專利名稱：氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于氣體超聲波流量傳感器的內(nèi)置式整流器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的超聲波流量計(jì)，一般有兩個(gè)超聲波換能器，相互交替發(fā)射和接收超聲波能。 但在實(shí)際應(yīng)用中，由于安裝的原因、前后直管段的長(zhǎng)短、上下游閥門(mén)彎頭等的影響，介質(zhì)的 流動(dòng)狀態(tài)不可能理想，超聲波流量計(jì)的精度和重復(fù)性難以保證。另外，1)在氣體流體中，由于氣體的特性，它的流場(chǎng)變化性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于液體。2)在實(shí)驗(yàn)室的近似理想狀態(tài)下，其氣體的流動(dòng)狀態(tài)也不樂(lè)觀。目前，在沒(méi)有對(duì)超聲 波流量計(jì)采取特殊整流處理下，其氣體超聲波流量計(jì)的精度等級(jí)為士 1. 5%，即1. 5級(jí)。正是由于上述原因，現(xiàn)對(duì)研發(fā)氣體超聲波流量計(jì)，正逐漸轉(zhuǎn)向氣體超聲波流量計(jì) 的被測(cè)介質(zhì)的流場(chǎng)處理上?，F(xiàn)由一種氣體超聲波流量計(jì)，見(jiàn)附圖1 ；其方法是在氣體超聲波流量計(jì)傳感器Cl 的上游(前面)加一個(gè)等直徑的前直管C2，在前直管的上游口安置一個(gè)改善流體流場(chǎng)的整 流板C3 ；整流板上密布導(dǎo)流孔C4，見(jiàn)附圖2。其整流板C3和導(dǎo)流孔C4的目的和作用就是將 上游過(guò)來(lái)的被測(cè)介質(zhì)氣體的流場(chǎng)進(jìn)行整理和導(dǎo)流，以達(dá)到整流的目的，使流場(chǎng)盡量接近層 流狀態(tài)。其原理是將原來(lái)的一整個(gè)圓管內(nèi)的紊流氣體經(jīng)過(guò)導(dǎo)流孔C04后，分離成多個(gè)小束 紊流氣體束，束與束之間呈層流狀態(tài)，或近似層流狀態(tài)，近似互不干擾，每束氣體流在一定 距離內(nèi)是穩(wěn)定地流動(dòng)，不會(huì)亂抖動(dòng)和產(chǎn)生漩渦等情況，此即導(dǎo)流作用。而整流板C3的厚度 一般為10 20mm，厚度越厚其導(dǎo)程越長(zhǎng)，則導(dǎo)流作用越明顯，氣流束穩(wěn)定流動(dòng)的距離越長(zhǎng)； 而且，束流的直徑越小，越容易穩(wěn)定，其穩(wěn)定的所需直管段也越少。但上述已有整流板的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的其一阻流太大，有較大的壓力損失。這一點(diǎn)是與現(xiàn)在儀表要求節(jié)能的原則相違背 的。其二 流量計(jì)前面加了一個(gè)直管段，用戶在安裝時(shí)增加了場(chǎng)地困難和安裝困難。其三因?yàn)槿魏蔚牧黧w在傳輸時(shí)，都是由氣泵或水泵加壓而增加能量以向遠(yuǎn)處傳 輸?shù)模鴼獗没蛩迷诩訅簳r(shí)，勢(shì)必形成介質(zhì)的脈動(dòng)流。由于整流板的導(dǎo)流孔C4之間的間 隔較大(否則其強(qiáng)度不夠)，此間隔起到了一種阻流和反彈的作用。此反作用到脈動(dòng)流上， 會(huì)加大脈動(dòng)流的幅值，并使原來(lái)的脈動(dòng)流由一次脈動(dòng)變?yōu)槎蚊}動(dòng)，甚至多次脈動(dòng)。從而使 脈動(dòng)流更加厲害。同時(shí)，由于整流板C3的整流長(zhǎng)度(即厚度)太短，只有10 20mm，當(dāng)其 導(dǎo)流后的脈動(dòng)流剛有衰減，紊流剛有穩(wěn)定并正向?qū)恿鬟^(guò)渡時(shí)，由于整流導(dǎo)程(整流長(zhǎng)度)太 短，各束流束又將會(huì)合，相互振蕩，相互影響，又形成新的脈動(dòng)流和新的紊流。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一個(gè)超聲波流量傳感器和超聲波流量 計(jì)使用的內(nèi)置式整流器。
