專利名稱：消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流量計(jì)，是一種能夠消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)。
背景技術(shù)：
超聲波流量計(jì)由于比機(jī)械等結(jié)構(gòu)的流量計(jì)具有計(jì)量準(zhǔn)確、運(yùn)行無阻等優(yōu)點(diǎn)被廣泛 應(yīng)用。但是，現(xiàn)在市場(chǎng)上使用的時(shí)差法超聲波流量計(jì)，其主要結(jié)構(gòu)是在流體的上游和下游 安裝兩個(gè)超聲波探頭，即上游探頭和下游探頭，探頭間的距離固定不變，超聲波探頭是雙 工的，既可以用于發(fā)射超聲波也可以接收超聲波，當(dāng)有流體流動(dòng)時(shí)超聲波在兩個(gè)探頭間的 傳播速度與流體的流速存在線性疊加關(guān)系，當(dāng)超聲波順溜傳播時(shí)速度要加上流體的速度， 當(dāng)超聲波逆流傳播時(shí)速度要減去流體的速度，因此超聲波逆流傳播時(shí)間要長于順流傳播時(shí) 間，通過測(cè)量超聲波逆流與順流傳播的時(shí)間差就可以計(jì)算出流體的速度，從而推算出流體 的流量。這種結(jié)構(gòu)的超聲波流量計(jì)的不足是測(cè)出的時(shí)間差是兩部分組成的，第一是因?yàn)榱?體流動(dòng)而造成的超聲波傳播時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差是真實(shí)時(shí)間差；第二是探頭以及電路不對(duì) 稱延遲造成的時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差為誤差時(shí)間差。這兩個(gè)時(shí)間差疊加在一起無法區(qū)分開，因 此造成超聲波流量計(jì)有較大的零點(diǎn)誤差。實(shí)際應(yīng)用中，由于超聲波探頭在制造中無法達(dá)到 特性一致，零點(diǎn)誤差會(huì)隨著溫度，壓力等因素而改變，導(dǎo)致出現(xiàn)零點(diǎn)誤差漂移，這種零點(diǎn)誤 差漂移使流量計(jì)存在較大的計(jì)量誤差，當(dāng)對(duì)小流量進(jìn)行計(jì)量時(shí)，經(jīng)常導(dǎo)致計(jì)量失敗 ’為了得 到零點(diǎn)漂移量小的超聲波流量計(jì)，制造企業(yè)常采用超聲波探頭嚴(yán)格配對(duì)、電路對(duì)稱等方案， 但是，使用一段時(shí)間后，探頭的老化仍會(huì)使流量計(jì)產(chǎn)生零點(diǎn)誤差和漂移問題，使計(jì)量失真。 為此，本領(lǐng)域技術(shù)人員多年來一直不斷提供設(shè)計(jì)方案，但是均不能消除零點(diǎn)誤差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，它可以解決公知技 術(shù)存在的不足，消除零點(diǎn)誤差，使超聲波流量計(jì)達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)消除零點(diǎn)誤差的超聲波流 量計(jì)，包括外管，外管內(nèi)安裝超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，外管內(nèi)安裝導(dǎo)聲柱，超 聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別位于導(dǎo)聲柱兩端頭位置，采用支撐件分別將超聲波發(fā) 射探頭和超聲波接收探頭安裝在外管內(nèi)，導(dǎo)聲柱通過支撐件與外管連接。外管內(nèi)安裝一段 內(nèi)管，外管與內(nèi)管間緊密配合，以阻止流體由內(nèi)管外壁通過，內(nèi)管的空腔中安裝導(dǎo)聲柱，導(dǎo) 聲柱兩端分別位于內(nèi)管的外側(cè)。