紧凑的超声波流量计制造技术

本发明专利技术涉及一种超声波流量计(1)，该超声波流量计包括-仪表壳体(2)、-限定了用于待测流体的内部流道(5)的流管(20)和-一个或多个超声波反射器(8，9，10)，所述仪表壳体(2)包括-第一换能器凹槽(15)、-第二换能器凹槽(16)、-位于所述第一换能器凹槽(15)内的第一超声波换能器(6)、-位于所述第二换能器凹槽(16)内的第二超声波换能器(7)和-用于操作所述超声波流量计(1)的电子电路(4)，其中，所述换能器凹槽(15，16)各自具有倾斜底壁(17)，并且其中，所述第一和第二超声波换能器(6，7)分别抵接所述第一和第二换能器凹槽(15)的所述倾斜底壁(17)。本发明专利技术还涉及一种组装超声波流量计(1)的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】紧凑的超声波流量计
本专利技术涉及一种用于测量流体流量的超声波流量计。
技术介绍
现有技术中存在几种超声波流量计。在欧洲专利申请0440867A1中发现了此类流量计的一个示例，其中换能器倾斜地插入。在美国专利5,351,560中发现了超声波流量计的另一个示例，该流量计具有W形超声波路径，并且其中内壁在V形的寄生(parasitic)超声波路径的反射部位处具有阶梯状的突起/凹陷部。在美国专利5,372,047中发现了超声波流量计的又一个示例，该超声波流量计具有反射点，所述反射点对超声波束具有聚焦效果。与上述现有技术有关的一个问题是如何提供高效的和成本效益好的超声波流量计以及此类流量计的组装。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种紧凑的超声波流量计。本专利技术的又一个目的是提供一种高效的和成本效益好的超声波流量计和一种用于组装这种超声波流量计的方法。本专利技术涉及一种超声波流量计，该超声波流量计包括：-仪表壳体，-流管，该流管限定了用于待测流体的内部流道，和-一个或多个超声波反射器，所述仪表壳体包括：-第一换能器凹槽，-第二换能器凹槽，-位于所述第一换能器凹槽内的第一超声波换能器，-位于所述第二换能器凹槽内的第二超声波换能器，和-用于操作所述超声波流量计的电子电路，其中，所述换能器凹槽各自具有倾斜底壁，并且其中，所述第一和第二超声波换能器分别抵接所述第一和第二换能器凹槽的所述倾斜底壁。在本文中，应理解的是，所述第一超声波换能器抵接所述第一换能器凹槽的所述倾斜底壁，并且所述第二超声波换能器抵接所述第二换能器凹部的所述倾斜底壁。该超声波流量计适于测量流体的平均流速。这可优选通过所述第一超声波换能器发射第一超声波脉冲来完成。第一换能器定位成使得第一超声波脉冲入射在第一超声波反射器上，所述第一超声波反射器朝向第二超声波换能器反射所述第一超声波脉冲，所述第二超声波换能器然后接收或检测第一超声波脉冲。由此，限定了从第一超声波换能器经由第一超声波反射器到第二超声波换能器上的第一路径。类似地，第二超声波脉冲从第二超声波换能器经由第一超声波反射器发送到第一超声波换能器上，由此限定了第二路径。通过测量作为发射和检测第一超声波脉冲之间的时间的第一通过时间以及作为发射和检测第二超声波脉冲之间的时间的第二通过时间，可以由两个通过时间以及换能器和反射器的几何形状来计算流体的平均速率。所述第一超声波反射器适于反射超声波，由此将超声波束的路径从一个超声波换能器再定向/改变方向到另一个超声波换能器。当所述换能器凹槽延伸到流管内时，实现了本专利技术的一个特定优点。该优点在于，由于超声波换能器相对于换能器凹槽倾斜，所以这些超声波凹槽可构造成具有较小的直径或截面积，由此管开口可制成具有较小的直径或面积。由于这些面积减小，所以可减小流道中的流体对延伸到流道内的换能器凹槽所施加的压力。这导致材料强度和结构设计的减小的最低极限，所述减小的最低极限是所述流体压力的结果。这些减小的极限的结果是，由于例如仪表壳体与流管之间的连接强度需求减小，可构造成更紧凑的流量计。本专利技术的另一个优点可在于，包括其构件的仪表壳体可以作为单个机械单元进行组装。由此，能以简单和成本效益好的方式制造和组装超声波流量计。