本發(fā)明涉及流體計量器具，具體地說是一種抗干擾的超聲流量傳感器的測量管段。

背景技術：

目前，在基于超聲波為載體的流量測量方面，主要是通過一對或者多對超聲波換能器放置在被測管道的兩端來實現，超聲波流量傳感器是利用超聲波在液體中傳播的原理，通過測得聲波的順向、逆向的傳播速度差而計算出流體的流速，再由集成在PCB板芯片中積分公式計算出流量，上述是穩(wěn)定流體的理想情況，然而流量計實際應用時，因流量計前端的復雜情況，如有彎管、變徑、閥門、換熱器、分水器等的影響，難以得到相對穩(wěn)定的理想流體通過流量計，不穩(wěn)定流體使測量的數據的準確性受到影響。為了消除影響，得到相對穩(wěn)定的流體，有的在傳感器的入口處安裝穩(wěn)流器，但是因為受表體長度的影響所起到的穩(wěn)流作用也非常之小；有的測量管道內的進行縮徑，對于徑向旋轉的流動，穩(wěn)流效果并不明顯。

另外，在各種儀表的使用過程中，通常會在儀表的前端安裝過濾器，以防止流體中雜質干擾測量，同時也是出于對整個管路的保護，但在安裝過濾器后水的流態(tài)會發(fā)生變化，從而導致測量精度下降。因此，通常的流量計量儀表都要求表前保持10倍儀表標稱口徑長度的直管段，以減小前端器件對流量測量的影響。

常用流體在系統(tǒng)運行中，管路比摩阻隨流速增大而增大，考慮到整個系統(tǒng)的運行，液體經濟流速為2m/s以下，通徑儀表最佳測量區(qū)域為流體流速0.5m/s-8m/s（甚至10m/s以上），而實際工況中常見0.1m/s-0.7m/s的流速卻位于儀表的亞準確區(qū)域，最佳測量范圍與實際使用的流量范圍相差較大。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是解決上述現有技術的不足，提供一種結構新穎、抗干擾性能優(yōu)異、能實現適應各種復雜工況、方便安裝、精確測量流體流速、提高測量精度的超聲流量傳感器的測量管段。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種抗干擾的超聲流量傳感器的測量管段，其特征在于所述測量管段是由中間的扁形直管段以及扁形直管段兩端的喇叭形連接管段組成，所述扁形直管段兩端與喇叭形連接管段弧形過渡連接，所述扁形直管段上至少設有一組偶數對且該組偶數對中心線相交叉的超聲波換能器組，通過超聲波換能器組能有效的消除了超聲波測試時的垂直于流體流動方向的分速度干擾，由于扁形直管段截面積相對表體口徑面積變小，使偶數對的超聲波換能器的有效采樣截面占比增加，并強制調整流體進入喇叭形結構各個方向的偏心流動和旋轉流動，增強了抗干擾能力，解決了在圓口形的流量傳感器中，需要安裝更多的換能器來采集更全面的信號數據，才能準確的消除如換熱器這種特殊的干擾器件的干擾的實質性不足。

本發(fā)明中的相鄰的超聲波換能器組可設置在扁形直管段的同一縱切層面上，也可以設置在扁形直管段的不同縱切層面上，即所述超聲波換能器組縱切層面間距不超過30mm，以利于通過兩兩匹配的超聲波換能器組的采樣，進行數據處理，抵消不穩(wěn)定水流的干擾。根據管段口徑可設置多組換能器組，不同換能器組距離可為100mm-400mm，不同組合的間距小于100 mm，則增加換能器的用量，提高成本并增大換能器的故障率；經過實測，不同組合的間距大于400mm則不能有效反映儀表內部的一些特殊流動狀態(tài)，造成準確度的降低。

本發(fā)明所述扁形直管段的上平面和下平面的間距是兩側面間距的25%-90%，所述扁形直管段的兩側面可以為平面，也可以為弧形面；通過扁形直管段調節(jié)了儀表的最佳測速區(qū)間，使儀表更加符合實際的應用工況；由于扁形直管和換能器組兩者的結合一方面降低了換能器的配置數量，一方面減小了扁腔的縮小比例，達到了控制制造成本（少量的換能器）與使用成本（低壓損）的完美平衡。

