一种适用于高温的烟气导波式超声波流量计测量探头的制作方法

1.本实用新型涉及烟气流量测量技术领域，具体涉及一种适用于高温的烟气导波式超声波流量计测量探头。


背景技术：

2.时差法超声波流量计是通过超声波脉冲的延迟时间差进行气体的流速的测量，发射装置和接收装置安装在测量管径的两侧，并于气体流动方向成一定的角度。由于气体的流速的存在，因此超声波在气体的顺流和逆流方向在传播时存在一定的时间差，因此可以根据此时间差和管径的大小及安装位置，计算出气体的流速，同时根据测量出来的气体流速乘以管道截面积以及流量修正系数，进而计算出气体的流量。
3.当前，时差法超声波流量计逐步应用于固定污染源排口废气测量领域。在实际应用的情况下，时差法超声波流量计遇到如下问题：
4.（1）由于气体时差法超声波流量计超声换能器，大多采用的是气介压电陶瓷换能器，气介压电陶瓷换能器的声匹配层材料主要是两种材料做成，一种是聚氨酯板，另一种是环氧树脂加玻璃微珠的混和材料。这两种材料的最高工作温度一般不超过120度；
5.（2）固定污染源焦化行业的焦炉烟气排放温度一般在150-230℃之间；
6.（3）固定污染源玻璃行业的玻璃熔炉烟气排放温度一般在120-170℃，事故情况下可达400℃；
7.（4）固定污染源石化炼化行业加热炉烟温一般在200-300℃之间；
8.（5）固定污染源热处理行业加热炉废气筒排口烟温一般在150-350之间；
9.基于上述情况，对于固定污染源上述几个行业烟气或者废弃筒排口使用现有的安装测量方式有困难，探头会烧坏或者不能正常工作，不能应用上述领域。