超聲波發(fā)射探頭的外周安裝第一探頭護(hù)管，超聲波接收探 頭的外周安裝第二探頭護(hù)管。內(nèi)管一端與第一支架連接，第一支架與第一探頭護(hù)管連接，第 一探頭護(hù)管內(nèi)安裝超聲波探頭，第一探頭護(hù)管一端的第一連接筋與導(dǎo)聲柱一端連接，內(nèi)管 另一端與第二支架連接，第二支架與第二探頭護(hù)管連接，第二探頭護(hù)管內(nèi)安裝超聲波探頭， 第二探頭護(hù)管一端的第二連接筋與導(dǎo)聲柱另一端連接。導(dǎo)聲柱中部是圓柱體，兩端分別為 錐體，導(dǎo)聲柱中部截面積分別小于兩端頭截面積，導(dǎo)聲柱兩端的錐體分別位于內(nèi)管兩端的 外側(cè)。導(dǎo)聲柱兩端的錐體外端面分別是錐形面，錐形面為凸錐形面或凹錐形面。導(dǎo)聲柱可采用玻璃、陶瓷、有機(jī)玻璃、聚砜或其他聚合物制作。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于能夠徹底消除超聲波流量計(jì)的零點(diǎn)誤差，本實(shí)用新型方 案中通過導(dǎo)聲柱將流體中的超聲波分成快速聲波和慢速聲波，快速聲波用于測(cè)量因超聲波 探頭延遲、電路延遲引起的傳播時(shí)間差，即誤差時(shí)間差；慢速聲波用于測(cè)量真實(shí)時(shí)間差和 誤差時(shí)間差疊加在一起的復(fù)合時(shí)間差，然后在計(jì)算中扣除誤差時(shí)間差，這就從根本上消除 了時(shí)間差法超聲波流量計(jì)的零點(diǎn)誤差。用快速聲波和慢速聲波進(jìn)一步說明由于超聲波探 頭和導(dǎo)聲柱之間的空隙中流體的速度一定為零，這段區(qū)域稱為流體靜止區(qū)，超聲波沿著路 徑超聲波探頭——流體靜止區(qū)——導(dǎo)聲柱一一流體靜止區(qū)——超聲波探頭傳播時(shí)不會(huì)疊 加流體流速，因此傳播時(shí)間差就是因?yàn)樘筋^和電路的不對(duì)稱延遲造成的傳播時(shí)間差，也就 是誤差時(shí)間差，在這個(gè)超聲波傳播路徑中由于導(dǎo)聲柱中的聲速大于流體中的聲速，因此超 聲波傳播的速度較快，因此稱為快速聲波；再用慢速聲波的傳播做說明另一個(gè)超聲波傳 播路徑超聲波探頭——流體——超聲波探頭，在這個(gè)傳播路徑中超聲波的速度疊加上了 流體的流速，同時(shí)也包含了探頭和電路的延遲時(shí)間，因此測(cè)到的是復(fù)合時(shí)間差，由于傳播介 質(zhì)只有流體，且流體的聲速要比導(dǎo)聲柱小，傳播速度低，因此稱為慢速聲波。由于把同一個(gè) 探頭發(fā)出的超聲波分成了兩束波快速聲波和慢速聲波，利用快速聲波可以測(cè)出誤差時(shí)間 差，利用慢速聲波可以測(cè)出真實(shí)時(shí)間差與誤差時(shí)間差疊加的復(fù)合時(shí)間差，因此可以用復(fù)合 時(shí)間差減去誤差時(shí)間差就可以得到真實(shí)時(shí)間差，也就從根本上消除了時(shí)間差法超聲波流量 計(jì)中存在的零點(diǎn)誤差，從而消除了零點(diǎn)漂移，使流量計(jì)準(zhǔn)確度提高至99%，并且，本實(shí)用新型 不會(huì)由于超聲波探頭的老化而產(chǎn)生零點(diǎn)誤差，即本實(shí)用新型流量計(jì)的精確度和長期運(yùn)行 中的穩(wěn)定性得到了保證。

附圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例之一結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是附圖2中A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例之一結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例之一結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6是導(dǎo)聲柱9結(jié)構(gòu)之一示意圖。
