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超 声波燃气表及燃气管路

阅读：1038发布：2020-05-30

专利汇可以提供超声波燃气表及燃气管路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种超声波燃气表及燃气管路，涉及气体流量测量技术领域，该超声波燃气表包括测量管、上游超声波换能器和下游超声波换能器，测量管用于流通待测量的燃气，上游超声波换能器和下游超声波换能器设置在测量管的同侧；测量管内设置有用于反射超声波的两个反射面，使得上游超声波换能器发出的超声波在测量管内经U型路径传播到下游超声波换能器。超声波在该超声波燃气表中以U型路径传播，有效声程不受测量管的横截面高度影响，与现有技术相比，不会增加超声波燃气表的体积，同时显著增大了上游超声波换能器和下游超声波换能器之间的检测时间差，提高了超声波燃气表的测量精度。，下面是超声波燃气表及燃气管路专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超声波燃气表，其特征在于，包括测量管、上游超声波换能器和下游超声波换能器，所述测量管用于流通待测量的燃气，所述上游超声波换能器和所述下游超声波换能器设置在所述测量管的同侧；
所述测量管内设置有用于反射超声波的两个反射面，使得所述上游超声波换能器发出的超声波在所述测量管内经U型路径传播到所述下游超声波换能器。
2.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，所述超声波燃气表包括进口接管和出口接管，所述进口接管与所述测量管之间设置有上游缓冲容器，所述测量管与所述出口接管之间设置有下游缓冲容器。
3.根据权利要求2所述的超声波燃气表，其特征在于，所述下游缓冲容器的横截面面积大于所述出口接管的横截面面积，且所述下游缓冲容器的横截面面积与所述出口接管的横截面面积的比值大于预设阈值。
4.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，所述测量管的横截面形状为轴对称图形。
5.根据权利要求4所述的超声波燃气表，其特征在于，所述测量管的内部设置有多个隔板，各所述隔板的延伸方向均与所述测量管的延伸方向相同，且多个所述隔板将所述测量管的内部分隔为多个腔室，在所述测量管的横截面上，多个所述腔室呈轴对称设置。
6.根据权利要求5所述的超声波燃气表，其特征在于，所述隔板的个数包括两个，且处于中心位置的所述腔室的横截面面积不小于所述上游超声波换能器的横截面面积。
7.根据权利要求1所述的超声波燃气表，其特征在于，所述超声波燃气表还包括腔体，所述腔体用于容纳所述测量管、所述上游超声波换能器和所述下游超声波换能器。
8.根据权利要求7所述的超声波燃气表，其特征在于，所述腔体的材质包括金属或硬质泡沫塑料。
9.根据权利要求7所述的超声波燃气表，其特征在于，所述上游超声波换能器的引线和所述下游超声波换能器的引线均设置在所述腔体内。
10.一种燃气管路，其特征在于，包括燃气管和如权利要求1-9中任一项所述的超声波燃气表，所述超声波燃气表设置在所述燃气管上。

说明书全文

超 声波燃气表及燃气管路

技术领域

[0001] 本实用新型涉及气体流量测量技术领域，尤其是涉及一种超声波燃气表及燃气管路。

背景技术

[0002] 超声波燃气表采用时差法原理来测量燃气流速，通过测量超声波信号在流体中顺流和逆流传播时速度之差来反映流体的流速。

[0003] 参见图1所示的一种超声波燃气表的结构示意图，该超声波燃气表包括入口101和出口102，入口101与出口102之间连接有测量管，燃气从入口101进入测量管，流过测量管后从出口102流出；测量管的两侧分别设置有上游超声波换能器103和下游超声波换能器104，通过测量上游超声波换能器103发出的超声波到达下游超声波换能器104的时间(顺流传播时间)，以及下游超声波换能器104发出的超声波到达上游超声波换能器103的时间(逆流传播时间)来测量燃气流速。

[0004] 为了提高超声波燃气表测量精度，目前通常采用增宽气体流道，增大上游超声波换能器和下游超声波换能器之间的检测时间差的手段，来减少误差对测量准确性的影响。然而这种方式会导致超声波燃气表的体积增加，体积过大时不便于超声波燃气表的安装，同时由于超声波的传播速度很快，所以通过增宽气体流道带来的检测时间差的增加量有限，对测量精度的提高量也非常有限。
实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种超声波燃气表及燃气管路，以提高超声波燃气表的测量精度。