本专利技术的又一个优点可在于，由于超声波换能器具有倾斜的定向，所以可将不同直径的流管装配在同一仪表壳体上。仅需改变一个或多个超声波反射器的位置和/或定向。优选地，超声波反射器可通过流道插入件固定。因此，对于具有不同直径的各流管而言，流道插入件可构造成与特定管配合，且该流道插入件还包括超声波反射器，该超声波反射器的位置和定向调节成使得由第一超声波换能器反射的超声波信号经由该超声波反射器传播到第二超声波换能器。由于仪表壳体通常可代表用于制造超声波流量计的工具的主要费用，所以针对每个流管直径制造不同的仪表壳体可能很昂贵。然而，由于仪表壳体可以与不同直径的流管配合，所以可避免或减少该额外成本。本专利技术的一个特定优点可在于所述壳体以及第一和第二仪表全部彼此物理连接，从而形成单个单元。因此，可明显更容易地遵循此类仪表通常必须遵循的各种公差。更具体地，通过使所述第一和第二换能器抵接所述换能器凹槽的所述倾斜底壁，优选通过借助于例如导电粘合剂形成各换能器与对应的换能器凹槽的对应底壁之间的物理接触，来获得换能器与位于底壁上的触头(接触器，contact)之间的电气连接，并且此外，获得换能器相对于壳体且由此相对于另一个换能器的相对刚性的固定。本专利技术的又一个优点在于，通过使用倾斜的换能器凹槽，所述第一换能器到所述第二换能器之间或所述第二换能器到所述第一换能器之间的超声波路径可构造成使得超声波路径在所有点处都具有沿流管的纵向方向的分量，即该路径在所有点处都不正交于流管的纵向方向。由此，整个超声波路径受待测流体流的影响，且因此有助于更精确和准确的测量。换言之，在本专利技术的所述仪表不采用耗电措施(例如传输更强的信号和/或额外重复测量若干次并执行平均)的情况下，本专利技术的流量计与其它方案相比可获得相对较高的信噪比。这对于电池供电的仪表而言可能特别有利，并且甚至可能对于外部供电的仪表而言特别有利，因为此类仪表可能失去外部供电且必须依赖于备用电池电源。本专利技术的一个特别有利的方面可在于第一和第二换能器两者被置于仪表壳体内并作为该仪表壳体的一部分。因此，应理解的是，由第一超声波换能器发射并由一个或多个超声波反射器反射的超声波信号在被第二换能器检测到之前将从第一换能器的发射表面传播通过第一换能器凹槽的倾斜底壁，通过流道中的流体，在仍传播通过流体的同时由一个或多个超声波反射器反射，并在最终到达第二超声波换能器的传输表面之前通过第二换能器凹槽的倾斜底壁，在所述传输表面处超声波信号被第二换能器检测到并转换成电信号。本专利技术的又一个优点可在于，可避免气泡聚集在换能器-流体界面上，即使流管定向成使得仪表显示器向上，这种定向通常可能是消费者的首选，因为这种定向容许容易地读取显示器。然而，当显示器朝上时，在通常紧凑的仪表设置中的换能器将位于流管的上部中。由于气泡(诸如空气气泡)通常可由流体释放，例如来自水的气泡，这些气泡通常可由于重力而聚集在流管中的最高点附近。气泡在仪表-流体界面附近的这种聚集非常不利，因为会使换能器与流体之间的超声波耦合效率变得相对较低。然而，由于换能器凹槽是倾斜的，所以此类气泡不会聚集在仪表-流体界面上，而是沿换能器凹槽的倾斜底壁向上并至少背离仪表-流体界面上与换能器的中心对应的位置移动。根据本专利技术的一个实施例，应理解的是，换能器凹槽是仪表壳体的内部空间的局部延伸，超声波换能器可位于所述换能器凹槽中。由此，超声波换能器可经换能器凹槽的倾斜底壁将超声波信号发射到超声波流量计的流道内，并且反之接收传播通过所述换能器凹槽的所述倾斜底壁的超声波信号。根据本专利技术的一个实施例，超声波流量计适于测量流经流道的流体的流速。该流体可以是液体及气体，特别是液体，例如水。根据本专利技术的一个实施例，所述第一和第二换能器凹槽延伸通过所述流管中的第一和第二管开口并且延伸进入到所述流道内。因此，在上述实施例的上下文中特别有利的是换能器凹槽的尺寸得以减小，由此降低流体作用在仪表壳体上的压力。