一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计
阅读说明：本技术 一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计 (Anti-freezing ultrasonic flowmeter with extensible shell ) 是由 严军荣 卢玉龙 宋财华 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计,包括超声波流量计壳体、超声波换能器、超声波换能器下方的反射片及反射片支架,其特征在于：所述超声波流量计壳体包含向内弯曲部分,所述向内弯曲部分受到冰冻挤压时向外延伸,所述反射片支架部署调节装置,当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整。本发明解决了超声波流量计如何避免或减少超声波反射片被冰冻时计量精度受到影响的问题。(The invention discloses an anti-freezing ultrasonic flowmeter with an extensible shell, which comprises an ultrasonic flowmeter shell, an ultrasonic transducer, a reflector plate and a reflector plate bracket, wherein the reflector plate and the reflector plate bracket are arranged below the ultrasonic transducer, and the anti-freezing ultrasonic flowmeter is characterized in that: the ultrasonic flowmeter shell comprises an inward bending part, the inward bending part extends outwards when being squeezed by freezing, the reflector plate support is provided with an adjusting device, and the adjusting device adjusts the position of the reflector plate when the shell extends outwards. The invention solves the problem of how to avoid or reduce the influence on the measurement accuracy when the ultrasonic wave reflecting sheet is frozen in the ultrasonic wave flowmeter.)
技术领域
本发明属于智能超声波流量计技术领域，特别是涉及一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计。
背景技术
目前市场上的超声波测量管段的防冻技术，主要采用加厚管段的壁厚和加强换能器压板的锁紧力，使管段内部结冰时，管段和换能器不至于爆裂。还有一类增设排水孔使得水表内的水排空的防冻技术，例如公开号为CN210051391U的中国专利《一种防冻式超声波水表管段》提出超声波计量表的测量管段侧壁还增设一排水孔，排水孔的进水口与测量管段内部连通，排水孔的出水口设有一排水组件，排水组件包括一排水堵头和一弹性件，排水堵头一端与出水口抵接，另一端与弹性件抵接。
但是，上述技术方案中即使管段和换能器不爆裂，膨胀的结构会导致换能器的测量面因受到强大的压力而产生结构变形或损坏，从而影响超声波的测量精度。目前还没有可以有效避免或减少超声波反射片被冰冻时计量精度受到的影响的超声波流量计，为此提出一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计。
本发明依托超声波流量计内部署的监测传感器。
本发明的一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计，包括超声波流量计壳体、超声波换能器、超声波换能器下方的反射片及反射片支架，其特征在于：
所述超声波流量计壳体包含向内弯曲部分，所述向内弯曲部分受到冰冻挤压时向外延伸，所述反射片支架部署调节装置，当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整。
优选地，向内弯曲部分在流量计中的位置是超声波计量区域内的对称位置。
优选地，向内弯曲部分在流量计中的位置是非计量区域的一个或多个位置。
优选地，向内弯曲部分的材质是弹性可恢复材料；向内弯曲部分的弯曲程度是根据表壳的最大可扩展能力、表壳内超声波反射片和反射片支架的结构、冰冻时水的最大膨胀体积的任一项或多项组合确定；向内弯曲部分在受到冰冻挤压时向外延伸包括向内弯曲部分向外多级延伸和/或向内弯曲部分延伸至整体平缓位置后壳体整体向外延伸。