具體實(shí)施方式
對(duì)照附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。本實(shí)用新型所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)的主要設(shè)計(jì)是采用導(dǎo)聲柱將聲 波分成了兩路，一路為快速聲波，另一路為慢速聲波。快速聲波用于測(cè)量由電路和探頭的不 對(duì)稱而形成的誤差時(shí)間差，慢速聲波用于測(cè)量真實(shí)時(shí)間差與誤差時(shí)間差的復(fù)合時(shí)間差，然 后從復(fù)合時(shí)間差中減去誤差時(shí)間差，從而得到真實(shí)的時(shí)間差，從根本上消除了零點(diǎn)誤差。因 此，本實(shí)用新型所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其主要結(jié)構(gòu)是有一個(gè)外管1，外管1 內(nèi)安裝超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，外管1內(nèi)安裝導(dǎo)聲柱9，超聲波發(fā)射探頭和超聲 波接收探頭分別位于導(dǎo)聲柱9兩端頭位置，采用支撐件分別將超聲波發(fā)射探頭和超聲波接 收探頭安裝在外管1內(nèi)，導(dǎo)聲柱9通過支撐件與外管1連接。本實(shí)用新型所述的超聲波探頭安裝在導(dǎo)聲柱9兩端頭位置，是指導(dǎo)聲柱9的長度方向的兩端頭。超聲波發(fā)射探頭和接 收探頭的安裝位置可以有多種方式，如附圖1-附圖5所示的結(jié)構(gòu)，超聲波探頭可以安裝在 平直的外管1內(nèi)或安裝在外管1突起的部位，但，外管1的突起部位與外管1的腔體相通， 超聲波發(fā)射和接收探頭無論安裝在外管1的那個(gè)位置，均應(yīng)當(dāng)與導(dǎo)聲柱9的端頭之間構(gòu)成 流體靜止區(qū)Gl和G2。當(dāng)超聲波發(fā)射和接收探頭安裝在外管1的突起部位、導(dǎo)聲柱9沿外管 1水平方向安裝時(shí)，可在外管1內(nèi)、位于超聲波發(fā)射和接收探頭的下方分別安裝超聲波反射 片，如附圖4所示結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)超聲波探頭接收導(dǎo)聲柱9將超聲波分成兩路的設(shè)計(jì)方案。本實(shí)用新型所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)可以有多個(gè)實(shí)施例，如附圖1、附 圖2和附圖3、附圖4、附圖5。附圖2和附圖3所示為優(yōu)選方案，其具體結(jié)構(gòu)為外管1內(nèi) 安裝一段內(nèi)管2，內(nèi)管2位于外管1內(nèi)需要計(jì)量流體的一段長度內(nèi)，外管1內(nèi)壁與內(nèi)管2外 壁間緊密配合，以阻止流體由內(nèi)管2外壁通過，為了更好的密封，可在內(nèi)管、外管1配合處安 裝密封圈或涂抹密封膠，為了消除零點(diǎn)誤差，在內(nèi)管2的空腔中安裝導(dǎo)聲柱9，導(dǎo)聲柱9兩 端分別位于內(nèi)管2的外側(cè)，更進(jìn)一步的方案是，導(dǎo)聲柱9兩端截面積大于中部圓柱體的錐體 部分分別位于內(nèi)管2的兩端外側(cè)，便于聲波從流體耦合到導(dǎo)聲柱9，本實(shí)用新型中采用的超 聲波發(fā)射探頭5和超聲波接收探頭6通過支撐件分別安裝在外管1內(nèi)位于內(nèi)管2的兩端外 側(cè)，導(dǎo)聲柱9兩端分別與超聲波發(fā)射探頭5和超聲波接收探頭6之間的空隙構(gòu)成流體靜止 區(qū)，即第一流體靜止區(qū)Gl和第二流體靜止區(qū)G2，使超聲波發(fā)射探頭流體靜止區(qū)的流體耦 合到導(dǎo)聲柱9，通過導(dǎo)聲柱9后耦合到超聲波接收探頭的流體靜止區(qū)的流體中，然后到達(dá)接 收探頭，這種快速聲波的傳播沒有疊加流體流速，因此，這種傳播時(shí)間差就是探頭和電路的 不對(duì)稱延遲造成的傳播時(shí)間之差，就是誤差時(shí)間差，這種誤差時(shí)間差成為可測(cè)誤差，再利用 慢速聲波的時(shí)間差，即真實(shí)的流體流動(dòng)引起的時(shí)間差與誤差時(shí)間差疊加了復(fù)合時(shí)間差，再 用復(fù)合時(shí)間差減去誤差時(shí)間差即可得到真實(shí)的時(shí)間差，這就可在設(shè)計(jì)時(shí)的運(yùn)算中扣除零點(diǎn) 誤差，從而消除零點(diǎn)漂移。