阅读说明：本技术 一种交叉式超声测温管段体结构及方法 (Cross type ultrasonic temperature measurement pipe section structure and method ) 是由 张力新 严学智 冯宪奎 朱向娜 李德海 于 2021-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种交叉式超声测温管段体结构及方法,属于超声测流、测温技术领域。技术方案是：所述探头安装座(3)设有安装孔,安装孔中心线(6)与水平线(7)之间有夹角,相互不平行；上游侧探头的数量与下游侧探头的数量相等；一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配,一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配,发射和接收超声波,形成多个交叉布置的超声测量声路。本发明有益效果：通过改变探头安装孔与水平线之间的角度,使得一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个探头匹配,实现了同一管段体上有效声路数大于等于该管段体上探头数量总和,大大减少了探头的数量,使得小口径上也可以实现更多声路的测量。(The invention relates to a cross type ultrasonic temperature measurement pipe section structure and a method, belonging to the technical field of ultrasonic flow measurement and temperature measurement. The technical scheme is as follows: the probe mounting seat (3) is provided with a mounting hole, and an included angle is formed between the central line (6) of the mounting hole and the horizontal line (7) and is not parallel to each other; the number of the upstream side probes is equal to that of the downstream side probes; one upstream side probe is matched with the two downstream side probes in the beam width range, and the other downstream side probe is matched with the two upstream side probes in the beam width range, transmits and receives ultrasonic waves and forms a plurality of ultrasonic measurement sound paths which are arranged in a crossed mode. The invention has the beneficial effects that: by changing the angle between the probe mounting hole and the horizontal line, one probe is matched with two corresponding probes in the wave beam width range, the sum of the number of the probes on the same pipe section body is greater than or equal to the number of the probes on the pipe section body, the number of the probes is greatly reduced, and the measurement of more sound paths on a small caliber can be realized.)

一种交叉式超声测温管段体结构及方法

技术领域

本发明涉及一种交叉式超声测温管段体结构及方法，用于超声流量计(含液体及气体流量计)、超声水表和超声热量表等，属于超声测流、测温技术领域。

背景技术

目前，传统的超声流量计测量管段均采用探头安装孔为平行于水平面的直孔，为一对一声路传输的结构形式。为了满足提高测量准确性的要求，唯一可用的技术是：增加声道数量，将测量仪器从一个声道转换为多个，由于声道数量与探头数量成正比，为1:2，所以声道数越多，探头数就越多。现有技术的问题是：为了提高测量精度，超声流量计会匹配多个超声波探头，且必须安装在同一管道中。因此带有超声波探头的管段设计越来越复杂，加工精度越来越高，制造成本越来越高，装配条件越来越高，声道的数量受管道主体管径的限制，如果超声波探头的尺寸相同，安装管段直径较小，就不可能安装更多的探头，因此就无法实现多声路测量。

发明内容

本发明目的是提供一种交叉式超声测温管段体结构及方法，通过改变探头安装孔与水平线之间的角度，使得一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个探头匹配，实现了同一管段体上有效声路数大于等于该管段体上探头数量总和，大大减少了探头的数量，使得小口径上也可以实现更多声路的测量，解决背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

一种交叉式超声测温管段体结构，包含管段体、探头安装座、探头、温度传感器和温度传感器安装座；管段体上设置探头安装座和温度传感器安装座，探头和温度传感器分别安装在探头安装座和温度传感器安装座上；所述探头安装座设有安装孔，安装孔中心线与水平线之间有夹角，相互不平行；所述探头数量为多个，按照布置位置分为上游侧探头和下游侧探头；上游侧探头的数量与下游侧探头的数量相等；一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配，一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配，发射和接收超声波，形成多个交叉布置的超声测量声路。

所述探头安装座采用一体式安装座，每个探头安装座设置两个安装孔，两个安装孔对称布置在水平线两侧。

所述探头安装座的安装孔中心线与水平线呈α角度，α范围为0～90°，不包括0°。

所述多个探头布置在管段体的同一截面上，将管段体上每个探头简化为一个点，上游侧的探头各点形成多边形X，下游侧的探头各点形成多边形Y，多边形X和多边形Y之间距离相等处有平面Z，多边形X与多边形Y相对于平面Z完全对称。

所述上游侧每个探头发射的超声波反射点在对应的两个下游侧探头之间的中线上，使得上游侧一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个下游侧探头匹配；所述下游侧每个探头发射的超声波反射点在对应的两个上游侧探头之间的中线上，使得下游侧一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个上游侧探头匹配。

所述温度传感器安装座安装在管段体的下游侧，并且其安装位置处于所有探头安装座轴线交点的上方。

一种交叉式超声测温管段体结构的组装方法，包含如下步骤：

管段体上分别开设探头安装座安装孔和温度传感器安装座安装孔；

探头安装座上开设探头的安装孔，安装孔中心线与水平线之间有夹角，相互不平行；

将探头安装座和温度传感器安装座焊接在管段体的探头安装座安装孔和温度传感器安装座安装孔内；

将探头和温度传感器分别安装在探头安装座和温度传感器安装座内；所述探头安装座数量为多个，探头数量为多个，按照布置位置分为上游侧探头和下游侧探头；上游侧探头的数量与下游侧探头的数量相等；一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配，一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配，发射和接收超声波，形成多个交叉布置的超声测量声路。