优选地，调节装置与反射片支架的连接方式包括夹持、胶粘、焊接、紧配、螺纹的任一项或多项组合；调节装置对反射片的位置进行调整的方式包括旋转调节装置使反射片支架角度变化、平移调节装置使反射片支架位置变化、调节装置包绕并挤压反射片支架的任一项或多项组合。
优选地，所述当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整，包括步骤：
当壳体向外延伸时，获取超声波反射片的角度变化和/或超声波反射片的位移数据；
根据超声波反射片的角度变化值和/或超声波反射片的位移数据计算超声波反射片的异常指数；
根据超声波换能器的超声波接收范围和/或接收能力计算异常容许值；
当超声波反射片的异常指数大于异常容许值时，根据异常指数和异常容许值的差值计算需要调整的超声波反射片的角度和/或位移并进行调整。
进一步优选地，所述获取超声波反射片的角度变化，是：根据壳体与超声波反射片支架的连接关系计算与壳体延伸相应的反射片支架移动所带来的超声波反射片的角度变化值、根据垂直发射到超声波反射片的检测声波被接收的位置与原位置的距离计算超声波反射片的角度变化值、根据壳体与超声波反射片支架的连接关系和垂直发射到超声波反射片的检测声波被接收的位置计算超声波反射片的角度变化值的任一项。
进一步优选地，所述位移数据是超声波反射片支架预设时间段内的水平位置变化值、超声波反射片支架预设时间段内的垂直位置变化值、超声波反射片与超声波反射片支架预设时间段内的相对位置变化值的任一项或多项组合。
进一步优选地，所述根据超声波反射片的角度变化值和/或超声波反射片的位移数据计算超声波反射片的异常指数，是：根据超声波反射片的角度变化对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数、根据超声波反射片的位移对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数、根据超声波反射片的角度变化和位移对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数的任一项。
进一步优选地，所述根据超声波换能器的超声波接收范围和/或接收能力计算异常容许值，是：根据超声波换能器的超声波接收范围计算超声波反射片的最大偏移角度并以此计算异常容许值、根据超声波换能器的接收能力计算超声波最大衰减值并以此计算异常容许值、根据超声波反射片的最大偏移角度和超声波最大衰减值计算异常容许值的任一项。
本发明的优点是：
(1)当受到冰冻挤压时，非计量管段部位设置的向内弯曲部分向外延伸，为冰冻时内部结冰膨胀预留膨胀空间，有效防止冰冻破裂。
(2)当受到冰冻挤压时，计量管段部位对称设置的向内弯曲部分向外延伸，可以在冰冻膨胀过程中有效保持超声波反射片的平行位置，避免计量精度下降。
(3)在水表内部冰冻膨胀挤压到超声波反射片结构时，根据超声波反射片的角度变化值和/或位移数据调整反射片位置和/或角度，避免超声波反射片状态变化造成的计量精度下降。
附图说明
图1是本发明实施例的非计量区域向内弯曲的防冰冻超声波流量计结构示意图；
图2是本发明实施例的计量区域向内弯曲的防冰冻超声波流量计结构示意图；
图3是本发明实施例的当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整的步骤流程图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
本发明依托流量计内部署的监测传感器，包括在超声波反射片正上方部署的一个或多个测试声波发射和接收装置、在超声波反射片支架上部署的位移传感器、在超声波反射片侧方部署的激光探测器、在超声波反射片支架上部署的振动传感器等。
本发明的一种壳体可延伸的防冰冻超声波流量计的实施例，结构示意图如图1所示，包括超声波流量计壳体(1)、超声波换能器(2)、超声波换能器下方的反射片及反射片支架(3)，其特征在于：
所述超声波流量计壳体包含向内弯曲部分(4)，所述向内弯曲部分受到冰冻挤压时向外延伸，所述反射片支架部署调节装置(5)，当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整。
优选地，向内弯曲部分在流量计中的位置是非计量区域的一个或多个位置。如图1所示的超声波流量计结构中，向内弯曲部分(4)在流量计中的位置是在流量计靠近左端的非计量区域的两个位置。
在另一种优选实施方式中，向内弯曲部分在流量计中的位置是超声波计量区域内的对称位置。如图2所示的超声波流量计结构中，向内弯曲部分(4)在流量计中的位置是在流量计量区域内(超声波反射片支架所在区域)的对称位置。
优选地，向内弯曲部分的材质是弹性可恢复材料。
优选地，向内弯曲部分的弯曲程度是根据表壳的最大可扩展能力、表壳内超声波反射片和反射片支架的结构、冰冻时水的最大膨胀体积的任一项或多项组合确定。其中，根据表壳的最大可扩展能力确定向内弯曲部分的弯曲程度是指以壳体能够延伸的最大范围作为向内弯曲部分的弯曲程度，根据表壳内超声波反射片和反射片支架的结构确定向内弯曲部分的弯曲程度是指在不触及表壳内超声波反射片和反射片支架的结构的前提下确定向内弯曲部分的弯曲程度，根据冰冻时水的最大膨胀体积确定向内弯曲部分的弯曲程度是指向内弯曲部分的弯曲程度所形成的弯曲体积能够容纳冰冻时水的最大膨胀体积。所述多项组合确定是根据各项计算结果之间取极值和/或平均值和/或乘积和/或求和。