根据本专利技术的一个实施例，所述超声波换能器位于所述仪表壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波流量计(1)，包括‑仪表壳体(2)，‑限定了用于待测流体的内部流道(5)的流管(20)，和‑一个或多个超声波反射器(8，9，10)，所述仪表壳体(2)包括‑第一换能器凹槽(15)，‑第二换能器凹槽(16)，‑位于所述第一换能器凹槽(15)内的第一超声波换能器(6)，‑位于所述第二换能器凹槽(16)内的第二超声波换能器(7)，和‑用于操作所述超声波流量计(1)的电子电路(4)，其中，所述换能器凹槽(15，16)各自具有倾斜底壁(17)，并且其中，所述第一和第二超声波换能器(6，7)分别抵接所述第一和第二换能器凹槽(15)的所述倾斜底壁(17)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.22 DK PA2012704961.一种超声波流量计(1)，包括-仪表壳体(2)，-限定了用于待测流体的内部流道(5)的流管(20)，和-一个或多个超声波反射器(8，9，10)，所述仪表壳体(2)包括-第一换能器凹槽(15)，-第二换能器凹槽(16)，-位于所述第一换能器凹槽(15)内的第一超声波换能器(6)，-位于所述第二换能器凹槽(16)内的第二超声波换能器(7)，和-用于操作所述超声波流量计(1)的电子电路(4)，其中，所述换能器凹槽(15，16)各自具有倾斜底壁(17)，并且其中，所述第一和第二超声波换能器(6，7)分别抵接所述第一和第二换能器凹槽(15)的所述倾斜底壁(17)，其中，所述第一超声波换能器(6)具有第一超声波传输表面(36)并且所述第二超声波换能器(7)具有第二超声波传输表面(36)，并且其中，所述第一和第二超声波传输表面(36)分别相对于所述第一和第二换能器凹槽(15、16)的纵向轴线(18)具有非正交的定向，其中，所述超声波流量计(1)还包括流道插入件(12)，所述流道插入件(12)通过所述仪表壳体(2)相对于所述流管(20)固定，其中，所述第一和第二换能器凹槽(15，16)延伸通过所述流管(20)中的第一和第二管开口(21，22)且延伸进入到所述流道(5)内。2.根据权利要求1所述的超声波流量计(1)，其中，所述超声波换能器(6，7)位于所述仪表壳体(2)的内部，并且其中，所述超声波换能器(6，7)中的至少一个构造成在所述超声波流量计(1)的操作期间发射超声波信号，所述超声波信号传播通过抵接所述至少一个超声波换能器(6，7)的所述倾斜底壁(17)，通过所述流道(5)中的所述流体，并且所述超声波信号由所述一个或多个超声波反射器(8，9，10)反射，然后传播通过抵接接收所述超声波信号的另一个超声波换能器(7，6)的所述倾斜底壁(17)。3.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，各细长的换能器凹槽(15，16)的纵向轴线(18)正交于所述流道(5)的纵向轴线(19)。4.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，所述超声波流量计(1)包括第一、第二和第三超声波反射器(8，9，10)。5.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，所述壳体包括电池(3)。6.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，所述一个或多个超声波反射器(8，9，10)由三个超声波反射器(8，9，10)组成。7.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，所述壳体包括显示器(23)。8.根据权利要求1或2所述的超声波流量计(1)，其中，所述超声波换能器(6，7)具有面向所述第一和第二换能器凹槽(15，16)的底壁(17)的底面(36)，并且其中所述仪表壳体(2)包括与所述超声波换能器(6，7)的所述底面(36)电气...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·德拉奇曼，
申请(专利权)人：米托尔斯有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK