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專利名稱：流率測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種流率測量裝置，用于根據(jù)聲波經(jīng)由液體傳播時獲得的傳播速度差值來檢測液體流率。
背景技術：
到目前為止已知的流率測量裝置例如包括一對發(fā)送/接收單元，該發(fā)送/接收單元布置在流體流過的管道的上游側(cè)和下游側(cè)，其中從一個發(fā)送/接收單元發(fā)送的超聲波由管道的內(nèi)壁表面反射，并且所述超聲波由另一個發(fā)送/接收單元接收，以便根據(jù)超聲波傳播速度的差值來測量流體流率的流速。
如圖7中所示，這種流率測量裝置1包括測量管道4，該測量管道包括用于供給液體的供給管道2和用于排放液體的排放管道3。第一測量頭5設置在測量管道4的一端，第二測量頭6設置在測量管道4的另一端。所述第一和第二測量頭5、6在其中具有換能器，所述換能器起聲波發(fā)送器或者聲波接收器的作用。例如，從第一測量頭5發(fā)送一個脈動聲波信號，用作聲波接收器的第二測量頭6接收該聲波信號。隨后，轉(zhuǎn)換第一測量頭5以便起接收器的作用，從而接收從第二測量頭6發(fā)送的聲波信號(參見公開號為7-83715的日本公開專利)。
在公開號為7-83715的日本公開專利中公開的常規(guī)技術的情況下，當液體中含有氣泡時，這些氣泡附著到測量管道4的內(nèi)壁表面上，所述測量管道與第一和第二測量頭5、6相對地設置。氣泡7抑制聲波信號的傳播，使得第一和第二測量頭5、6不可能精確地接收聲波信號。因此，很難根據(jù)聲波信號準確地測量液體的流率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種流率測量裝置，其中聲波信號可以可靠地傳播，因此能夠根據(jù)由檢測段(detecting section)檢測到的聲波信號來高精確度地測量液體流率。
從下面的結(jié)合附圖的說明中，本發(fā)明的上述及其他目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見，附圖中通過例證性實例示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的整體的流率測量裝置的縱向截面圖；圖2是圖示設置在圖1中所示的流率測量裝置的測量段附近的所述實施例的元件的放大截面圖；圖3是圖示測量段與圖1中所示的流率測量裝置脫離接合的狀態(tài)的放大的縱向截面圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的整體的流率測量裝置的縱向截面圖；圖5是圖示設置在圖4中所示的流率測量裝置的測量段附近的所述實施例的元件的放大截面圖；圖6是圖示測量段與圖4中所示的流率測量裝置脫離接合的狀態(tài)的放大的縱向截面圖；和圖7是圖示常規(guī)流率測量裝置的縱向截面圖。
具體實施例方式
參考圖1，附圖標記10表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的流率測量裝置。
如圖1中所示，流率測量裝置10包括殼體(外殼)12，該殼體具有用于供給液體，諸如水或化學溶液的通道26，和一對設置在殼體12的相應端部處的一對檢測段16a、16b，所述檢測段包括能夠發(fā)送和接收聲波信號的聲波發(fā)送/接收段14。
殼體12包括例如由諸如不銹鋼之類的金屬材料形成并且具有直線形式的主體段18、基本垂直地連接到主體段18一端的供給段20和基本垂直地連接到主體段18另一端的排放段22。供給段20和排放段22基本平行地設置。所述殼體12不是必須由金屬材料形成。可供選擇地，殼體12可以由樹脂材料形成。