所述探头安装座设置两个安装孔，两个安装孔对称布置在水平线两侧。

所述探头安装座的安装孔中心线与水平线呈α角度，α范围为0～90°，不包括0°。

所述温度传感器安装座安装在管段体的下游侧，并且其安装位置处于所有探头安装座轴线交点的上方。

本发明有益效果：通过改变探头安装孔与水平线之间的角度，使得一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个探头匹配，实现了同一管段体上有效声路数大于等于该管段体上探头数量总和，大大减少了探头的数量，使得小口径上也可以实现更多声路的测量。

附图说明

图1是本发明装配结构示意图；

图2是本发明探头安装座外观示意图；

图3是本发明将各探头简化成点后沿管段体轴线方向观测各探头位置关系示意线图；

图4为现有技术单声路传播方式示意图；

图5为本发明声路传播方式示意图；

图6为本发明声路传播结构示意图；

图7为本发明探头安装座内部结构示意图；

图8为现有技术探头安装座内部结构示意图；

图中：管段体1、探头2、探头安装座3、温度传感器安装座4、温度传感器5、安装孔中心线6、水平线7。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

一种交叉式超声测温管段体结构，包含管段体1、探头安装座3、探头2、温度传感器5和温度传感器安装座4；管段体1上设置探头安装座3和温度传感器安装座4，探头2和温度传感器5分别安装在探头安装座3和温度传感器安装座4上；所述探头安装座3设有安装孔，安装孔中心线6与水平线7之间有夹角，相互不平行；所述探头数量为多个，按照布置位置分为上游侧探头和下游侧探头；上游侧探头的数量与下游侧探头的数量相等；一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配，一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配，发射和接收超声波，形成多个交叉布置的超声测量声路。

所述探头安装座3采用一体式安装座，每个探头安装座3设置两个安装孔，两个安装孔对称布置在水平线7两侧。

所述探头安装座的安装孔中心线6与水平线7呈α角度，α范围为0～90°，不包括0°。

多个所述探头2布置在管段体1的同一截面上，将管段体上每个探头2简化为一个点，上游侧的探头各点形成多边形X，下游侧的探头各点形成多边形Y，多边形X和多边形Y之间距离相等处有平面Z，多边形X与多边形Y相对于平面Z完全对称。

所述上游侧每个探头发射的超声波反射点在对应的两个下游侧探头之间的中线上，使得上游侧一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个下游侧探头匹配；所述下游侧每个探头发射的超声波反射点在对应的两个上游侧探头之间的中线上，使得下游侧一个探头在其波束宽度范围内与相对应的两个上游侧探头匹配。

所述温度传感器安装座4安装在管段体1的下游侧，并且其安装位置处于所有探头安装座3轴线交点的上方。

一种交叉式超声测温管段体结构的组装方法，包含如下步骤：

管段体1上分别开设探头安装座安装孔和温度传感器安装座安装孔；

探头安装座3上开设探头的安装孔，安装孔中心线6与水平线7之间有夹角，相互不平行；

将探头安装座3和温度传感器安装座4焊接在管段体1的探头安装座安装孔和温度传感器安装座安装孔内；

将探头2和温度传感器5分别安装在探头安装座3和温度传感器安装座4内；所述探头安装座3数量为多个，探头数量为多个，按照布置位置分为上游侧探头和下游侧探头；上游侧探头的数量与下游侧探头的数量相等；一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配，一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配，发射和接收超声波，形成多个交叉布置的超声测量声路。

所述探头安装座3设置两个安装孔，两个安装孔对称布置在水平线7两侧。

所述探头安装座的安装孔中心线6与水平线7呈α角度，α范围为0～90°，不包括0°。

所述温度传感器安装座4安装在管段体1的下游侧，并且其安装位置处于所有探头安装座3轴线交点的上方。

已有技术参照附图4、8，以2声路、4只探头为例进行说明。超声测流设备的管段体上布置4个探头，探头按在管段体上的布置位置分为上游侧探头和下游侧探头，一个上游侧探头在其波束宽度范围内与一个下游侧探头匹配，为一一对应关系，4个上游侧探头与4个下游侧探头相互匹配，发射和接收超声波，形成2个超声测量声路数。

本发明的实施例，参照附图1、2、3、5、6、7。本发明声路传播结构示意图，4声路，4只探头。

管段体上布置4个探头，探头按在管段体上的布置位置分为上游侧探头和下游侧探头，一个上游侧探头在其波束宽度范围内与两个下游侧探头匹配，一个下游侧探头在其波束宽度范围内与两个上游侧探头匹配，4个上游侧探头与4个下游侧探头相互匹配，发射和接收超声波，形成4个超声测量声路数，等于该管段体上探头数量总和。

所述探头安装座3采用一体式安装座，每个探头安装座3设置两个安装孔，两个安装孔对称布置在水平线7两侧。所述探头安装座的安装孔中心线6与水平线7呈α角度，α为20°。