本發(fā)明在使用時，一般不需要表前直管段，在表前有半開閥門等極度不正常的干擾部件時，也僅需要3倍儀表標稱口徑長度的直管段，即可保證測量的精度和準確度，也可在本結構的兩端加法蘭或螺紋，形成儀表的表體，再配合安裝換能器和電器元件組成超聲波流量傳感器。

國標要求流體流經特定標準干擾器件后，再流過10倍儀表標稱口徑長度的直管段后進入超聲波流量傳感器，超聲波流量傳感器的測量準確度誤差不得大于正常使用情況誤差限的2倍。本發(fā)明流體流經標準干擾器件、彎管、連續(xù)彎管、變徑管、分水器、閥門等干擾源后直接進入本發(fā)明的測量管段，測量流量準確度滿足了正常誤差限要求；流體流經節(jié)流板、換熱器、堵塞的過濾器等特殊干擾源后直接進入本發(fā)明的測量管段，測量流量準確度能夠滿足正常誤差限的2倍要求；流體流經節(jié)流板、閥門、換熱器、過濾器等特殊干擾源后，流過3倍儀表標稱口徑長度的直管段進入本發(fā)明的測量管段，本發(fā)明的測量管段的測量準確度誤差還能夠滿足正常誤差限的要求。大大優(yōu)于常見流量測量儀表的抗干擾能力。

本發(fā)明的有益效果是：由于測量管段采用扁形直管段，對前方干擾源引發(fā)的不均勻流動起到了很好的調整作用，并通過偶數對的換能器的布局，使得采樣信號數據簡單易處理，處理時，只需將每兩個對應聲道信號數值簡單的平均，就能有效的消除扁形直管段無法完全消除的不規(guī)則流動的干擾，具有結構新穎、抗干擾性能優(yōu)異、能實現適應各種復雜工況、方便安裝、精確測量流體流速、提高測量精度等優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種2聲道鑄造管段結構示意圖。

圖2是圖1的剖視圖。

圖3是本發(fā)明的另一種4聲道焊接管段結構示意圖。

圖4是圖2的剖視圖。

圖5檢定標準要求誤差限

圖6是本發(fā)明的測試數據表。

附圖標記：扁形直管段1、喇叭形連接管2、超聲波換能器3-1、3-2、6-1、6-2、6-3、6-4、上平面（上鋼板）4、下平面（下鋼板）5、圓管9。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發(fā)明的結構作進一步描述：

如附圖1所示，一種抗干擾的超聲流量傳感器的測量管段，其特征在于所述測量管段是由中間的扁形直管段1以及扁形直管段1兩端的喇叭形連接管2段組成，所述扁形直管段1兩端與喇叭形連接管段2弧形過渡連接，所述扁形直管段1上至少設有一組中心線相交叉的偶數對超聲波換能器組3-1、3-2，超聲波換能器組3-1、3-2有效的消除了超聲波測試時的垂直于流體流動方向的分速度干擾，由于扁形直管段截面積相對表體口徑面積變小，使偶數對的超聲波換能器3-1、3-2的有效采樣截面占比增加，并強制調整進入喇叭形連接管2各個方向的偏心流動流體和旋轉流動流體，增強了抗干擾能力，解決了在圓形通徑流量傳感器中，需要安裝更多的換能器來采集更全面的信號數據，才能準確的消除如換熱器這種特殊的干擾器件的干擾的實質性不足，所述每對超聲波換能器是由扁形直管段兩側的同一中心線的兩個超聲波換能器構成，此為現有技術。

本發(fā)明中的相鄰的超聲波換能器組6-1、6-2或6-3、6-4可設置在扁形直管段1的同一縱切層面上，如附圖3所示；也可以設置在扁形直管段的不同縱切層面上，即所述超聲波換能器組6-1和6-2以及6-3和6-4的縱切層面間距不超過30mm，如附圖4所示，以利于通過兩兩匹配的超聲波換能器組的采樣，進行數據處理，抵消不穩(wěn)定流體流動的干擾。

本發(fā)明所述扁形直管段1的上平面4和下平面5的間距是兩側面間距的25%-90%，所述扁形直管段1的兩側面可以為平面，也可以為弧形面；通過扁形直管段調節(jié)了儀表的最佳測速區(qū)間，使儀表更加符合實際的應用工況；由于扁形直管和換能器組兩者的結合一方面降低了換能器的配置數量，一方面減小了扁腔的縮小比例，達到了控制制造成本（少量的換能器）與使用成本（低壓損）的完美平衡。

