲換能器280上； 所述控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波通過媒介附件290傳遞被第2超聲換能器280接收為止所需要的時間，使用測量的時間測量流體溫度。
6.根據(jù)權利要求5所述超聲流量計，其特征為:所述超聲流量計200還包括截止閥，所述截止閥安裝在超聲波的傳遞路徑中，位于第I超聲換能器270和第2超聲換能器280之間，配備有可以在開放測量管的開放位置和關閉測量管的關閉位置之間移動的開閉附件。
7.根據(jù)權利要求6所述超聲流量計，其特征為:當所述超聲流量計200的開閉附件處于關閉位置上時，所述第I超聲換能器270發(fā)出的超聲波在開閉附件中反射后被第I超聲換能器270接收，所述第2超聲換能器280發(fā)出的超聲波在開閉附件中反射后被第2超聲換能器280接收；所述控制部測量從第I超聲換能器270發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波在開閉附件反射后被接收為止所需要的第3所需時間，以及從第2超聲換能器280發(fā)出超聲波的時間點開始，一直到此超聲波在開閉附件反射后被接收為止所需要的第4所需時間，使用第3所需時間和第4所需時間診斷測量管道內部的狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求1-7其中之一所述超聲流量計，其特征為:所述超聲流量計200還包括感應器,感應管道受到的沖擊或震動，所述控制部在感應器感應到?jīng)_擊或震動時，向所述截止閥發(fā)送截止信號以關閉測量管。
【文檔編號】G01F1/66GK104198003SQ201410486709
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權日:2014年9月22日
【發(fā)明者】金洪基 申請人:北京昌民技術有限公司