一种应用于超声水表的四声路换能器的制作方法

本发明涉及超声水表，尤其涉及一种应用于超声水表的四声路换能器。

背景技术：

1、随着时代的发展，传统机械式计量水表正逐渐被超声计量水表所代替。超声水表具有精度高，可靠性好，量程比宽，使用寿命长，压损小，灵敏度高的特点。而换能器作为超声计量的核心器件，用来实现电与声的转换，包括发送换能器和接收换能器。超声水表换能器的组成包括压电陶瓷换能片、匹配层。

2、复杂的流场结构和流态分布是影响超声计量准确性的因素，多声路配置可以适应复杂的流道结构和流态分布，提高超声水表的计量准确度。而压电陶瓷的位置影响声路的分布，因此设计出一款应用于超声水表的多声路换能器具有非常重要的意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有超声水表多声路换能器技术中存在的不足，提出了一种应用于超声水表的四声路换能器。本发明克服了复杂的流场结构和流态分布对超声计量影响的问题，实现了超声水表高精度计量功能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种应用于超声水表的四声路换能器，包括上游换能器、下游换能器、水表管段、换能器安装管段，其中：

4、所述上游换能器，包括两片压电陶瓷和匹配层，所述压电陶瓷左右斜对称分布粘接在匹配层上。

5、所述下游换能器，包括三片压电陶瓷和匹配层，所述压电陶瓷成直线水平分布粘接在匹配层上。

6、所述匹配层的材料为聚苯硫醚，作用是提高超声波在不同介质间的能量透射效率，调节换能器带宽，保护压电陶瓷。

7、所述水表管段，为水流通过的管道。

8、进一步地，所述压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，作用是超声波的产生和接收，上游两个压电陶瓷左右斜对称分布，与下游三个水平分布的压电陶瓷组成四条声路。

9、进一步地，通过压电陶瓷的位置排布，四条声路的声路长度相同。上游两片压电陶瓷与下游三片压电陶瓷，每两片压电陶瓷片之间重叠一小部分，在保证较高的信噪比的同时，使四条声路不在同一个平面上，有利于神经网络算法的计算。

10、进一步地，所述声路是超声波在水中传播的路径，四声路是在水表管段中超声波从下游发送到上游，再从上游发送到下游形成的四条传播路径。

11、进一步地，通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差，来计算四条声路线上的平均流速；通过测量四条声路速度的加权平均值，来计算待测管道截面上的平均流速。超声流量计进行运算得到最终的平均流速和流量，四声路可以有效提高数学模型的准确度，结合神经网络算法，提高流量计算的准确度。

12、进一步地，所述匹配层的形状为圆形，匹配层的直径需满足以下条件：上游两个压电陶瓷换能片斜对称放置粘接；下游三个压电陶瓷换能片沿直径方向水平放置粘接。

13、进一步地，所述换能器安装管段，用来安装换能器，与水表管段一体设计，相较于水流管段，换能器安装管段斜对称设计，超声波可通过管段从上游压电陶瓷换能器片发射到下游压电陶瓷换能器片。

14、本发明的有益效果：通过5片压电陶瓷，形成4条长度相同的声路，上游两片压电陶瓷与下游三片压电陶瓷，每两片压电陶瓷片之间重叠一小部分，在保证较高的信噪比的同时，使四条声路不在同一个平面上，有利于神经网络算法的计算，有效提高数学模型的准确度。通过测量四条声路加权平均后的速度值，计算待测管道截上的平均流速，从而提高流量计算的准确度，且大大提高了对复杂的流道结构和流态分布的适应，可以适应更加复杂的流道结构和流态分布，提高超声水表的计量准确度。

技术特征：

1.一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，包括上游换能器、下游换能器、水表管段、换能器安装管段，其中：

2.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，所述换能器安装管段，与水表管段一体设计，相较于水流管段，换能器安装管段斜对称设计，超声波可通过管段从上游压电陶瓷换能器片发射到下游压电陶瓷换能器片。

3.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，所述声路是超声波在水中传播的路径，四声路是在水表管段中超声波从下游换能器发送到上游换能器，再从上游换能器发送到下游换能器形成的四条传播路径，即4条声路。

4.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，通过压电陶瓷的位置排布，四条声路的声路长度相同；上游两片压电陶瓷与下游三片压电陶瓷，每两片压电陶瓷片之间重叠一小部分，在保证较高的信噪比的同时，使四条声路不在同一个平面上，有利于神经网络算法的计算。

5.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，通过测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差，来计算四条声路线上的平均流速；通过测量四条声路超声波传播速度的加权平均值，来计算待测管道截面上的平均流速；超声流量计进行运算得到最终的平均流速和流量，四声路可以有效提高数学模型的准确度，结合神经网络算法，提高流量计算的准确度。

6.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，所述匹配层材料为聚苯硫醚，作用为提高超声波在不同介质间的能量透射效率，调节换能器带宽，保护压电陶瓷；并不限制其他有相同功能的材料作为匹配层。

7.根据权利要求1所述的一种应用于超声水表的四声路换能器，其特征在于，所述压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，作用是超声波的产生和接收。

技术总结
本发明涉及超声水表技术领域，尤其涉及一种应用于超声水表的四声路换能器。该换能器由上游压电陶瓷、下游压电陶瓷、匹配层、水表管段、换能器安装管段组成，通过压电陶瓷的位置排布，形成四条长度相同的声路，上游两片压电陶瓷与下游三片压电陶瓷，每两片压电陶瓷片之间重叠一小部分，在保证较高的信噪比的同时，使四条声路不在同一个平面上，有利于神经网络算法的计算，有效提高数学模型的准确度，通过测量四条声路速度的加权平均计算待测管道截面上的平均流速，从而提高流量计算的准确度，大大提高了对复杂的流道结构和流态分布的适应。

技术研发人员：刘福来,郑小龙,高鹏飞,高绪瀚,刘永广,赵磊,陈维广
受保护的技术使用者：青岛鼎信通讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15