[0006] 本实用新型提供了一种超声波燃气表，包括测量管、上游超声波换能器和下游超声波换能器，所述测量管用于流通待测量的燃气，所述上游超声波换能器和所述下游超声波换能器设置在所述测量管的同侧；所述测量管内设置有用于反射超声波的两个反射面，使得所述上游超声波换能器发出的超声波在所述测量管内经U型路径传播到所述下游超声波换能器。

[0007] 进一步地，所述超声波燃气表包括进口接管和出口接管，所述进口接管与所述测量管之间设置有上游缓冲容器，所述测量管与所述出口接管之间设置有下游缓冲容器。

[0008] 进一步地，所述下游缓冲容器的横截面面积大于所述出口接管的横截面面积，且所述下游缓冲容器的横截面面积与所述出口接管的横截面面积的比值大于预设阈值。

[0009] 进一步地，所述测量管的横截面形状为轴对称图形。

[0010] 进一步地，所述测量管的内部设置有多个隔板，各所述隔板的延伸方向均与所述测量管的延伸方向相同，且多个所述隔板将所述测量管的内部分隔为多个腔室，在所述测量管的横截面上，多个所述腔室呈轴对称设置。

[0011] 进一步地，所述隔板的个数包括两个，且处于中心位置的所述腔室的横截面面积不小于所述上游超声波换能器的横截面面积。

[0012] 进一步地，所述超声波燃气表还包括腔体，所述腔体用于容纳所述测量管、所述上游超声波换能器和所述下游超声波换能器。

[0013] 进一步地，所述腔体的材质包括金属或硬质泡沫塑料。

[0014] 进一步地，所述上游超声波换能器的引线和所述下游超声波换能器的引线均设置在所述腔体内。

[0015] 本实用新型还提供了一种燃气管路，包括燃气管和上述的超声波燃气表，所述超声波燃气表设置在所述燃气管上。

[0016] 本实用新型提供的超声波燃气表及燃气管路中，超声波燃气表包括测量管、上游超声波换能器和下游超声波换能器，测量管用于流通待测量的燃气，上游超声波换能器和下游超声波换能器设置在测量管的同侧；测量管内设置有用于反射超声波的两个反射面，使得上游超声波换能器发出的超声波在测量管内经U型路径传播到下游超声波换能器。超声波在该超声波燃气表中以U型路径传播，有效声程(超声波的传播路径上超声波传播速度受燃气流速影响的部分)等于上游超声波换能器与下游超声波换能器之间的中心距，因此有效声程不受测量管的横截面高度影响，与现有技术相比，不会增加超声波燃气表的体积，同时显著增大了上游超声波换能器和下游超声波换能器之间的检测时间差，提高了超声波燃气表的测量精度。附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为现有技术中的一种超声波燃气表的结构示意图；

[0019] 图2为本实用新型实施例提供的一种超声波燃气表的结构示意图；

[0020] 图3为图2中A-A方向的一种剖面图；

[0021] 图4为图2中A-A方向的另一种剖面图；

[0022] 图5为图2中A-A方向的另一种剖面图；

[0023] 图6为本实用新型实施例提供的一种燃气管路的结构示意图。

[0024] 图标：101-入口；102-出口；103-上游超声波换能器；104-下游超声波换能器；201-测量管；202-上游超声波换能器；203-下游超声波换能器；204-上游反射面；205-下游反射面；206-进口接管；207-出口接管；208-上游缓冲容器；209-下游缓冲容器；210-隔板；211-腔体；212、213-引线；20-超声波燃气表；30-燃气管。

具体实施方式

[0025] 下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

[0026] 目前超声波燃气表的测量精度仍然无法满足需求，基于此，本实用新型实施例提供的一种超声波燃气表及燃气管路，可以提高超声波燃气表的测量精度。

[0027] 为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种超声波燃气表进行详细介绍。

[0028] 参见图2所示的一种超声波燃气表的结构示意图，该超声波燃气表包括测量管201、上游超声波换能器202和下游超声波换能器203，测量管201用于流通待测量的燃气，上游超声波换能器202和下游超声波换能器203设置在测量管201的同侧；测量管201内设置有用于反射超声波的两个反射面(上游反射面204和下游反射面205)，使得上游超声波换能器
202发出的超声波在测量管201内经U型路径传播到下游超声波换能器203。

[0029] 具体地，上游超声波换能器202、下游超声波换能器203定时轮流发送/接收超声波以测量燃气在测量管201中流动速度。上游超声波换能器202发出的超声波先后经上游反射面204、下游反射面205到达下游超声波换能器203，被下游超声波换能器203接收；同样，下游超声波换能器203发出的超声波先后经下游反射面205、上游反射面204到达上游超声波换能器202，被上游超声波换能器202接收。上游反射面204相对于水平面的倾角ɑ1、下游反射面205相对于水平面的倾角ɑ2均可以为45°。

