CN107356300A - 一种超声流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声流量计，包括承压壳体和至少一组换能器组件，承压壳体与流体管道连接；每组所述换能器组件包括两个超声换能器，每个超声换能器均包括换能器底座和换能器探头，换能器探头包括金属制成的探头保护壳，探头保护壳的一端与换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层并通过承压壳体上的安装孔插入所述承压壳体中。承压壳体、探头保护壳以及金属匹配层增加了探头的承压能力，探头能够承受42MPa的压力，避免了复杂的降压工艺，节省了成本。

Description

一种超声流量计

技术领域

本发明涉及流量测量领域，尤其涉及一种超声流量计。

背景技术

超声流量计是通过检测流体流动对超声束的作用以测量流量的仪表。超声流量计是计量流体较为精确、稳定的一款流量计，很多天然气贸易交接、能源、环保等需要高精度计量的场合，都会选用超声流量计。

现有的超声流量计安装在管道中使用，当管道中的压力较大时，换能器会因承受高压而损坏，导致介质泄露；为了计量高压流体，有些场合会改变生产工艺，对高压流体进行降压处理，之后再测量，降压工艺复杂，费时费力，降压设备成本高。

发明内容

本发明的另一目的在于提供一种超声流量计，以解决现有技术中存在的计量精度低、压力高时易损坏的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种超声流量计，包括：

承压壳体，其与流体管道连接；

至少一组换能器组件，每组所述换能器组件包括两个超声换能器，每个所述超声换能器均包括换能器底座和换能器探头，所述换能器探头包括金属制成的探头保护壳，所述探头保护壳的一端与所述换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层并通过所述承压壳体上的安装孔插入所述承压壳体中。

其中，所述换能器底座与所述承压壳体螺纹连接，所述换能器底座内部设置有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆上套设有金属垫片、密封圈和出线接头，位于所述探头保护壳内的压电元件和阻尼垫与所述屏蔽线缆连接，所述金属匹配层位于所述压电元件远离所述阻尼垫的一端。

其中，所述换能器组件沿所述承压壳体周向分布，相邻两组所述换能器组件沿所述承压壳体的轴向错开分布。

其中，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角在50～120度之间。

其中，所述换能器组件有两组，两组所述换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。

其中，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角为90度。

其中，两个所述超声换能器之间设置有压力传感器和/或温度传感器。

其中，所述承压壳体通过对焊法兰与所述流体管道连接，两个所述对焊法兰分别位于所述承压壳体的进口端和出口端。

其中，所述承压壳体一体成型，所述承压壳体的壁厚不低于10mm。

其中，还包括超声转换器，其连接于所述承压壳体上并与所述换能器组件电连接，所述超声转换器上设置有显示屏。

本发明的有益效果：

本发明提出的超声流量计，包括承压壳体和至少一组换能器组件，每组换能器组件包括两个超声换能器，每个超声换能器均包括换能器底座和换能器探头，换能器探头包括金属制成的探头保护壳，探头保护壳的一端与换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层并通过承压壳体上的安装孔插入承压壳体中。承压壳体、金属制成的探头保护壳以及金属匹配层，增加了换能器探头的承压能力，换能器探头能够承受42MPa的压力，避免了复杂的降压工艺，节省了成本；该超声流量计可以直接对高压力介质进行测量，特别是高压气体介质，简化测量工艺。

附图说明

图1是本发明提供的超声换能器的剖视图；

图2是本发明提供的超声流量计的结构示意图一；

图3是本发明提供的超声流量计的结构示意图二；

图4是本发明提供的超声流量计的主视图；

图5是本发明提供的超声流量计的侧视图；

图6是本发明提供的超声流量计的局部剖视图。

图中：

1、超声换能器；2、承压壳体；3、对焊法兰；4、压力传感器；5、温度传感器；6、超声转换器；

11、换能器底座；12、换能器探头；13、屏蔽线缆；14、金属垫片；15、密封圈；16、出线接头；

121、探头保护壳；122、金属匹配层；123、压电元件；124、阻尼垫。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

参见图1至图6，本发明实施例提供一种超声流量计，适用于计量液体或气体，例如油田井口气、高压天然气以及能源、环保等行业工艺过程流体的检测与计量。

超声流量计包括承压壳体2和至少一组换能器组件。

承压壳体2与流体管道连接，承压壳体2通过对焊法兰3与流体管道连接，两个对焊法兰3分别位于承压壳体2的进口端和出口端。

至少一组换能器组件，每组换能器组件包括两个超声换能器1，每个超声换能器1均包括换能器底座11和换能器探头12，换能器探头12包括金属制成的探头保护壳121，探头保护壳121的一端与换能器底座11连接，另一端设置有金属匹配层122并通过承压壳体2上的安装孔插入承压壳体2中。承压壳体2、金属制成的探头保护壳121和金属匹配层122增加了探头的承压能力，探头能够承受42MPa的压力，避免了复杂的降压工艺，节省了成本。

换能器底座11与承压壳体2螺纹连接，换能器底座11与承压壳体2采用四个螺钉固定，螺纹处涂抹螺纹密封胶。换能器底座11内部设置有屏蔽线缆13，屏蔽线缆13上套设有金属垫片14、密封圈15和出线接头16，各部件之间紧密连接，保证密封性和接触良好。