檢測段16a、16b連接于其上的連接凸緣24在主體段18的兩端形成，所述連接凸緣24在直徑上沿徑向方向向外擴張。另外，液體流過其中的通道26沿軸向方向穿過主體段18而形成，其中通道26的兩端通向外部。提供在直徑上擴張的段28a、28b，其在直徑上朝向設置在通道26兩端附近的部分逐漸擴張。更具體地，所述在直徑上擴張的段28a、28b設置在連接凸緣24內(nèi)，其中檢測段16a、16b布置成使得檢測段16a、16b面向在直徑上擴張的段28a、28b。
沿軸向方向穿過的供給通道30形成于供給段20中。供給通道30與形成于主體段18一側(cè)端的在直徑上擴張的段28a連通。另一方面，沿軸向方向穿過的排放通道32形成于排放段22中。排放通道32與形成于主體段18的另一側(cè)端的在徑向上擴張的段28b連通。除非說明，供給通道30和排放通道32經(jīng)由包括一對所述的在直徑上擴張的段28a、28b的通道26彼此連通。因此，由未圖示出的液體供給源供給到供給通道30的液體經(jīng)由通道26從排放通道32排出到外部。
裝配有管34的裝配槽36例如包括分別在供給段20和排放段22各自的端部處形成的管子。圓柱形緊固塞38旋擰到每個端部的外周表面上。也就是說，管34在供給段20和排放段22的各自端部處裝配到裝配槽36上，然后緊固塞38旋擰到各個端部上，由此所述管34引入到緊固塞38和端部之間，管34緊密地連接到各個供給段20和排放段22。
檢測段16a、16b分別設置在殼體12的在直徑上擴張的段28a、28b內(nèi)。檢測段16a、16b的每個包括安裝成面向殼體12的通道26的蓋部件40、布置在所述蓋部件40內(nèi)部的聲波發(fā)送/接收段14以及連接到主體段18的連接凸緣24并且關閉在直徑上擴張的段28a、28b的開口的連接帽44a、44b。
每個蓋部件40由具有基本為U形橫截面的樹脂材料形成。所述蓋部件40布置成使得其開口端設置在連接帽44a、44b的側(cè)面上。另外，所述蓋部件40布置成使得其形成有底部形狀的另一端與通道26相對。以球形形狀朝向通道26擴張的彎曲表面46在每個蓋部件40的所述另一端形成。如圖2中所示，彎曲表面46形成為具有預定半徑，其中彎曲表面46面向通道26。所述彎曲表面46在其中心部分處被最大地擴張，所述中心部分設置在通道26的軸線上。
每個聲波發(fā)送/接收段14例如由板狀壓電元件構(gòu)成。所述聲波發(fā)送/接收段14安裝到每個蓋部件40的平面的底壁表面40(參見圖2)上。一對引線50連接到每個聲波發(fā)送/接收段14。引線50被引導到連接帽44a、44b的內(nèi)部，然后引線50經(jīng)由旋擰到連接帽44a、44b上的密封螺栓52被引導到外部。
連接帽44a、44b形成有底部裝配的圓柱形形狀。連接帽44a、44b通過多個螺栓(未示出)分別連接到殼體12的連接凸緣24上。裝配段54在每個連接帽44a、44b的側(cè)部上形成突起。每個裝配段54分別插入殼體12的在直徑上擴張的段28a、28b中，以便實現(xiàn)裝配。連接到聲波發(fā)送/接收段14的引線50穿過裝配段54的內(nèi)部。也就是說，聲波發(fā)送/接收段14通過分別連接到殼體12的連接凸緣24的連接帽44a、44b而被緊密地密封在在直徑上擴張的段28a、28b內(nèi)。當連接帽44a、44b脫離接合時，聲波發(fā)送/接收段14可以從殼體12上拆除。
安裝在裝配段54的外周表面上的密封部件56抵靠在在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周表面上。因此，在殼體12和連接帽44a、44b之間保持氣密條件。
保持引線50的密封螺栓52旋擰到連接帽44a、44b的端部，以便密封連接帽44a、44b的內(nèi)部。經(jīng)由所述密封螺栓52被引導到外部的引線50分別連接到未圖示的控制單元。由聲波發(fā)送/接收段14接收的信號經(jīng)由引線50輸出到所述控制單元。