[0030] 上述超声波燃气表的测量原理如下：

[0031] 设燃气流速为v，超声波在此种燃气中传播速度为c，上游超声波换能器202至上游反射面204的距离、下游超声波换能器203至为下游反射面205的距离均为d1，上游反射面204至下游反射面205的距离为d2，则超声波从上游超声波换能器202传播到下游超声波换能器203的时间t1为：

[0032]

[0033] 超声波从下游超声波换能器203传播到上游超声波换能器202的时间t2为：

[0034]

[0035] 式(2)-式(1)得：

[0036]

[0037] 因为v2＜c2，忽略v2得：

[0038]

[0039] 同样，式(1)+式(2)，忽略v2得：

[0040]

[0041] 将式(4)代人式(3)得：

[0042]

[0043] 设：

[0044] 则得：

[0045] 由式(6)(7)可知，在时刻i，通过测量超声波上游至下游的传播时间和下游至上游的传播时间无论燃气成分如何，无论温度高低，都可以计算出燃气流速vi，进而计算瞬时流量qi：

[0046] qi＝vis (8)

[0047] 其中，s为测量管的横截面面积。

[0048] 经积分可以得到时刻i＝0至时刻i＝N之间的累计流量QN：

[0049]

[0050] 其中，Δt为计算时段。

[0051] 超声波在上述超声波燃气表中的传播路径为U型路径，该U型路径包括垂直于燃气流动方向的部分d1和平行于燃气流动方向的部分d2。超声波的传播速度在d1部分全程不受燃气流速影响，在d2部分全程受燃气流速影响，因此，U型路径的有效声程为d2，且在超声波换能器位置一定时，U型路径的有效声程d2最大。

[0052] 另外，在U型路径下，超声波传播的有效声程与超声波传播的路径总长度之比最大。通道噪声大小与传播通道的长度成正比，所以该超声波燃气表的超声波传播信噪比最大。因此，在信号处理能力相同条件下，本实施例提供的超声波燃气表可以使测量精度达到最佳。

[0053] 另外，有效声程d2不受测量管201的横截面高度d3影响，使测量管201的横截面面积的设计具有更大的灵活性。d3可以根据燃气流体性能来取值，例如d3可以根据对超声波燃气表的压力损失和流量误差的要求来取值；在满足超声波燃气表的压力损失要求条件下，d3设计更小些，使测量管201的横截面面积s减小，可以提高测量精度和稳定性，也即既满足对超声波燃气表的压力损失要求，又使流量误差达到最小，从而可以使超声波燃气表的最小流量Qmin达到更好水平。

[0054] 在目前已知各种燃气成分和正常使用温度范围内，本实施例中的数学模型引入的附加误差不超过万分之一。

[0055] 可选地，上述上游反射面204和下游反射面205均可以为测量管201的管壁。

[0056] 本实用新型实施例中，超声波燃气表包括测量管、上游超声波换能器和下游超声波换能器，测量管用于流通待测量的燃气，上游超声波换能器和下游超声波换能器设置在测量管的同侧；测量管内设置有用于反射超声波的两个反射面，使得上游超声波换能器发出的超声波在测量管内经U型路径传播到下游超声波换能器。超声波在该超声波燃气表中以U型路径传播，有效声程等于上游超声波换能器与下游超声波换能器之间的中心距，因此有效声程不受测量管的横截面高度影响，与现有技术相比，不会增加超声波燃气表的体积，同时显著增大了上游超声波换能器和下游超声波换能器之间的检测时间差，提高了超声波燃气表的测量精度。

[0057] 可选地，如图2所示，上述超声波燃气表还包括进口接管206和出口接管207，进口接管206与测量管201之间设置有上游缓冲容器208，测量管201与出口接管207之间设置有下游缓冲容器209。

[0058] 具体地，燃气从进口接管206进入上游缓冲容器208，经测量管201进入下游缓冲容器209，再经出口接管207输出到供气系统的燃气管中。上游缓冲容器208、下游缓冲容器209可以分别平滑进气和出气时因外部因素引起的脉动，使流经测量管201中燃气流量更稳定。并且通过增加下游缓冲容器209，可以进一步滤掉流经测量管201的燃气中的高频成分，从而提高测量精度。另外，燃气仅在由进口接管206、上游缓冲容器208、经测量管201、下游缓冲容器209，出口接管207组成的密封空间流动，该密封空间可以对燃气进行泄漏保护。