探头保护壳121由316L不锈钢或钛制成，位于探头保护壳121内的压电元件123和阻尼垫124与屏蔽线缆13连接，压电元件123靠近阻尼垫124的一端设置有引线，金属匹配层122位于压电元件123远离阻尼垫124的一端。金属匹配层122嵌入探头保护壳121内并与探头保护壳121焊接，金属匹配层122的一个面与流体接触。压电元件123和阻尼垫124均位于探头保护壳121内，各部件之间紧密连接，保证密封性和接触良好。

换能器底座11和换能器探头12先螺纹备紧，再焊接固定，保证加工精度。换能器底座11和换能器探头12内部各零部件填充紧密，并且在尾部接头处压紧，使内部整体结构带有一定的预紧力，可有效抵抗外部压力，能够在42MPa的压力下进行正常收发信号。

多组换能器组件沿承压壳体2周向分布，形成多通道，较大的声程可保证准确高效的计量；相邻两组换能器组件沿承压壳体2的轴向错开分布，可在承压壳体2内形成不同的截面，降低承压壳体2内流态对计量精度的影响，提高了整体计量精度，且充分利用了承压壳体2的空间，避免产生干涉，避免造成局部减弱。

每组换能器组件包括夹角呈50～120度的两个上述超声换能器1，保证一个超声换能器1发出的信号能够被另一个超声换能器1接收，两个超声换能器1交替作为发射端和接收端，提高传输效率。

流量计可测量高达42MPa的高压流体，计量精度可达到0.5％级，重复性0.1％级，量程比至少达到1:30，流体流速在1～30m/s之间，温度使用范围在-40～120℃之间。

根据实际需要，不同直径的承压壳体2，换能器组件的数量不同。在本实施例中，换能器组件有两组，两组换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。每组换能器组件中的两个超声换能器1之间的夹角为90度，便于生产加工、安装和测量。

两个超声换能器1之间设置有压力传感器4和/或温度传感器5，可测量流体的压力和温度，还可提供补偿，为计算工况压力提供可靠数据。在本实施例中，一组换能器组件中的两个超声换能器1之间设置压力传感器4，另一组换能器组件中的两个超声换能器1之间设置温度传感器5。压力传感器4和温度传感器5与承压壳体2螺纹连接，螺纹长度均大于10扣，保证承压性能。压力传感器4靠近被计量流体的一端设置有压力芯体，压力传感器4远离被计量流体的一端设置有出线转换接头。

还包括超声转换器6，其连接于承压壳体2上并与换能器组件、压力传感器4和温度传感器5电连接，超声转换器6上设置有显示屏，可显示瞬时流量、累计流量、压力、温度、流体流速等参数信息。超声转换器6使用ARM处理器，可进行自诊断，超声换能器1信号具有AGC功能，能够输出脉冲信号、电流等参数。

在本实施例中，为确保承压性能，承压壳体2采用整体加工一体成型的方式，避免了焊接带来的缺焊、漏焊等问题，加工精度高，避免了焊接变形。承压壳体2能够在42MPa的压力下工作，承压壳体2的壁厚不低于10mm，保证承压性能。承压壳体2的各部分螺纹连接处的螺纹深度均大于1.5倍螺距或大于10扣螺纹，使螺纹满足高压要求。

承压壳体2与对焊法兰3焊接，焊接后采用X射线探伤，保证承压性能。加工完成后，对超声流量计表体进行打压测试，1.5倍公称压力的水压，保压30分钟，不得泄露、变形，否则为不合格产品。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种超声流量计，其特征在于，包括：

承压壳体，其与流体管道连接；

至少一组换能器组件，每组所述换能器组件包括两个超声换能器，每个所述超声换能器均包括换能器底座和换能器探头，所述换能器探头包括金属制成的探头保护壳，所述探头保护壳的一端与所述换能器底座连接，另一端设置有金属匹配层并通过所述承压壳体上的安装孔插入所述承压壳体中。

2.根据权利要求1所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器底座与所述承压壳体螺纹连接，所述换能器底座内部设置有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆上套设有金属垫片、密封圈和出线接头，位于所述探头保护壳内的压电元件和阻尼垫与所述屏蔽线缆连接，所述金属匹配层位于所述压电元件远离所述阻尼垫的一端。

3.根据权利要求1所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器组件沿所述承压壳体周向分布，相邻两组所述换能器组件沿所述承压壳体的轴向错开分布。

4.根据权利要求3所述的超声流量计，其特征在于，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角在50～120度之间。

5.根据权利要求4所述的超声流量计，其特征在于，所述换能器组件有两组，两组所述换能器组件所在的安装平面之间的夹角为90度。

6.根据权利要求5所述的超声流量计，其特征在于，每组所述换能器组件中的两个所述超声换能器之间的夹角为90度。

7.根据权利要求6所述的超声流量计，其特征在于，两个所述超声换能器之间设置有压力传感器和/或温度传感器。

8.根据权利要求1-7任一项所述的超声流量计，其特征在于，所述承压壳体通过对焊法兰与所述流体管道连接，两个所述对焊法兰分别位于所述承压壳体的进口端和出口端。

9.根据权利要求8所述的超声流量计，其特征在于，所述承压壳体一体成型，所述承压壳体的壁厚不低于10mm。

10.根据权利要求1-7任一项所述的超声流量计，其特征在于，还包括超声转换器，其连接于所述承压壳体上并与所述换能器组件电连接，所述超声转换器上设置有显示屏。