導(dǎo)聲柱9安裝在內(nèi)管2中和超聲波探頭安裝在外管內(nèi)均需要有 支撐結(jié)構(gòu)，導(dǎo)聲柱9可通過支撐件與外管1或內(nèi)管2連接，這種支撐結(jié)構(gòu)可以有多種形式， 例如采用支撐件與內(nèi)管2固定，也可采用支撐件與外管1固定，通過固定導(dǎo)聲柱9再使導(dǎo) 聲柱9與超聲波探頭的支撐件連接等結(jié)構(gòu)均可，支撐件也可用于同時(shí)支撐導(dǎo)聲柱9和超聲 波探頭。本實(shí)用新型提供一種具體的支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)管2 —端與第一支架7連接，第一支架7 與第一探頭護(hù)管3連接，第一探頭護(hù)管3內(nèi)安裝超聲波發(fā)射探頭5，第一探頭護(hù)管3—端的 第一連接筋10與導(dǎo)聲柱9 一端連接，內(nèi)管2另一端與第二支架8連接，第二支架8與第二 探頭護(hù)管4連接，第二探頭護(hù)管4內(nèi)安裝超聲波接收探頭6，第二探頭護(hù)管4 一端的第二連 接筋11與導(dǎo)聲柱9另一端連接。該支撐結(jié)構(gòu)便于制作，便于安裝，支撐固牢。但支撐導(dǎo)聲 柱和超聲波探頭的支撐結(jié)構(gòu)不限于此方案，如附圖4所示支架14用于支撐導(dǎo)聲柱9，超聲 波探頭安裝在外管1的突起部，在超聲波探頭的下方分別安裝第一超聲波反射片12和第二 超聲波反射片13。為了使超聲波發(fā)射探頭5和超聲波接收探頭6便于浸入水中不被水侵蝕，可在超 聲波發(fā)射探頭5的外周安裝第一探頭護(hù)管3，超聲波接收探頭6的外周安裝第二探頭護(hù)管 4，當(dāng)超聲波發(fā)射探頭5和超聲波接收探頭6的產(chǎn)品本身具有防水功能時(shí)，則不需要探頭護(hù) 管，此時(shí)，超聲波發(fā)射和接收的探頭可通過支撐件與導(dǎo)聲柱9連接或與內(nèi)管2連接或與外管 1連接。[0011]本實(shí)用新型所述導(dǎo)聲柱9的結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)聲柱9中部是圓柱體，兩端分別為錐 體，導(dǎo)聲柱9中部截面積分別小于兩端頭截面積，導(dǎo)聲柱9兩端的錐體分別位于內(nèi)管2兩端 的外側(cè)。這種結(jié)構(gòu)更有利于聲波從流體耦合到導(dǎo)聲柱9。由于流體和導(dǎo)聲柱9的波阻抗不 同，所以聲波在耦合到導(dǎo)聲柱9時(shí)有較大的反射，導(dǎo)聲柱9兩端截面積較大可以把更多的聲 波耦合到導(dǎo)聲柱9內(nèi)，導(dǎo)聲柱9中間較細(xì)，可以減少導(dǎo)聲柱9在內(nèi)管2的空腔內(nèi)占用截面積， 使更多的流體流動(dòng)，更有利于減少流量計(jì)的壓力損失。本實(shí)用新型所述的導(dǎo)聲柱9兩端的錐體外端面分別是錐形面，錐形面為凸錐形面 或凹錐形面。用于更好的消除回聲，使測(cè)量誤差更準(zhǔn)確。本實(shí)用新型所述的導(dǎo)聲柱9可采 用玻璃、陶瓷、有機(jī)玻璃、聚砜或其他聚合物制作，更便于傳遞聲速。本實(shí)用新型所述的導(dǎo)聲柱9也可以是圓柱體或圓柱體及兩端頭的錐形結(jié)構(gòu)，如附 圖6所示，但其導(dǎo)聲效果不是處于最佳狀態(tài)。圖中14是支撐件。
