一种内衬式超声波流量计及用途的制作方法

1.本发明具体涉及流量计量设备技术领域，特别涉及一种大口径内衬式超声波流量计。


背景技术：

2.目前在供水供热领域，超声波水表应用越来越普遍，供水供热公司对超声波水表的性能、防护等级、维护保养便捷性等提出了更高的要求，现有市场产品并不能满足以上需求。
3.目前市面上的大口径超声波水表一般是以下结构：表头与管段分体设计，其中管段采用铸造管段，再将用于安装换能器的金属附件安装在铸造管段上对应孔内，表头通过轴孔配合与管段连接。此种结构由于铸造管段本身有铸造砂眼等缺陷容易导致密封不可靠。且在同等表体长度条件下，换能器外置结构，会使换能器声程较内置结构短，导致该种结构的超声波水表性能一般。专利cn 211602049 u的分体、环形内衬，虽然可以解决铸造管段存在的问题，但是由于是分体式结构，给流量计的密封问题带来了隐患。
4.现有的流量计的表头部分由表体壳、表体盖等组成，其中表体壳下部直接通过轴孔配合结构与管段上部结合，表体壳上部通过多个螺栓组合件与表体盖连接，该种结构密封效果差，为解决密封问题，通常采用将内部结构灌胶等形式来进行密封，导致产品制造工艺繁琐、后期密封不可靠、维护保养困难等问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种内衬式超声波流量计，包括换能器管段和表头；所述换能器管段包括外管段、设置在外管段内的用于安装成对的换能器的内衬和用于将内衬固定在外管段内的压盖；所述内衬包括内衬主管和设置于内衬主管两端的用于安装成对的换能器的成对的换能器安装座；所述换能器安装座内形成有安装换能器的安装孔；成对的换能器安装座之间沿垂直于水流的方向的最大距离大于内衬主管的外径且等于外管段的内径。
6.在上述方案的基础上，所述换能器安装座在远离内衬主管的一侧形成有固定面；在内衬安装于外管段内的状态下，所述固定面与外管段的内壁面相贴合。
7.在上述方案的基础上，所述内衬主管和所述换能器安装座为注塑一体成型。
8.在上述方案的基础上，所述内衬主管的两端各自向前延伸形成卡接环；所述压盖在靠近内衬的一侧设置有与卡接环配合使用的环槽。
9.在上述方案的基础上，相邻的两个换能器安装座之间不相连。
10.在上述方案的基础上，所述换能器包括端部设置有引线孔的换能器外壳；所述换能器外壳上设置有第一凸环和第二凸环；第一凸环和第二凸环之间形成有用于放置密封圈的环形槽；所述安装孔内设置有用于与第一凸环配合使用的安装台阶。
11.本专利的流量计适于用作大口径超声波流量计。
12.本发明流量计可以实现一款内衬用于2～3款不同口径的水表的结构要求，可最大程度保证产品批量化生产时的一致性要求。
附图说明
13.图1为本专利流量计的爆炸示意图；
14.图2为本专利流量计的换能器管段的结构示意图；
15.图3为本专利流量计的内衬的结构示意图；
16.图4为本专利流量计的压盖的结构示意图；
17.图5为本专利流量计的内衬的立体视角结构示意图；
18.图6为本专利流量计的换能器与螺堵的结构示意图；
19.图7为图3中a部分的放大示意图；
20.图8为本专利流量计的表头的结构示意图；
21.图9为本专利流量计的表头壳体和壳体盖的结构示意图；
22.图10为图9中a和b部分的放大示意图；
23.图11为采用同一款内衬的三个型号的流量表(水表)的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
25.实施例1
26.如图1和2所示，本专利提供一种内衬式超声波流量计，包括换能器管段和表头；所述换能器管段包括外管段1、设置在外管段1内的用于安装成对的换能器3的内衬2和用于将内衬2固定在外管段1内的压盖4，压盖4用于为内衬2提供轴向(水流方向)的止挡、固定；所述内衬2包括内衬主管2-1和设置于内衬主管2-1两端的用于安装成对的换能器3的成对的换能器安装座2-2，如图5所示，换能器安装座2-2内形成有安装孔2-22，换能器3安装在安装孔2-22内。成对的换能器安装座2-2之间沿垂直于水流的方向的最大距离大于内衬主管2-1的外径且等于外管段1的内径，如图3所示，a-a是一对换能器安装座，b-b是另一对换能器安装座，a-a安装座内插装的换能器3是一对，b-b安装座内插装的换能器3是另一对。成对的换能器安装座2-2(b-b)之间沿垂直于水流的方向的最大距离h大于内衬主管2-1的外径h且等于外管段1的内径，这样可以防止内衬2在垂直于水流方向的运动。这种方式可以使内衬2实现大缩径，相较与专利cn 211602049 u的分体、环形内衬，在采用同等型号、参数的管段情况下，内衬的内径尺寸更小，在相同流量下，流体流过内衬内部时流速更大，超声波飞行时间更长，测量精度更高。内衬2的材料可以使用ppo、pps、psu或peek。