一種氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，其特征在于，由管壁為0. 5mm Imm的 薄壁整流管進(jìn)行多層排列固定連接成整體結(jié)構(gòu)，其一端為水平，另一端為斜面，斜面夾角為 45度士 15度；每層整流管的直徑不同，整流管的直徑由里及外依次減??；相鄰管壁之間為 空隙結(jié)構(gòu)；每個(gè)整流管的直徑不得大于超聲波傳感器母管直徑的三分之一，每個(gè)整流管的 最大直徑不超過(guò)30mm。整流管的數(shù)量和直徑依據(jù)不同的超聲波流量傳感器的直徑大小而 定。為了真正改善流動(dòng)介質(zhì)的流場(chǎng)狀態(tài)，使其最大限度的符合流體力學(xué)的理論，本發(fā) 明是通過(guò)一內(nèi)置式整流器，來(lái)完全改善流經(jīng)被測(cè)量段的這一段流場(chǎng)，即要使超聲波換能器 發(fā)射和接收超聲波能量的這一段超聲波傳遞的路程所在的流場(chǎng)，是處于層流或最接近層流 狀態(tài)的一段流場(chǎng)。內(nèi)置式整流器應(yīng)用于超聲波流量計(jì)，不需要流量計(jì)前再加裝前直管段，整流管的 管徑可以在0. 5 1mm，其所產(chǎn)生的阻流作用和脈動(dòng)流的反作用可以減小到幾乎忽略不計(jì)。本發(fā)明由于整流管與整流管之間是有間隙的，流體可以流經(jīng)此處，因而避免了已 有技術(shù)壓力損失和反彈脈動(dòng)流的缺點(diǎn)，可以有效地消除或降低脈動(dòng)流的影響。內(nèi)置整流器 的整流管的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，如DN25的最短有效長(zhǎng)度為150mm，DN300的最短有效長(zhǎng)度為250mm。 所以，由于其有效整流長(zhǎng)度(導(dǎo)程)足夠長(zhǎng)，其導(dǎo)流穩(wěn)流大的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于已有技術(shù)整流 板的IOmm 20mm最短有效長(zhǎng)度。


附圖1是已有技術(shù)加裝前整流管和整流板的超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是圖1中整流板結(jié)構(gòu)示意圖。附圖3是圖2俯視圖。附圖4是本發(fā)明超聲波流量計(jì)所用的內(nèi)置式整流器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖5是圖4俯視圖。附圖6是采用本發(fā)明內(nèi)置式整流器的超聲波流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。附圖7是圖6俯視圖。Cl超聲波流量計(jì)傳感器、C2前直管、C3整流板、C4導(dǎo)流孔、Hl整流管、H2支撐板、H3間隙、Pl內(nèi)置式整流器、P2傳感器母管、P3上游超聲波換能器、P4下游超聲波換能器。
具體實(shí)施例方式一種氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，其特征在于，由管壁為.5mm Imm的 薄壁整流管進(jìn)行多層排列固定連接成整體結(jié)構(gòu)，其一端為水平，另一端為斜面，斜面夾角為 45度士 15度；每層整流管的直徑不同，整流管的直徑由里及外依次減?。幌噜徆鼙谥g為 空隙結(jié)構(gòu)；每個(gè)整流管的直徑不得大于超聲波傳感器母管直徑的三分之一，每個(gè)整流管的 最大直徑不超過(guò)30mm。整流管的數(shù)量和直徑依據(jù)不同的超聲波流量傳感器直徑大小而定。 例如，傳感器母管直徑為DN100的氣體超聲波流量計(jì)，其傳感器的母管內(nèi)徑為Φ 100mm，整 流管可以由中心向外排列3層，中心管直徑為Φ 30mm (包含管壁厚度)，次層管為Φ 20mm， 最外層管為Φ 15mm。
整流管的短側(cè)長(zhǎng)度至少為150mm。所述整流管焊接后的截面形狀為圓形，其水平一側(cè)釬焊在支撐板H2內(nèi)。由內(nèi)置式整流器P1，超聲波流量傳感器母管(帶法蘭)P2、上游超聲波換能器P3、 下游超聲波換能器P4等組成超聲波流量傳感器。內(nèi)置式整流器Pl安裝在超聲波流量傳感 器母管P2的流體進(jìn)口一側(cè)。整流器的長(zhǎng)度(插進(jìn)深度)以距離上游超聲波換能器P3有 IOmm 15mm為宜。過(guò)長(zhǎng)，會(huì)阻擋超聲換能器之聲波的傳遞路線，影響其超聲波的發(fā)射和接 收；過(guò)短，會(huì)削弱整流器的整流效果。氣體超聲波流量傳感器應(yīng)用本發(fā)明后，其優(yōu)點(diǎn)是，1)由于整流管，Hl的作用，將原 來(lái)超聲波流量傳感器母管中的一個(gè)脈動(dòng)流的能量，分流到十幾個(gè)、甚至幾十個(gè)整流管中，其 脈動(dòng)量能量被大大分散；幻而其整流管的長(zhǎng)度又足夠長(zhǎng)，且整流管的管徑只有原來(lái)超聲波 流量傳感器母管的幾分之一，甚至十幾分之一。