根據(jù)本發(fā)明第一實施例的流率測量裝置10基本上如上述被構(gòu)造。接下來，將解釋其操作、功能以及效果。液體從一個未圖示的液體源經(jīng)由管34到供給通道30而被供給到所述裝置，其中液體從供給通道30，經(jīng)由通道26流動到排放通道32。
在流率測量裝置10中，例如聲波信號從連接到殼體12一端的檢測段16a的聲波發(fā)送/接收段14發(fā)送。所述聲波在液體中傳播，同時被通道26的內(nèi)壁表面反射。所述聲波信號由連接到殼體12另一端的聲波檢測段16b接收。在此過程中，所述聲波信號沿液體流動的方向(即沿如圖1中所示箭頭X1的方向)傳播。
相反地，聲波信號從連接到殼體12另一端的聲波檢測段16b的聲波發(fā)送/接收段14發(fā)送。所述聲波信號由連接到殼體12的一端的檢測段16a的聲波發(fā)送/接收段14接收。在這個過程中，所述聲波信號沿液體流動的相反方向(如圖1中所示的箭頭X2的方向)傳播。
基于由聲波發(fā)送/接收段14接收的聲波信號，接收的信號經(jīng)由引線50輸出到未圖示的控制單元。根據(jù)上述檢測信號，基于聲波信號沿液體流動方向(箭頭X1的方向)傳播所用的傳播時間T1和聲波信號沿與液體流動方向相反的方向(箭頭X2的方向)傳播所用的傳播時間T2，在所述控制單元中計算傳播時間差ΔT。液體流速V由傳播時間差ΔT計算得出。
在這種布置中，朝向通道26和與通道26相對地擴張的彎曲表面46形成于組成檢測段16a、16b的每個蓋部件40上。因此，任何包含在液體中的氣泡粘附到所述蓋部件40上，于是氣泡由流動液體擠壓。因此，氣泡逐漸地沿彎曲表面46徑向向外移動。除非說明，可以避免氣泡粘附到蓋部件40的表面上并覆蓋聲波發(fā)送/接收段14。從蓋部件40上移除的氣泡可以從排放通道32排出到外部。
因此，由于粘附到蓋部件表面的氣泡被移除，聲波信號的傳播不被抑制。因此，可以在流率測量裝置10中適當?shù)匕l(fā)送和接收聲波信號。結(jié)果，可以根據(jù)上述聲波信號來高度精確地計算液體流率。
通過這種布置，包括聲波發(fā)送/接收段14的檢測段16a、16b安裝于在殼體12的兩端開口的在直徑上擴張的段28a、28b中，其中所述在直徑上擴張的段28a、28b由連接帽44a、44b關閉。也就是說，如圖3中所示，檢測段16a、16b相對于殼體12可拆卸地設置。因此，當調(diào)換檢測段16a、16b時，可以通過簡單的操作，將連接帽44a、44b簡單地從殼體12拆卸而執(zhí)行上述調(diào)換。
即使在檢測段16a、16b中的一個或兩個中發(fā)生故障時，僅僅通過調(diào)換流率測量裝置10的檢測段16a、16b中的一個或兩個而容易地維修并再次使用流率測量裝置10。因此，與必須更換整個流率測量裝置10的情況相比，可以降低成本。
另外，蓋部件40由樹脂材料形成。因此，聲波信號可以通過設置在蓋部件40內(nèi)部的聲波發(fā)送/接收段14而可靠地發(fā)送和接收。
接下來，參考圖4-6描述根據(jù)第二實施例的流率測量裝置100。使用相同的附圖標記表示那些與上述根據(jù)第一實施例的流率測量裝置10相同的構(gòu)件，這些特征的詳細解釋將被省略。
如圖4中所示，根據(jù)第二實施例的流率測量裝置100與根據(jù)第一實施例的流率測量裝置10的區(qū)別在于，阻尼部件(聲波阻斷部件)106設置個在組成檢測段102a、102b的蓋部件104和殼體12的在直徑上擴張的段28a、28b之間。在蓋部件104的外周表面與在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周表面之間設置預定距離的間隙108。
所述阻尼部件106例如由諸如橡膠之類的彈性材料形成，其中所述阻尼部件106具有圓柱體形狀。阻尼部件106設置在蓋部件104的外周表面和在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周表面之間。
