一种多声道超声波流量计的制作方法

本发明涉及超声波流量计，具体来说，涉及一种多声道超声波流量计。

背景技术：

1、超声波流量计作为非接触式流体计量设备，具有无压损、量程范围宽、适用管径广且不干扰流场的优势，被广泛应用于市政给排水、工业流体输送等各类流量计量场景。

2、而多声道架构通过在管道不同径向高度设置采样声道，结合加权积分算法拟合截面平均流速，其计量精度与流场适配性显著优于单声道结构。目前，行业内的多声道超声波流量计多采用平面平行声道布局，换能器普遍采用统一制式的平端面检测端头，部分产品会在测量段入口增设整流构件以改善入流状态。

3、但现有多声道超声波流量计仍存在明显的技术短板：平面平行声道仅能在单一径向平面内完成流速采样，无法适配管道内旋流、非对称偏流等复杂流态，易产生系统性计量偏差，且多组声道集中于同一截面易引发管壁内声波串扰，进一步降低测量可靠性；同时通用型检测端头未针对管道不同径向区域的流动特性做差异化设计，中心声道因声程最长易出现声束扩散、接收信号信噪比偏低的问题，近壁声道易受边界层涡流、管壁结垢干扰而出现信号漂移，过渡声道的声阻抗匹配梯度简单，界面反射损耗较大，难以保障各采样层的测量一致性与稳定性。因此，亟需一种多声道超声波流量计来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种多声道超声波流量计，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种多声道超声波流量计，包括管体，所述管体的外壁固定连接有外壳，所述外壳的内部分别设置有用于采集管体近壁边界层流体流速信息的近壁层声道组件、用于采集流速过渡区域流体流速信息以补全截面流速分布采样节点的过渡层声道组件、用于采集所述管体核心主流区流体流速信息以作为流量计量基准的中心声道组件；

4、所述外壳的顶部外壁固定连接有支撑管，所述支撑管的顶端固定连接有仪表盘，所述管体的进水端设置有稳流组件；

5、所述近壁层声道组件和所述过渡层声道组件的数目均为两组，所述中心声道组件的数目为一组，两组所述近壁层声道组件、两组所述过渡层声道组件和一组所述中心声道组件均沿所述管体的轴向等间距分布，相邻声道的径向平面绕所述管体轴线依次旋转三十度至三十六度，形成空间螺旋交叉布局。

6、优选的，所述稳流组件包括迎流段、峰顶段和泄流段，所述迎流段和所述泄流段的顶部均为斜坡面，所述峰顶段的顶部为水平面，所述迎流段顶部斜坡面的倾斜角度小于所述泄流段顶部斜坡面的倾斜角度。

7、优选的，所述近壁层声道组件包括第一超声波探头和第二超声波探头，所述第一超声波探头和所述第二超声波探头位于所述管体内部的一端均设置有第一检测端头，所述第一超声波探头的第一检测端头与所述第二超声波探头的第一检测端头同轴，所述第一检测端头的内径宽度沿靠近所述管体内壁的方向逐渐增大。

8、优选的，所述第一检测端头包括端面、第一侧面和第二侧面，所述端面、所述第一侧面和所述第二侧面均为弧面，所述端面与所述管体的圆周内壁圆心相同，所述第二侧面的弧边长于所述第一侧面的弧边。

9、优选的，所述过渡层声道组件包括第三超声波探头和第四超声波探头，所述第三超声波探头和所述第四超声波探头位于所述管体内部的一端均设置有第二检测端头，所述第三超声波探头的第二检测端头与所述第四超声波探头的第二检测端头同轴，所述第二检测端头位于所述管体内部的底面与所述管体的圆周内壁圆心相同。

10、优选的，所述第二检测端头的内部沿靠近所述管体内壁的方向依次填充有第一填充层、第二填充层和第三填充层，所述第一填充层、所述第二填充层和所述第三填充层在所述第二检测端头的内部呈阶梯式分布，所述第一填充层、所述第二填充层和所述第三填充层的声阻抗依次逐级递减。