27.压盖4可以有效的将内衬2固定在外管段1内，防止内衬2在水平方向(水流方向)的运动。为了在竖直方向(垂直于水流方向)为内衬2提供稳定的止挡、固定，本实施方式的换能器安装座2-2在远离内衬主管2-1的一侧形成有固定面2-21；在内衬2安装于外管段1内的状态下，所述固定面2-21与外管段1的内壁面相贴合。这样，位于内衬主管2-1同侧的换能器安装座2-2上的固定面2-21之间围成了一个不连续的圆柱面，有利于内衬2在外管段1内的稳定。
28.压盖4虽然可以有效固定内衬2，但是，两者接触位置容易出现漏水的情况，为此，本专利提供一种更为方便安装、有效防水的方式，具体的，如图3和5所示，所述内衬主管2-1的两端各自向前延伸形成卡接环2-11；如图2和图4所示，所述压盖4在靠近内衬2的一侧设置有与卡接环2-11配合使用的环槽4-1。使用时，提前在环槽4-1内放置密封圈，之后再将卡接环2-11插入环槽4-1内压紧密封圈，这样不但可以实现密封，还能够通过环槽4-1为内衬2提供竖向(垂直于水流方向)的止挡、固定。压盖4与外管段1之间为螺纹连接，两者之间也设置有密封圈。
29.流量计是用在有压力的水环境中的，所以，防水问题是所有流量计需要解决的一个大问题。为此，本实施方式的内衬主管2-1和换能器安装座2-2为注塑一体成型的方式制备，这样就有效解决了专利cn 211602049 u的分体式结构的流量计各分体之间的密封性问题。同时，因为内衬2采用了缩径的方式，所以，内衬2整体体积变小，便于注塑。
30.在专利cn 211602049 u的分体式结构的流量计中，内衬的壁上设置了很多线槽来固定换能器3的引出线，为此，增加了生产模具的成本和制作内衬的生产成本，这一问题，在本专利中得到了解决，首先，成对的换能器安装座2-2之间沿垂直于水流的方向的最大距离大于内衬主管2-1的外径且等于外管段1的内径，这样就在内衬主管2-1和外管段1之间形成了空间，这个空间可以用来放置换能器3的引出线；其次，为了方便放置从换能器安装座2-2内引出的引出线，本实施方式中，如图5所示，任意相邻的两个换能器安装座2-2之间不相连(即任意相邻的两个换能器安装座2-2之间均设置有通槽2-3)，换能器3的引出线穿过通槽2-3后放置在内衬主管2-1和外管段1之间形成的空间内。
31.专利cn 211602049 u所使用的换能器与内衬之间采用的是轴向密封结构；区别于这一结构，本专利提供一种新型的换能器的结构，以改变之前的方式，具体的，如图6和图7所示，
32.所述换能器3包括端部设置有引线孔3-5的换能器外壳3-1；所述换能器外壳3-1上设置有第一凸环3-2和第二凸环3-3；第一凸环3-2和第二凸环3-3之间形成有用于放置密封圈的环形槽3-4；第一凸环3-2和第二凸环3-3可以与换能器外壳3-1采用一体注塑成型的方式制作，也可以是在换能器外壳3-1的外壁面上套接固定两个环(第一凸环3-2和第二凸环3-3)。所述安装孔2-22内设置有用于与第一凸环3-2配合使用的安装台阶2-221。配合使用指的是将换能器3安装在安装孔2-22内后，第一凸环3-2落在安装台阶2-221上，从而阻止换能器3沿着安装孔2-22继续移动。坐落在安装台阶2-221上的换能器3由螺堵8固定在安装孔2-22的安装台阶2-221上。为了增强密封性，在第二凸环3-3与螺堵8之间可以再设置一个密封圈，这样可以实现两次径向密封。螺堵8与安装孔2-22之间采用螺纹连接的方式，螺堵8上设置有用于换能器3的引线穿过的贯通孔8-1。
33.换能器3内的功能部件(如换能器陶瓷片、换能器电路板、引线等)均是常规的技术手段，在此不再赘述。
34.本专利内衬2与换能器3之间密封通过两道径向密封，较cn 211602049 u专利所述的轴向密封结构，在采用同等型号、参数的换能器情况下，换能器的外径尺寸更小，这样的结构设计，在相同内衬长度、直径尺寸的情况下，换能器之间连线与流体流动方向的投影距离更长，这样超声波测量仪表的性能更高。流量计的标准规定了仪表管段的长度，理论证明，换能器之间连线在流体流动方向的投影距离越大，对于采用相同的时差芯片的积算电