阻尼部件106設置成使得其外周表面和內(nèi)周表面分別與蓋部件104和主體段108形成面對面的接觸。因此，蓋部件104不與殼體12形成直接接觸。蓋部件104通過介入蓋部件104和殼體12之間的阻尼部件106被保持在殼體12中。
如圖5中所示，蓋部件104的外周直徑D1小于在直徑上擴張的段28a、28b的組成通道26的部分的內(nèi)周直徑D2(D1＜D2)。預定距離的間隙108設置在蓋部件104外周表面和在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周表面之間。換言之，蓋部件104通過預定距離與在直徑上擴張的段28a、28b隔開，從而蓋部件104的另一端不與在直徑上擴張的段28a、28b形成接觸。類似地，聲波發(fā)送/接收段14的外周直徑D3被設計成小于在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周直徑D2(D3＜D2)。
如上所述，面向在直徑上擴張的段28a、28b的間隙108設置在蓋部件104和在直徑上擴張的段28a、28b之間。因此，防止蓋部件104與殼體12形成接觸，所述殼體包括通道26和在直徑上擴張的段28a、28b。這樣，可以避免妨礙聲波信號從殼體12到檢測段16a、16b的傳播。
蓋部件40通過阻尼部件106被保持在殼體12中，所述阻尼部件106由彈性材料構(gòu)成并且位于蓋部件和殼體之間。因此，由阻尼部件106適當?shù)刈钄嗯c要接收的固有聲波信號不同的干擾聲波信號，從而避免了其從殼體12傳播到蓋部件40。因此，可以避免由這種從一個聲波發(fā)送/接收段14發(fā)送并經(jīng)由蓋部件40傳播到殼體12的干擾聲波信號引起的問題。僅僅那些傳播到液體流過其中的通道26的聲波信號可以可靠地由另一聲波發(fā)送/接收段14接收。因此，可以根據(jù)上述聲波信號高度精確度地測量液體的流率。
當殼體12由金屬材料形成時，與測量管道2由塑料形成的常規(guī)流率測量裝置1相比可以提高其強度。因此，即使在流過形成于殼體12中的通道26、供給通道30和排放通道32的液體具有高壓力時，可以使用根據(jù)第二實施例的流率測量裝置100適當?shù)販y量液體的流率。
另外，蓋部件40的外周直徑D1和聲波發(fā)送/接收段14的外周直徑D3被設計成小于在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周直徑D2(D1、D3＜D2)。因此，聲波信號可以適當?shù)貜穆暡òl(fā)送/接收段14發(fā)送到在直徑上擴張的段28a、28b中。另外，傳播的聲波信號可以由聲波發(fā)送/接收段14經(jīng)由在直徑上擴張的段28a、28b適當?shù)亟邮铡Ｒ虼耍梢愿鶕?jù)聲波信號可靠和高精確度地測量液體的流率。換言之，在根據(jù)如圖7中所示的根據(jù)常規(guī)技術的流率測量裝置1的情況下，第一和第二測量頭5、6的外周直徑大于形成于測量管道2中的通道的內(nèi)周直徑。因此，經(jīng)由通道內(nèi)液體傳播的聲波信號不能由第一和第二測量頭5、6可靠地接收。
如上所述，在直徑上擴張的段28a、28b的內(nèi)周直徑D2和聲波發(fā)送/接收段14的外周直徑D3之間的關系不被根據(jù)第二實施例的流率測量裝置100限制。所述內(nèi)周直徑D2和所述外周直徑D3之間的關系還可以等值地設置在根據(jù)第一實施例的沒有阻尼部件106的流率測量裝置10內(nèi)。因此，同樣在流率測量裝置10中，聲波信號可以適當?shù)貜穆暡òl(fā)送/接收段14發(fā)送到在直徑上擴張的段28a、28b。另外，傳播的聲波信號可以適當?shù)赜陕暡òl(fā)送/接收段14經(jīng)由在直徑上擴張的段28a、28b接收。
盡管已經(jīng)示出和詳細描述了本發(fā)明的特定優(yōu)選實施例，但是應該理解的是可以在不脫離所附權利要求的范圍的情況下作各種變化和修改。
權利要求