本發(fā)明在使用時，一般不需要表前直管段，在表前有半開閥門等極度不正常的干擾部件時，也僅需要3倍儀表標稱口徑長度的直管段，即可保證測量的精度和準確度，也可在本管段兩端加法蘭或螺紋，形成儀表的表體，再配合安裝換能器和電器元件組成超聲波流量傳感器。

本發(fā)明在制作時，可以通過鑄造制造，所述扁形直管段2與測量管段兩端的喇叭形連接管2圓滑過渡，超聲波換能器3-1、3-2成對分布在扁形直管段兩側面，超聲波換能器3-1、3-2的安裝位置成對分布，且兩對換能器3-1、3-2安裝位置在扁形直管段的同一縱切層面上，也可安裝在間距不超過30mm的兩個平行的縱切層面上，即所述超聲波換能器組6-1和6-2以及6-3和6-4的縱切層面間距不超過30mm；所述扁形直管段1上平面4和下平面5的間距為扁形直管段兩側面間距的25%-90%，達到強制整流、加大被測流體的速度、減少換能器安裝個數的目的，根據測量管段的高度尺寸選擇換能器對應安裝位置的數量，即扁形直管段1的腔高每增加100mm-400mm，就增加兩對對應的超聲波換能器，以起到有效測量各種復雜工況又減低成本的作用。一方面降低了換能器的配置數量，一方面減小了扁腔的縮小比例、降低了儀表壓損，達到了控制制造成本（少量的換能器）與使用成本（低壓損）的完美平衡。

如附圖3、附圖4所示，本發(fā)明不拘泥于鑄造工藝，也可采用鋼板焊接而成：圓管9以及圓管9內焊接的上鋼板4和下鋼板5構成扁形直管段1和喇叭形連接管2，所述上鋼板4和下鋼板5的高度是圓管9內徑的25%-90%，具體數值的選用取決于本發(fā)明用于儀表的準確度等級、壓力損失的大小及應用工況的需求；扁形直管段1的第一組合的兩對超聲波換能器組6-1的縱切層面、6-2的縱切層面間距不超過30mm，扁形直管段1的第二組合的兩對換能器6-3的縱切層面、6-4的縱切層面間距不超過30mm，一個組合的兩對對應換能器6-1、6-2或6-3、6-4所在層面相差不超30mm間距，才能有效的反映并消除流體流動方向上的干擾信號；組合一與組合二的換能器安裝位置距離可為100mm-400mm，不同組合的間距小于100 mm，則增加換能器的用量，提高成本并增大換能器的故障率；經過實測，不同組合的間距大于400mm則不能有效反映儀表內部的一些特殊流動狀態(tài)，造成準確度的降低。當儀表口徑大于800mm則必須使用三組以上換能器組。

以本發(fā)明測量管段測試驗證方法：將本發(fā)明的管段兩端加法蘭，在換能器安裝位置安裝換能器組成流量傳感器，配合計算器組成超聲波儀表，在符合檢驗標準的測試臺上檢定合格后（檢定標準要求誤差限，圖5），記錄測量誤差，將該超聲波儀表安裝各種干擾源產生的復雜工況下進行測試流量準確度測試；如附圖6所示，通過本發(fā)明的測試數據顯示，本發(fā)明直接接在常見的各種干擾源后檢定，均達到了2級表誤差的要求；在一些實際使用的極復雜的干擾部件后，只需在使用本發(fā)明結構的超聲波儀表前連接3倍儀表標稱口徑長度的直管段，該儀表就能達到2級表誤差的要求；而目前市場的大部分儀表包括電磁流量計，需要經過10倍儀表標稱口徑長度的直管段才能消除一些常見的干擾源對流量測試的影響，且只能達到標準要求的使用中的2級表誤差的要求（使用中檢驗的儀表的誤差限為上述誤差限的2倍），由此可見，本發(fā)明取得了實質性的技術效果。

本發(fā)明由于采用上述結構，經過干擾后的流體進入超聲波流量傳感器后，由本發(fā)明結構在消減干擾的同時合理采樣，從而實現精確測量流體流速、減少安裝現場的施工要求的目的，具有測量準確、節(jié)約成本、便于使用等優(yōu)點。