路而言，流量计的信噪比将越高。即，可测量的流体的始动流量就越小，以及流量计可测量的精度范围即量程比也就越大。可见，如何将一对换能器之间连线在流体流动方向的投影距离不受流量计法兰及换能器安装座/孔尺寸的限制，将其尽可能做到最大，亦是行业关注的重要焦点。
35.上述主要介绍了流量计的外管段1、内衬2、换能器3和压盖4的结构和连接关系。下面再对本专利流量计的表头进行说明。
36.如图1和8所示，本实施方式的表头包括表头壳体5、透明视窗9以及与表头壳体5可拆卸连接的壳体盖6；所述表头壳体5与外管段1可拆卸连接；所述壳体盖6上设置有与壳体盖6转动连接的翻盖7。使用时，透明视窗9被固定在表头壳体5和壳体盖6之间，可以通过打开翻盖7来透过透明视窗9观察内部的显示屏，表头壳体5内安装的电池、显示屏及有线/无线远传输出等结构均是常规的流量计结构，在此不再赘述。
37.为了防止表头壳体5内进水，在表头壳体5与壳体盖6相连接的一端设置有用于放置密封圈的密封槽5-1，在密封槽5-1内放置上密封圈后，在安装上壳体盖6后，就可以通过透明视窗9与密封圈将表头壳体5内安装有功能部件的空间有效的实现封闭，无需再对表头壳体5内进行灌胶密封，便于后期的维修和电池更换。
38.所述表头壳体5与壳体盖6螺纹连接；所述表头壳体5上设置有止挡凸5-2，所述壳体盖6上设置有与止挡凸5-2配合使用的止挡面6-1。表头壳体5与壳体盖6可以直接通过注塑一体成型的方式生产，表头壳体5与壳体盖6之间配合采用螺纹副加限位结构的设计，较传统的表头壳体与壳体盖通过金属加工工艺成型、连接通过多点螺栓组合固定的法兰式固定结构，具有结构简单、密封可靠、定位准确、批量生产成本低、装配一致性好等优点；另外，由于本专利的表头壳体5、壳体盖6和翻盖7均为塑料件，通过注塑工艺生产成型，具有生产成本低，尺寸稳定性好等优点；同时装配好的表头部分全部为注塑件，较传统的金属表头壳体对电磁信号屏蔽弱、便于实现无线通讯和表计量数据的持续准确上传。
39.本实施方式中内衬2为大缩径内衬(以dn50型超声波水表为例，内衬2的内径为36mm，较现有的流量计的内径50mm，缩径28％)，此种设计更有利于精准测量微小流量下的水的流速。在水表行业每型水表的性能主要通过最小流量q1、常用流量q3、量程比q3/q1三个参数考量，其中最小流量q1越小、常用流量q3越大、量程比q3/q1越大表的性能越好，反之表的性能一般。在常用流量q3不变的情况下，本专利中大缩径内衬结构，可有效减低最小流量q1的值，从而使得量程比q3/q1增大，从而显著提升水表的性能。经过实际测量，本专利中大缩径内衬结构设计，较传统的不缩径(换能器外置在管段外侧的结构)或小缩径(如专利cn 211602049 u所述)表的性能，在相同性能要求下，可同时满足2～3款相邻型号中最大型号水表q3的性能测试要求和最小型号水表q1的性能测试要求(如图11所示，采用本实施方式的内衬结构设计，实现了dn80、dn100、dn125水表共用一款内衬，q3分别为63m3/min、100m3/min、160m3/min，量程比可达到r500的情况下的水表性能测试要求。)，从而可同时兼顾2～3款水表的性能测试要求。如图11所示，在采用同一款内衬的情况下，配合不同的外管段1、压盖4及密封圈等密封附件，即可组合成2～3中不同型号的表。目前本专利的流量计已经完成了dn50～dn65、dn80～dn125、dn150～dn200三款七个型号规格的流量表的量产。
40.同时由于内衬上换能器成对斜置安装，测量水流速时更加精确，对于超声波热表，设置两对换能器组即可满足测试精度要求，较超声波水表四对换能器组的结构减少了一半
数量的换能器、螺堵、密封圈，而这种变化只需要在内衬模具制造时，通过更换模具镶块的方式即可完成，从而可显著减低成本。同时，由于双声道内衬、四声道内衬与外管段1、压盖4配合的结构完全相同，这样可实现热表、水表的除内衬外的其余结构件完全一样，便于批量生产、备货及仓储管理，有效节约生产成本。
41.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。