11、优选的，所述中心声道组件包括第五超声波探头和第六超声波探头，所述第五超声波探头和所述第六超声波探头位于所述管体内部的一端均设置有第三检测端头，所述第五超声波探头的第三检测端头与所述第六超声波探头的第三检测端头同轴，所述第三检测端头位于所述管体内部的底面与所述管体的圆周内壁圆心相同。

12、优选的，所述第三检测端头的内部设置有球形凹面层，所述球形凹面层的凹面朝向所述第五超声波探头的声波发射端。

13、优选的，所述第三检测端头的圆周内壁固定连接有配合座，所述配合座的内部卡接有环形阻尼条，所述环形阻尼条的一侧固定连接有圆环板，所述环形阻尼条的横截面呈波浪形，所述圆环板与所述球形凹面层固定连接。

14、优选的，所述圆环板的另一侧固定连接有聚焦管，所述聚焦管的横截面呈喇叭口形，所述聚焦管的内径沿远离所述球形凹面层的方向逐渐减小。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提供的一种多声道超声波流量计，通过设置的两组近壁层声道组件、两组过渡层声道组件与一组中心声道组件，沿管体轴向等间距分布且相邻声道的径向平面绕管体轴线依次旋转三十度至三十六度，形成空间螺旋交叉布局，从而能够从不同径向高度分别覆盖管道近壁边界层、流速过渡区域与核心主流区，补全管道截面流速分布的采样节点，使流速拟合结果更贴近管内真实流动状态，同时可从不同周向角度对流体完成多点位立体采样，有效抵消旋流、非对称流态引发的测量偏差，且各组声道在空间上相互独立，显著降低声道间的超声波信号串扰，整体提升流量计量的精准度与工况适配能力。

17、本发明提供的一种多声道超声波流量计，通过设置的与各类声道对应匹配的差异化检测端头，其中，近壁层声道配套的第一检测端头采用与管体内壁同圆心的弧面端面，配合内径宽度沿靠近管壁方向逐渐增大的结构以及弧长不等的两侧弧面，可在保证端头与管壁平滑衔接、避免扰动近壁流场的同时，沿管壁周向宽化超声波出声面，扩大近壁区域的声束覆盖范围，更精准地捕捉管壁边界层的流速信息，且过渡层声道配套的第二检测端头内部设置呈阶梯式分布、声阻抗逐级递减的三层填充层，可形成连续梯度的声阻抗过渡，有效降低超声波在压电元件与被测流体之间的界面反射损耗，提升声能透射效率与接收信号强度，保障过渡区域流速采样的稳定性与各声道间的参数一致性，同时，中心声道配套的第三检测端头内部设置凹面朝向声波发射端的球形凹面层，配合横截面呈波浪形的环形阻尼条与内径沿传播方向逐渐减小的喇叭口形聚焦管，既可通过几何自聚焦效应补偿中心声道长声程下的声束扩散问题，又可吸收耗散边缘衍射杂波、约束声束传播路径，大幅提升接收端的信号信噪比，保障基准声道时差测量的精准度，从多维度共同强化流速采样的可靠性与整体计量精度。

18、本发明提供的一种多声道超声波流量计，通过设置于管体进水端的稳流组件，采用迎流段、峰顶段与泄流段三段式流线结构，迎流段与泄流段的顶部均为斜坡面、峰顶段顶部为水平面，且迎流段顶部斜坡面的倾斜角度小于泄流段顶部斜坡面的倾斜角度，可使入口来流沿迎流段平缓抬升，避免流体骤然升降产生涡流扰动，经峰顶段水平顶面的约束规整后削弱入口流速脉动，再经泄流段平缓降压回落至管底基准流道，有效规整入口流场形态，降低入口来流的流态畸变程度，为后续测量区段提供均匀稳定的入流条件，从源头减少流场紊乱对流速测量精度的不利影响。