[0059] 可选地，下游缓冲容器209的横截面面积大于出口接管207的横截面面积，且下游缓冲容器209的横截面面积与出口接管207的横截面面积的比值大于预设阈值。其中，预设阈值可以根据实际需求设置，例如预设阈值为5，也即下游缓冲容器209的横截面面积大于5倍的出口接管207的横截面面积。这样可以有效抑制出口燃气流量中高频脉动成分对计量精度，特别对小流量时精度的影响。

[0060] 可选地，上述测量管201的横截面形状为轴对称图形。例如测量管201的横截面形状为矩形、正方形、圆形等。燃气在测量管201中的密度分布是不均匀的，通常中心部分密度高，边缘部分密度低，通过将测量管201的横截面形状设置为轴对称图形，可以对测量结果进行精确地补偿，从而进一步提高测量精度。

[0061] 可选地，上述测量管201的内部设置有多个隔板，各隔板的延伸方向均与测量管201的延伸方向相同，且多个隔板将测量管201的内部分隔为多个腔室，在测量管201的横截面上，多个腔室呈轴对称设置。

[0062] 具体地，n个隔板可以将测量管201的内部分隔为(n+1)个腔室。隔板对测量管201的分隔方式可以是等分，也可以是不等分。该超声波燃气表通过隔板将测量管201的内部分隔为多个腔室，可以使得各腔室内的燃气流速增大(特别是在燃气流量很小时)，这样有利于提高小流量燃气测量时的测量精度。超声波通常在处于中心位置的腔室中传播，通过使多个腔室呈轴对称设置，可以保证测量精度。

[0063] 为了便于理解，以测量管201的横截面形状为矩形为例，本实施例提供了如图3至图5所示的对测量管201的三种分隔方式，其中d3、d4分别表示测量管201的横截面的高度和宽度。如图3所示，两个隔板210将测量管201的内部等分为三个腔室，燃气流经由两个隔板210围成的腔室②的流速会增大，从而可以提高小流量燃气测量时的测量精度。类似的，图4中两个隔板210将测量管201的内部分隔为三个横截面面积不完全相等的腔室，腔室②的横截面面积较小。图5中三个隔板210将测量管201的内部等分为四个腔室。

[0064] 可选地，考虑到隔板越多，超声波燃气表在进口接管206与出口接管207之间的压力损失越大，上述隔板的个数可以为两个、三个、四个或五个。

[0065] 优选地，上述隔板的个数为两个，此时腔室为三个，且处于中心位置的腔室的横截面面积不小于上游超声波换能器202的横截面面积。同时，该处于中心位置的腔室的横截面面积也不小于下游超声波换能器203的横截面面积。这样一方面可以提高小流量燃气测量时的测量精度，另一方面有利于超声波在处于中心位置的腔室中传播，以及被上游超声波换能器202或下游超声波换能器203的接收。

[0066] 可选地，如图2所示，上述超声波燃气表还包括腔体211，腔体211用于容纳测量管201、上游超声波换能器202和下游超声波换能器203。当然，当超声波燃气表还包括进口接管206、出口接管207、上游缓冲容器208和下游缓冲容器209时，这些部件也设置在腔体211内。腔体211用于容纳超声波燃气表的其他部件，腔体211无燃气，可以为超声波燃气表提供燃气泄漏防护，使得超声波燃气表更安全，也即进一步提高了超声波燃气表的燃气泄漏保护水平。

[0067] 可选地，上述腔体211的材质包括金属或硬质泡沫塑料。相同厚度下金属或硬质泡沫塑料材质的腔体211的耐压性好、价格较低。例如腔体211由钢板或铝板等制成。

[0068] 可选地，如图2所示，上游超声波换能器202的引线212和下游超声波换能器203的引线213均设置在腔体211内。超声波换能器的引线用于为超声波换能器供电，也即驱动超声波换能器工作。由于腔体211内无燃气，上游超声波换能器202的引线212和下游超声波换能器203的引线213均不与燃气接触，可以提高超声波燃气表的防爆安全性。

[0069] 本实用新型实施例还提供了一种燃气管路，参见图6所示的一种燃气管路的结构示意图，该燃气管路包括燃气管30和上述的超声波燃气表20，超声波燃气表20设置在燃气管30上。

[0070] 本实施例所提供的燃气管路，其实现原理及产生的技术效果和前述超声波燃气表实施例相同，为简要描述，燃气管路实施例部分未提及之处，可参考前述超声波燃气表实施例中相应内容。

[0071] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

[0072] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0073] 另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

[0074] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0075] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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超声波燃气表及燃气管路

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