專利名稱：管壁反射式超聲波流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量傳感器，特別涉及一種應(yīng)用于熱量表、水表的管壁反射式超 聲波流量傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的超聲波流量傳感器一般采用金屬薄片或傳感器管壁作為聲學(xué)反射裝置，對(duì) 于聲學(xué)反射裝置的設(shè)計(jì)只是從外觀結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)、連接結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行考慮。由于流體和聲 學(xué)反射器裝置之間的介面尺寸不是遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于聲學(xué)反射裝置中的波長(zhǎng)，而是與波長(zhǎng)同一數(shù)量 級(jí)甚至小于波長(zhǎng)，實(shí)際反射效果與按無(wú)限介面分析的反射效果(全反射)有很大差別，所以 不經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的聲學(xué)反射裝置，反射效率比較低，造成回波幅值小，為了提高流量測(cè)量精 度和重復(fù)性，必須在換能器、發(fā)射電路、接收電路等方面采取一些輔助技術(shù)，增加信號(hào)處理 的復(fù)雜性和整體成本。現(xiàn)有的聲學(xué)反射裝置的設(shè)置方式主要有兩種一、聲學(xué)反射裝置是通過(guò)某些連接結(jié)構(gòu)固定在超聲波流量傳感器的流體通道中的 金屬片，四周充滿流體，在反射面上超聲波入射，實(shí)現(xiàn)兩倍角度的聲路轉(zhuǎn)折，聲學(xué)反射裝置 厚度沒(méi)有特別設(shè)計(jì)，在其上下面形成的兩反射波可能發(fā)生相消效果的干涉，造成接受換能 器信號(hào)幅值小。二、聲學(xué)反射裝置是在超聲波流量傳感器管壁上與聲路相交的區(qū)域加工成平面或 安裝具有平面結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，也可能流體通道為方形，使通道內(nèi)壁的一個(gè)平面作為反射裝置， 管壁外側(cè)無(wú)特別設(shè)計(jì)而為圓弧形；由于反射面較小，入射波未能全反射，透射到達(dá)弧形的發(fā) 射面的超聲波在介面上發(fā)生反射，由于入射波是平面波，反射面為柱狀弧面，反射波大部分 無(wú)法到達(dá)接受換能器，造成信號(hào)幅值小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種接收幅值高、信號(hào)處理簡(jiǎn)單的管壁 反射式超聲波流量傳感器。本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種管壁反射式超聲波流量傳感器，包括傳感器的管壁，兩個(gè)超聲波換能器左右 設(shè)置在管壁內(nèi)的同一水平線上，其特殊之處在于所述管壁上兩個(gè)超聲波換能器中間設(shè)置 有工藝加工孔，與工藝加工孔位置相對(duì)的管壁為上介面和下介面均是水平的平面壁。本發(fā)明為充分利用透射到管壁的超聲波能量，使其對(duì)接收換能器的信號(hào)幅值產(chǎn)生 最大的增強(qiáng)作用，對(duì)作為聲學(xué)反射器裝置的構(gòu)件，除了與流體接觸面即上介面設(shè)計(jì)為平面 外，將構(gòu)件的另一側(cè)介面即下介面設(shè)計(jì)成與內(nèi)壁平行的平面，其壁厚滿足一定條件，使經(jīng)下 介面反射回到流體中的反射波與直接由上介面反射回流體中的反射波相位相同，由超聲波 的疊加作用增強(qiáng)接收信號(hào)幅值，既避免下介面不與上介面平行浪費(fèi)了透射進(jìn)入聲學(xué)反射器 裝置構(gòu)件的超聲波能量，又避免透射進(jìn)入聲學(xué)反射器裝置構(gòu)件的超聲波能量形成反射波對(duì)上介面的反射波的干涉相消作用。本發(fā)明的更優(yōu)方案為所述反射壁的壁厚滿足(8n+3)*X/16彡d/C0Sa ( (8n+5) * X/16，其中，d為壁 厚，a為超聲波入射角，、為超聲波在管壁介質(zhì)中的縱波波長(zhǎng)，n為自然數(shù)(0、1、2……)。上下介面反射波的相位差與波長(zhǎng)\、入射角a、壁厚d有關(guān)，滿足關(guān)系式d/cosa =(2n+l)/4X，n取值為自然數(shù)(0、1、2……)時(shí)相位相同，接收幅值最大。兩上下介面距 離d與上式列出的優(yōu)選值任意一個(gè)相差在X/16范圍內(nèi)，也有明顯的增強(qiáng)接收信號(hào)幅值的 效果。所述工藝加工孔的孔壁上設(shè)置有螺紋，便于待超聲波流量傳感器加工成型后用螺 絲密封。所述上介面和下介面均為圓形平面，上下介面的中軸線為同一直線。本發(fā)明增高了接收信號(hào)幅值，有利于提高流量檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性，降低輔助技 術(shù)的性能要求甚至不用輔助技術(shù)，從而減低超聲波流量傳感器的整體復(fù)雜性和成本。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明超聲波在反射壁的反射狀態(tài)；圖3為圖1所示A-A面剖面示意圖。