[发明专利]超声波流量计探头及探杆式超声波流量计

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种超声波流量计探头及探杆式超声波流量计。

背景技术

根据对信号检测的原理不同，目前超声波流量计大致可以分为传播速度差法(包括：直接时差法、时差法、相位差法、频差法)、波束偏移法、多普勒法、相关法、空间滤波法及噪声法等类型。其中，噪声法的结构及原理最为简单，且便于测量和携带、价格便宜，但是噪声法测量的准确度较低，仅适用于在流量测量准确度要求不高的场合使用。直接时差法、时差法、频差法和相位差法的基本原理都是通过测量超声波脉冲顺流和逆流的传播速度之差来反映流体的流速，故又统称为传播速度差法。其中，频差法和时差法克服了声速随流体温度变化带来的误差，准确度较高，因而被广泛使用。

传统的时差法超声波流量计的工作原理为：超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息，因此，通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。超声脉冲穿过管道从一个传感器到达另一个传感器，当流体不流动时，声脉冲以相同的速度在两个方向上传播。如果管道中的流体有一定流速，则顺着流动方向的声脉冲会传输的快些，而逆着流动方向的声脉冲会传输的慢些，这样，顺流传输时间会短些，而逆流传输时间会长些。通过信号处理器计算处理出当前介质的流量。

传统超声波流量计为非接触式仪表，采用耦合剂吸附于介质容器或管道外壁，适于测量不易接触和观察的流体流量。由于采用非接触式测量，流量计在使用过程中受到极大制约，超声波经过声波发射换能器发出必须经过两层干扰介质(耦合剂与介质容器或管道外壁)才能与被测介质接触，在穿过被测介质后又必须穿过两层干扰介质(介质容器或管道外壁与耦合剂)才能到达声波接收换能器。因而对于低流量介质测量结果准确度造成极大的影响；与此同时，非接触式在测量大管道介质时(管径大于1500毫米)，超声波换能器的准确安装是个极大的难题。

为了解决这一问题，探杆式超声波流量计应运而生。涡街流量计是目前广泛使用的一种探杆式超声波流量计，涡街流量计的探头包含一涡街发生装置。涡街流量计是利用卡门涡街流量原理进行测量的，在测量管中垂直插入一个柱状物，流体通过柱状物时，在一定条件下，在柱状物两侧就会交替产生两列有规则的漩涡。传统的涡街流量计采用压电敏感元件将流体的振动信号转换成电信号，并利用比较器、信号处理方法等手段实现涡街频率信号的检测，进而实现流量计算。但也正式由于直接将频率信号进行变送，当受到外界干扰时，测量值就会远远低于实际值，正因为如此，传统涡街流量计无法对低速进行测量，也就是低频信号易受电磁干扰；而且涡街流量计是采用取压孔或插入式检测元件感应漩涡，一旦介质中的杂质嵌入取压孔或感应元件与表体间的缝隙，则造成信号变弱或不稳定。因此，如何提高超声波流量计测量的准确度，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种超声波流量计探头及探杆式超声波流量计，用以解决现有的超声波流量计测量的准确度较低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种超声波流量计探头，包括流体采集腔、第一超声波信号收发装置、第二超声波信号收发装置、第一陶瓷片、第二陶瓷片和超声波信号处理器；其中：所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片位于所述流体采集腔内的相对两侧；所述第一超声波信号收发装置，连接所述第一陶瓷片，通过所述第一陶瓷片向所述第二陶瓷片发送超声波并接收从第二陶瓷片发送的超声波；所述第二超声波信号收发装置连接所述第二陶瓷片，通过所述第二陶瓷片向所述第一陶瓷片发送超声波并接收从第一陶瓷片发送的超声波；所述超声波信号处理器，同时连接所述第一超声波信号收发装置和所述第二超声波信号收发装置，通过对比两个相对的陶瓷片之间的超声波信号测定流过所述流体采集腔的流体流速。

优选的，所述第一陶瓷片和所述第二陶瓷片均为高温耐磨陶瓷片。

优选的，所述第一超声波信号收发装置和所述第二超声波信号收发装置分别与所述流体采集腔焊接。

优选的，所述第一陶瓷片卡接于所述流体采集腔内侧上表面；所述第二陶瓷片卡接于所述流体采集腔内侧下表面。

优选的，所述流体采集腔内侧下表面相对于所述流体采集腔内侧上表面倾斜设置。

优选的，所述第二陶瓷片相对于所述第一陶瓷片倾斜设置。

优选的，所述流体采集腔为两端开口的中空结构，其一端开口为流体入口，另一端开口为流体出口；所述流体入口的口径小于所述流体出口的口径。

优选的，所述流体入口为倒角设置，所述流体出口为敞口设置。