向内弯曲部分在受到冰冻挤压时向外延伸包括向内弯曲部分向外多级延伸和/或向内弯曲部分延伸至整体平缓位置后壳体整体向外延伸。其中向内弯曲部分向外多级延伸是指内凹弧形弯曲部分根据不同的冰冻级别向外延伸不同的程度，可以根据内凹弧形弯曲部分会向外延伸的不同范围识别水表冰冻的级别；向内弯曲部分延伸至整体平缓位置后壳体整体向外延伸是指当向内弯曲部分受到冰冻挤压时先向外延伸至与其相邻部分平滑连接的位置，然后水表整体向外延伸。
优选地，调节装置与反射片支架的连接方式包括夹持、胶粘、焊接、紧配、螺纹的任一项或多项组合。
优选地，对反射片支架进行调整的方式包括旋转调节装置使反射片支架角度变化、平移调节装置使反射片支架位置变化、调节装置包绕并挤压反射片支架的任一项或多项组合。本实施例中，调节装置(4)为与反射片支架连接的旋钮装置和/或推拉装置和/或包裹装置，通过旋转挤压、平移挤压、包绕挤压的任一项或多项组合对反射片支架进行调整。
优选地，所述当壳体向外延伸时调节装置对反射片的位置进行调整，流程图如图3所示，包括步骤：
当壳体向外延伸时，获取超声波反射片的角度变化和/或超声波反射片的位移数据；
根据超声波反射片的角度变化值和/或超声波反射片的位移数据计算超声波反射片的异常指数；
根据超声波换能器的超声波接收范围和/或接收能力计算异常容许值；
当超声波反射片的异常指数大于异常容许值时，根据异常指数和异常容许值的差值计算需要调整的超声波反射片的角度和/或位移并进行调整。
所述获取超声波反射片的角度变化，是：根据壳体与超声波反射片支架的连接关系计算与壳体延伸相应的反射片支架移动所带来的超声波反射片的角度变化值、根据垂直发射到超声波反射片的检测声波被接收的位置与原位置的距离计算超声波反射片的角度变化值、根据壳体与超声波反射片支架的连接关系和垂直发射到超声波反射片的检测声波被接收的位置计算超声波反射片的角度变化值的任一项。
表A中A1～A3表示计算超声波反射片的角度变化值的不同实施方式，其中表A中涉及壳体与超声波反射片支架的连接关系、垂直发射到超声波反射片的检测声波被接收的位置等数据。
表A 计算超声波反射片的角度变化值的不同实施方式
所述位移数据包括超声波反射片支架预设时间段内的水平位置变化值、超声波反射片支架预设时间段内的垂直位置变化值、超声波反射片与超声波反射片支架预设时间段内的相对位置变化值的任一项或多项组合。所述多项组合是多项之间取极值和/或平均值和/或乘积和/或求和。
所述根据超声波反射片的角度变化值和/或超声波反射片的位移数据计算超声波反射片的异常指数，是：根据超声波反射片的角度变化对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数、根据超声波反射片的位移对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数、根据超声波反射片的角度变化和位移对超声波接收的影响计算超声波反射片的异常指数的任一项。
表B中B1～B3表示计算超声波反射片的异常指数的不同实施方式，其中表B中涉及超声波反射片的角度变化值和位移数据。
表B 计算超声波反射片的异常指数的不同实施方式
所述根据超声波换能器的超声波接收范围和/或接收能力计算异常容许值，是：根据超声波换能器的超声波接收范围计算超声波反射片的最大偏移角度并以此计算异常容许值、根据超声波换能器的接收能力计算超声波最大衰减值并以此计算异常容许值、根据超声波反射片的最大偏移角度和超声波最大衰减值计算异常容许值的任一项。
表C中C1～C3表示计算异常容许值的不同实施方式，其中表C中涉及超声波接收范围、超声波换能器的接收能力等数据。
表C 计算异常容许值的不同实施方式
根据异常指数和异常容许值的差值计算需要调整的超声波反射片的角度和/或位移并进行调整，包括步骤：
计算超声波反射片的异常指数和异常容许值的差值；
根据超声波反射片的异常指数与超声波反射片的角度变化值和/或位移数据的关系计算差值对应的超声波反射片的角度变化值和/或位移数据，即为需要调整的超声波反射片的角度变化值和/或位移；
根据需要调整的超声波反射片的角度变化值和/或位移将超声波发射片或反射片支架挤压到相应的角度和/或位置。
一种优选实施例中，根据表B中B3得到超声波反射片的异常指数x＝2，根据表C中C3得到异常容许值y＝1.8，此时超声波反射片的异常指数x>异常容许值y，计算差值z＝0.2，根据表B的B1中超声波反射片的角度v与超声波反射片的异常指数x的函数关系x＝r1·v计算差值z对应的超声波反射片的角度为1×0.2＝0.2度(r1＝1)，则需要调整的超声波反射片的角度为0.2度，根据需要调整的超声波反射片的角度0.2度将超声波发射片或反射片支架调整到相应的角度。
另一种优选实施例中，根据表B中B3得到超声波反射片的异常指数x＝2，根据表C中C3得到异常容许值y＝1.8，此时超声波反射片的异常指数x>异常容许值y，计算差值z＝0.2，根据表B的B2中超声波反射片的位移m与超声波反射片的异常指数x的函数关系x＝r5·mr6计算差值z对应的超声波反射片的位移为r5·0.2r6＝0.32厘米(r5＝8，r6＝2)，则需要调整的超声波反射片的位移为0.32厘米，根据需要调整的超声波反射片的位移0.32厘米将超声波发射片或反射片支架调整到相应的位置。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。