圖中，1上介面，2工藝加工孔，3超聲波換能器，4管壁，5流體通道，6下介面。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 如附圖所示，流體通道5整體上是圓柱形，管壁4外壁整體上是圓柱面，在超聲波 流量傳感器的上部加工出口中軸線過(guò)流體通道5中軸線的兩個(gè)圓形換能器安裝平臺(tái)，并且 兩個(gè)換能器安裝平臺(tái)的中軸線相交于管壁4內(nèi)壁。在超聲波流量傳感器上方沿角平分線 為軸心加工出工藝加工孔2，孔壁有螺紋，待超聲波流量傳感器加工成型后可以使用螺絲密 封。以兩個(gè)換能器安裝平臺(tái)中軸線的角平分線作為聲學(xué)反射裝置的兩個(gè)反射面的法 線，過(guò)兩個(gè)換能器安裝平臺(tái)中軸線的焦點(diǎn)加工上介面1，上介面為圓形平面，可通過(guò)工藝加 工孔2對(duì)管壁4內(nèi)壁進(jìn)行加工獲得。在管壁4外壁加工下介面6與上介面1平行，下介面 為圓形平面，中軸線也是兩換能器安裝平臺(tái)中軸線的角平分線，可通過(guò)對(duì)管壁4外壁的加 工獲得。上介面1和下介面6構(gòu)成聲學(xué)反射裝置。該超聲波流量傳感器的管壁4材料是銅，換能器頻率為1MHz，兩個(gè)換能器安裝平 臺(tái)中軸線與聲學(xué)反射裝置法線夾角為45°，上介面1與下介面間距1. 2mm,正好滿足本發(fā)明 技術(shù)方案的特定關(guān)系。使用上述實(shí)施方式的超聲波流量傳感器，在相同的發(fā)射接收電路、相同換能器、相 同反射面加工面積條件下，相對(duì)于原有的技術(shù)，接收信號(hào)幅值有1.3伏(峰峰值)提高到 2. 5伏(峰峰值)，并且有利于提高流量檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性。
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實(shí)施例2 如實(shí)施例1，流體通道5整體上可改為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，如果在聲路轉(zhuǎn)折位置的管壁外 壁也加工出與管壁4內(nèi)壁反射平面平行的面結(jié)構(gòu)，亦為本發(fā)明技術(shù)方案的一種實(shí)施方式， 特別是聲路轉(zhuǎn)折位置的管壁4厚度滿足本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)選值關(guān)系式或有明顯的增強(qiáng) 接收信號(hào)幅值的效果的偏差范圍。實(shí)施例3 如實(shí)施例1，上介面1和下介面2可為其他平面形狀，亦為本發(fā)明的技術(shù)方案的一 種實(shí)施方式，特別是聲路轉(zhuǎn)折位置的管壁4厚度滿足其優(yōu)選值關(guān)系式或有明顯的增強(qiáng)接收 信號(hào)幅值的效果的偏差范圍。
權(quán)利要求
一種管壁反射式超聲波流量傳感器，包括傳感器的管壁(4)，兩個(gè)超聲波換能器(3)左右設(shè)置在管壁(4)內(nèi)的同一水平線上，其特征在于所述管壁(4)上兩個(gè)超聲波換能器(3)中間設(shè)置有工藝加工孔(2)，與工藝加工孔(2)位置相對(duì)的管壁(4)為上介面(1)和下介面(6)均是水平的平面壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管壁反射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述水平壁的 壁厚滿足(8n+3)*A/16 ^ d/cosa ( (8n+5) * X/16，其中，d為壁厚，a為超聲波入射角， 入為超聲波在管壁介質(zhì)中的縱波波長(zhǎng)，n為自然數(shù)(0、1、2……)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管壁反射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述工藝 加工孔(2)的孔壁上設(shè)置有螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的管壁反射式超聲波流量傳感器，其特征在于所述上介 面(1)和下介面(3)均為圓形平面，上下介面的中軸線為同一直線。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流量傳感器，特別涉及一種應(yīng)用于熱量表、水表的管壁反射式超聲波流量傳感器。該管壁反射式超聲波流量傳感器，包括傳感器的管壁，兩個(gè)超聲波換能器左右設(shè)置在管壁內(nèi)的同一水平線上，其特征在于所述管壁上兩個(gè)超聲波換能器中間設(shè)置有工藝加工孔，與工藝加工孔位置相對(duì)的管壁是上介面和下介面均為水平的平面壁。本發(fā)明增高了接收信號(hào)幅值，有利于提高流量檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性，降低輔助技術(shù)的性能要求甚至不用輔助技術(shù)，從而減低超聲波流量傳感器的整體復(fù)雜性和水表熱能表的成本。
文檔編號(hào)G01F1/66GK101858762SQ20101017626
公開(kāi)日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者鄧魯堅(jiān) 申請(qǐng)人:鄧魯堅(jiān)