故完全可以在其現(xiàn)有的長(zhǎng)度中，消除脈動(dòng)流 的影響；并將紊流過(guò)渡到層流狀態(tài)。也就是説，各整流管內(nèi)的脈動(dòng)流的能量在還沒(méi)有流出整 流管時(shí)，就已經(jīng)衰減到?jīng)]有了。當(dāng)各整流器內(nèi)的介質(zhì)流體完全都流出而會(huì)合時(shí)，已沒(méi)有脈動(dòng) 流的存在了，或即使還有一些，其能量也是很低的了。各整流管流出的流體束將按各自的慣 性繼續(xù)流動(dòng)，相互干擾，不再形成新的紊流。而整流管的管線越長(zhǎng)，其流動(dòng)慣性力越大，慣性流動(dòng)的距離也越長(zhǎng)。整流管的管徑 越小，慣性流動(dòng)的距離也越大，即使流體離開(kāi)了整流管，最終會(huì)合，其相互干擾的可能性也 越小，而是以層流的狀態(tài)繼續(xù)流動(dòng)。本發(fā)明在經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際測(cè)量中，線性誤差全部達(dá)到1 %的精度，部分達(dá)到 0.5%的精度；重復(fù)性全部達(dá)到0.5級(jí)的要求。在有意加大上游紊流的實(shí)驗(yàn)中，加裝有內(nèi)置 式整流器的氣體超聲波流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果幾乎不受影響，其重復(fù)性誤差仍然在0.5級(jí)內(nèi)； 而沒(méi)有加裝內(nèi)置式整流器的氣體超聲波流量計(jì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果要差得多，其重復(fù)性誤差在1. 5 級(jí)左右；加裝前直管和整流板的氣體超聲波流量計(jì)的重復(fù)性誤差在1. 0級(jí)。所以，內(nèi)置式整 流器型超聲波流量計(jì)的在理論上是先進(jìn)的，在實(shí)際應(yīng)用中是可行的。
權(quán)利要求
1.一種氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，其特征在于，由管壁為0.5mm Imm的 薄壁整流管進(jìn)行多層排列固定連接成整體結(jié)構(gòu)，其一端為水平，另一端為斜面，斜面夾角為 45度士 15度；每層整流管的直徑不同，整流管的直徑由里及外依次減?。幌噜徆鼙谥g為 空隙結(jié)構(gòu)；每個(gè)整流管的直徑不得大于超聲波傳感器母管直徑的三分之一，每個(gè)整流管的 最大直徑不超過(guò)30mm。
2.按照權(quán)利要求1所述的氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，其特征在于，整流管 的短側(cè)長(zhǎng)度至少為150mm。
3.按照權(quán)利要求3所述的氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，其特征在于，所述整 流管焊接后的截面形狀為圓形，其水平一側(cè)釬焊在支撐座內(nèi)。
全文摘要
一種氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，由管壁為0.5mm～1mm的薄壁整流管進(jìn)行多層排列固定連接成整體結(jié)構(gòu)，其一端為水平，另一端為斜面，斜面夾角為45度±15度；整流管的直徑由里及外依次減?。幌噜徆鼙谥g為空隙結(jié)構(gòu)；每個(gè)整流管的直徑不得大于超聲波傳感器母管直徑的三分之一，每個(gè)整流管的最大直徑不超過(guò)30mm。氣體超聲波流量傳感器內(nèi)置式整流器，來(lái)完全改善流經(jīng)被測(cè)量段的這一段流場(chǎng)，即要使超聲波換能器發(fā)射和接收超聲波能量的這一段超聲波傳遞的路程所在的流場(chǎng)，是處于層流或最接近層流狀態(tài)的一段流場(chǎng)；應(yīng)用于超聲波流量計(jì)時(shí)，不需要流量計(jì)前再加裝前直管段，其所產(chǎn)生的阻流作用和脈動(dòng)流的反作用大大減小。
文檔編號(hào)G01F1/66GK102141420SQ201010112970
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者王江 申請(qǐng)人:上海一諾儀表有限公司