具有突伸的换能器的流量计的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明授权专利——具有突伸的换能器的流量计。该专利由卡姆鲁普股份有限公司申请，并于2016年8月24日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及一种配置为测量液体流率的超声波流量计，并且特别涉及一种当安装在管道装置中时在操作期间对附着至换能器的空气气泡不敏感的流量计。

发明背景

在超声波流量计中，为了测量流动介质的流率或其它参数，超声波换能器向流动介质内发射超声波信号。流动液体可能包含气泡，特别是空气气泡，其从液体不断被释放并且进入管道系统。所释放的空气气泡作为管道系统腔内的气穴驻留在管道系统中持续一段时间，直到被流动的液体冲走。

安装在管道系统内的超声波流量计可以提供腔体，释放的空气可以在其内停留一段时间。管道系统中的气穴不一定会是问题，然而对于超声波流量计来说，存在气穴干扰超声波信号路径并从而干扰测量并且影响精度的风险。如果换能器存在于流动通道的最高点，这尤其是一个问题，因为换能器前面的空间可提供腔体，在该腔体中空气可以停留并且粘附到换能器。

在大多数紧凑型流量计中，也就是其中控制电子设备直接安装在流动部分上的流量计，控制电子设备以及显示器定位在换能器顶侧上。为了避免气泡被捕获在换能器前方的问题，流量计被旋转使得换能器被移动远离该最高点区域。然而，这导致了显示器也被旋转远离竖直视角。流量计安装在各种管道装置中。在很多情况中，显示器的最佳可见性将通过竖直向上指向的显示器实现。

发明内容

总体上，本发明优选设法单独地或者任意组合地减轻、缓和或消除上述缺点中的一个或多个，以实现对已知流量计的不受附着至换能器的空气气泡影响。

本发明提供了一种超声波流量计，其配置为测量液体的流率，该流量计包括：贯通的流动管道，配置为用于液体在入口和出口之间通过，该流动管道限定了入口和出口之间的中心轴线，该流动管道或者通过流动管道自身的内壁，或者通过插入流动管道中的测量插入物的内壁，或者通过流动管道和测量插入物的内壁的组合限定了流动通道。

用于液密地安装在流动管道上的壳体，该壳体包括两个或多个超声波换能器和配置为用于操作换能器并且用于产生表示液体流率的信号或数值的控制电路，该壳体还包括作为壳体底部的一部分被与壳体整体地形成的两个或多个换能器插入物。

所述两个或多个换能器被布置在换能器插入物中；每个换能器包括用于发射和接收超声波信号的表面，该表面限定了表面法线，并且其中该换能器被布置成使得表面法线垂直于中心轴线，并且其中所述换能器插入物包括以平面平行的方式被布置以便覆盖换能器表面的耦合表面。

其中所述壳体在安装位置中被布置为使得换能器插入物通过流动管道中的开口插入以便以如下方式延伸至流动通道中：使得每个换能器插入物的耦合表面被定位为使得整个耦合表面被置于内壁的内截面内部。

本发明因此提供了一种在流量计的入口和出口之间具有直的流动管道的类型的超声波流量计，其中，换能器插入物插入流体中，并且其中换能器的声音产生和接收表面为与彼此、以及与包含中心轴线的平面平行的平面。因此换能器垂直于流动方向。对于这种类型的流量计，这些换能器的平面，（各）电子电路板的平面以及显示器平面可以都是以堆叠方式的平行平面。从与制造相关的自动化观点来看，高度希望重要构件的这种堆叠。此外，通过将超声波换能器和控制电路布置在，可作为子组件被组装并且作为单一单元被安装在流动管道上的壳体内部，提供了支持高成本效益制造过程的流量计。利用突伸至流动通道中的耦合表面，从液体中释放的空气气泡将不停留在和附着到耦合表面，而是朝流动通道中的最高点而去，并且因此远离超声波信号通道。本发明提供了一种流量计，其可以制造起来有成本效益，其能在所有方向上安装，包括具有竖直换能器的方向，无需最小流量来确保持续冲刷空气气泡，但即使在低流速或零流速的情况下保持不受空气气泡影响。显示器和其它电子电路可以被设置在与换能器相同的壳体中以及相同的平面内，而不需要流量计特定的方位。

在各实施例中，该超声波流量计可以是计费的耗量表或可以是其一部分，例如水表，热量表，冷量表或能量表，其中该耗量表被配置用于测量被供应的有用东西的消耗数据，作为收费基础使用。该耗量表可与家庭水供应、地区供热或地区制冷联合使用。该耗量表可以是法定量表，即服从监管需求的量表。这样的监管需求可以是对测量精度的需求。