1.一種流率測量裝置(10，100)，包括液體流過其中并且設置在外殼(12)中的通道(26)和一對能夠發(fā)送和接收聲波信號的檢測段(16a，16b，102a，102b)，所述檢測段布置成彼此相對，所述通道(26)介于所述檢測段之間，以便根據(jù)所述聲波信號測量所述液體的流率，每個所述檢測段(16a，16b，102a，102b)進一步包括蓋部件(40，104)，該蓋部件面向設置在所述外殼(12)中的所述通道(26)，并且其具有朝向所述通道(26)擴張的彎曲表面(46)；和聲波發(fā)送/接收部件(14)，該聲波發(fā)送/接收部件設置在所述蓋部件(40，104)中，從而朝向所述通道(26)定向，并且其發(fā)送和接收所述聲波信號，其中所述聲波發(fā)送/接收部件(14)經(jīng)由所述彎曲表面(46)發(fā)送和接收所述聲波信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的流率測量裝置，其中所述檢測段(16a，16b)可拆卸地設置在所述外殼(12)內(nèi)。
3.根據(jù)權利要求2所述的流率測量裝置，其中所述聲波發(fā)送/接收部件(14)的外徑(D3)小于所述通道(26)的內(nèi)徑(D2)。
4.根據(jù)權利要求3所述的流率測量裝置，其中所述外殼(12)由金屬材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權利要求3所述的流率測量裝置，其中所述蓋部件(40)由樹脂材料形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的流率測量裝置，其中所述聲波發(fā)送/接收部件(14)包括壓電元件。
7.根據(jù)權利要求1所述的流率測量裝置，其中阻斷所述聲波信號傳播的聲波阻斷部件(106)設置在所述檢測段(102a，102b)和所述外殼(12)之間，其中所述檢測段(102a，102b)通過介于所述檢測段(102a，102b)和所述外殼(12)之間的所述聲波阻斷部件(106)而保持在所述外殼(12)中。
8.根據(jù)權利要求7所述的流率測量裝置，其中所述檢測段(102a，102b)可拆卸地設置在所述外殼(12)內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求8所述的流率測量裝置，其中所述檢測段(102a，102b)的外徑小于所述檢測段(102a，102b)安裝在其中的所述外殼(12)的內(nèi)徑。
10.根據(jù)權利要求9所述的流率測量裝置，其中在所述蓋部件(104)的外周表面和所述通道(26)的內(nèi)周表面之間設置一個面向所述通道(26)的間隙。
11.根據(jù)權利要求10所述的流率測量裝置，其中所述聲波阻斷部件(106)由彈性材料形成。
12.根據(jù)權利要求11所述的流率測量裝置，其中所述外殼(12)由金屬材料構(gòu)成。
13.根據(jù)權利要求12所述的流率測量裝置，其中所述蓋部件(104)由樹脂材料形成。
14.根據(jù)權利要求13所述的流率測量裝置，其中所述聲波發(fā)送/接收部件(14)包括壓電元件。
全文摘要
一種流率測量裝置(10)，包括殼體(12)，該殼體具有通道(26)以便將液體供給到其中；和一對檢測段(16a，16b)，該檢測段設置在殼體(12)的兩端并且包括能夠發(fā)送和接收聲波信號的聲波發(fā)送/接收部件(14)。蓋部件(40)安裝在每個檢測段(16a，16b)上，其中蓋部件(40)面向殼體(12)中的通道(26)。朝向通道(26)擴張的彎曲表面(46)分別設置在蓋部件(40)的端部上。
文檔編號G01F1/66GK101046400SQ20071008907
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權日2006年3月29日
發(fā)明者深野喜弘, 鈴木貴光 申請人:Smc株式會社