權(quán)利要求1.消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于包括外管(1)，外管(1)內(nèi)安裝超聲波 發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，外管(1)內(nèi)安裝導(dǎo)聲柱(9)，超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探 頭分別位于導(dǎo)聲柱(9)兩端頭位置，采用支撐件分別將超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭 安裝在外管(1)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于外管(1)內(nèi)安 裝一段內(nèi)管(2)，外管(1)與內(nèi)管(2)間緊密配合，以阻止流體由內(nèi)管(2)外壁通過，內(nèi)管 (2)的空腔中安裝導(dǎo)聲柱(9)，導(dǎo)聲柱(9)兩端分別位于內(nèi)管(2)的外側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于超聲波發(fā)射探 頭(5)的外周安裝第一探頭護(hù)管(3)，超聲波接收探頭(6)的外周安裝第二探頭護(hù)管(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于內(nèi)管(2)—端 與第一支架(7)連接，第一支架(7)與第一探頭護(hù)管(3)連接，第一探頭護(hù)管(3)內(nèi)安裝超 聲波探頭(5)，第一探頭護(hù)管(3)—端的第一連接筋(10)與導(dǎo)聲柱(9) 一端連接，內(nèi)管(2) 另一端與第二支架(8)連接，第二支架(8)與第二探頭護(hù)管(4)連接，第二探頭護(hù)管(4)內(nèi) 安裝超聲波探頭(6)，第二探頭護(hù)管(4) 一端的第二連接筋(11)與導(dǎo)聲柱(9)另一端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于導(dǎo)聲柱(9)中 部是圓柱體，兩端分別為錐體，導(dǎo)聲柱(9)中部截面積分別小于兩端頭截面積，導(dǎo)聲柱(9) 兩端的錐體分別位于內(nèi)管(2)兩端的外側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在于導(dǎo)聲柱(9)兩 端的錐體外端面分別是錐形面，錐形面為凸錐形面或凹錐形面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4、5或6任一項(xiàng)所述的消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，其特征在 于導(dǎo)聲柱(9)可采用玻璃、陶瓷、有機(jī)玻璃、聚砜或其他聚合物制作。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種消除零點(diǎn)誤差的超聲波流量計(jì)，包括外管,外管內(nèi)安裝超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭，外管內(nèi)安裝導(dǎo)聲柱,超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭分別位于導(dǎo)聲柱兩端頭位置，采用支撐件分別將超聲波發(fā)射探頭和超聲波接收探頭安裝在外管內(nèi)，導(dǎo)聲柱通過支撐件與外管連接。本實(shí)用新型可以解決公知技術(shù)存在的不足，消除零點(diǎn)誤差，使超聲波流量計(jì)達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的。
文檔編號(hào)G01F1/66GK201926472SQ20102063877
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者郭榮嶺 申請(qǐng)人:郭榮嶺