技术实现要素：

10.技术目的：针对现有超声波流量计无法满足高温烟气流量测量，容易损坏的不足，本实用新型公开了一种从烟气高温区域直接接触测量，变成通过钢制超声波管进行导波，将换能器放置在低温区域进行高温烟气流量测量的管道导波式高温烟气测量探头。
11.技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用了如下技术方案：
12.一种适用于高温的烟气导波式超声波流量计测量探头，包括置于烟气管路外周的第一换能器单元与第二换能器单元，在第一换能器单元和第二换能器单元之间设有用于传递测量超声波的导波组件，所述导波组件包括连接在第一换能器单元出口端的第一导波管，第一导波管的出口端正对第二换能器单元的出口端，进行超声波在第一换能器单元与第二换能器单元之间的超声波传递。
13.优选地，本实用新型的第一导波管采用u型空管，u型空管的两侧长度不相等，较长的一侧与第一换能器单元连通；在u型空管较短的一侧设有用于增强超声波接收强度的第一收发喇叭口。
14.优选地，本实用新型的第一换能器单元、第二换能器单元均通过安装法兰和反法兰安装套管安装在烟气管路上；第一换能器单元位于安装法兰的外侧，第一导波管的端部穿过安装法兰后与第一换能器单元连通。
15.优选地，本实用新型的第二换能器单元位于烟气管路的内侧，安装法兰在第二换能器单元所在区域的下方设置用于对第二换能器单元所在区域进行冷却降温的冷却风接头，冷却风接头与外部的供风设备连通。
16.优选地，本实用新型的第一换能器单元包括第一压电换能器，第一压电换能器设置在第三导波管内，第三导波管在靠近第一导波管的一端设有第二收发喇叭口，另一端设有用于密封的第一螺旋密封盖。
17.优选地，本实用新型的第二换能器单元包括第二压电换能器和第二导波管，第二压电换能器置于第二导波管内，第二导波管一端正对第一导波管的出口端，另一端穿过烟气管路并在端部设有第二螺旋密封盖；在第一螺旋密封盖和第二螺旋密封盖上均设有用于带动对应的压电换能器沿超声波传递方向进行移动的调节组件。
18.优选地，本实用新型的调节组件包括连接螺杆和锁定螺母，连接螺杆与对应的压电换能器连接，转动连接螺杆带动压电换能器进行移动，锁定螺母螺接在连接螺杆上，将连接螺杆锁紧。
19.优选地，本实用新型的第一压电换能器和第二压电换能器均通过接线盒与主机电连接，将检测到的信号传递至主机进行烟气流量计算；接线盒固定在第一换能器单元的连接螺杆上。
20.优选地，本实用新型的第一换能器单元上设有用于吹除第一换能器单元内积灰的压缩空气进气嘴。
21.优选地，本实用新型的压缩空气进气嘴设置在第一螺旋密封盖上。
22.有益效果：本实用新型所公开的一种适用于高温的烟气导波式超声波流量计测量探头具有如下有益效果：
23.1、本实用新型使用导波管进行压电换能器之间的超声波传递，可以将两个压电换能器从烟气的高温区移至低温区进行工作，避免高温对压电换能器造成的损伤。
24.2、本实用新型使用收发喇叭口进行超声波信号传递的增强，配合调节组件进行压电换能器位置的调整，调节超声波的发射距离，可以较好避免超声波发射传输过程中引起的超声波反射波的合成干扰，解决超声波信号因波长短在传递过程中产生的衰减和接收问题，保证测量结果的准确性。
25.3、本实用新型使用安装法兰进行第一换能器单元和第二换能器单元的安装，可以减少在烟道上的开孔；同时使用第一换能器单元和第二换能器单元的外端均使用螺旋密封盖进行密封，避免外部空气漏入导波管对测量产生干扰。
26.4、本实用新型在安装法兰上设置冷却风接头，在第二换能器单元位于安装法兰内侧，处于烟气覆盖区域时，能够对第二换能器单元进行冷却，形成低温的工作环境，保障内部第二压电换能器的正常工作。
27.5、本实用新型的调节组件使用连接螺杆的锁定螺母，在对压电换能器的位置调整到位以后，通过锁定螺母施加轴向的压紧力，防止误动或者由于环境振动造成的螺丝松动，从而导致连接螺杆发射位置变动，影响测量。
28.6、本实用新型在第一换能器单元上设有压缩空气进气嘴，定期进行收发喇叭口及导波管内的积灰清理，防止接收喇叭口内表面积灰，影响超声波信号的传输。
29.7、本实用新型的压缩空气进气嘴设置在第一螺旋密封盖上，位于第一压电换能器的后方，压缩空气进气嘴设计不在超声波传输通道上，不会引起超声波的衰减。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。
31.图1为本实用新型整体结构图；
32.图2为本实用新型第一换能器单元结构图；
33.其中，1-第一导波管、2-第一收发喇叭口、3-安装法兰、4-反法兰安装套管、5-冷却风接头、6-第一压电换能器、7-第三导波管、8-第二收发喇叭口、9-第一螺旋密封盖、10-第二压电换能器、11-第二导波管、12-第二螺旋密封盖、13-连接螺杆、14-锁定螺母、15-接线盒、16-压缩空气进气嘴。
具体实施方式
34.下面通过一较佳实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
35.如图1和图2所示为本实用新型所公开的一种适用于高温的烟气导波式超声波流量计测量探头，包括置于烟气管路外周的第一换能器单元与第二换能器单元，在第一换能器单元和第二换能器单元之间设有用于传递测量超声波的导波组件，所述导波组件包括连接在第一换能器单元出口端的第一导波管1，第一导波管1的出口端正对第二换能器单元的出口端，进行超声波在第一换能器单元与第二换能器单元之间的超声波传递。
36.通过第一换能器单元和第二换能器单元发射的超声波均由第一导波管1进行传递，1、将传统的气体超声流量计测量元件、气体压电陶瓷换能器从和烟气直接接触，变成了通过第一导波管1传递超声波，进而变成压电陶瓷换能器间接接触，也就是说，压电陶瓷换能器从高温区移到低温区工作，使测量高温烟气流速成在技术上变成可行。
37.为进一步降低测量探头的安装难度，保证烟气流量的测量结果，本实用新型的第一导波管1采用u型空管，u型空管的两侧长度不相等，较长的一侧与第一换能器单元连通；在u型空管较短的一侧设有用于增强超声波接收强度的第一收发喇叭口2。
38.在一个具体的实施例中，本实用新型的第一换能器单元、第二换能器单元均通过安装法兰3和反法兰安装套管4安装在烟气管路上；第一换能器单元位于安装法兰3的外侧，第一导波管1的端部穿过安装法兰3后与第一换能器单元连通；本实用新型的实际应用环境是安装在混凝土烟囱、碳钢烟囱、或者是烟道的测量装置，因此必须烟囱或者烟道上进行有限尺寸开孔，受限于上述应用条件，优选法兰安装形式。
39.本实用新型的第一换能器单元包括第一压电换能器6，第一压电换能器6设置在第三导波管7内，第三导波管7在靠近第一导波管1的一端设有第二收发喇叭口8，另一端设有用于密封的第一螺旋密封盖9。第一收放喇叭口2和第二收放喇叭口8分别能够对相应的换能器单元发射的超声波能量进行汇集，使超声波能够较好的在u型空管中进行传递，提高发
射效率，同时不容易出现信号畸变。第二换能器单元包括第二压电换能器10和第二导波管11，第二压电换能器10置于第二导波管11内，第二导波管11一端正对第一导波管1的出口端，另一端穿过烟气管路并在端部设有第二螺旋密封盖12；螺旋密封盖与对应的导波管之间通过螺纹配合硅胶圈或者灌封环氧树脂胶进行密封，防止外部空气在大气压的作用下进入负压区域的导波管部分，进行测量干扰。
40.为进一步提升超声波的传输效率，同时避免发射的超声波与结构的反射超声波的叠加干扰，本实用新型在第一螺旋密封盖9和第二螺旋密封盖12上均设有用于带动对应的压电换能器沿超声波传递方向进行移动的调节组件，通过调节组件改变发射端面与相应的收放喇叭口之间的距离。
41.在一个具体的实施例中，本实用新型的调节组件包括连接螺杆13和锁定螺母14，连接螺杆13与对应的压电换能器连接，转动连接螺杆13带动压电换能器进行移动，锁定螺母14螺接在连接螺杆上，将连接螺杆锁紧。
42.在探头长期使用的过程中，由于用于对烟气的流量检测，在烟气存在颗粒物，容易在导波管内产生积灰，为此本实用新型在第一换能器单元上设有用于吹除第一换能器单元内积灰的压缩空气进气嘴16，定期对第一导波管1内的积灰进行清理。
43.由于将压缩空气进气嘴16设置在超声波传输通道上时，会引起超声波的衰减，影响测量，为此，本实用新型将压缩空气进气嘴16设置在第一螺旋密封盖9上，位于第一压电换能器6的后端，避免对超声波传输造成影响。
44.对于第一换能器单元和第二换能器单元的相对安装位置，本实用新型还提供两种方式，可以将二者均设置于烟气管路的外侧，仅超声波由第一导波管1进入烟气管路内，经过测量区域后，进入第二换能器单元，同理也可反向进行超声波的发射与传递；此时，第一换能器单元与第二换能器单元均处于烟气管路外侧的低温区域，可以适用各种烟气温度测量范围。
45.此外，还可以将第二换能器单元置于安装法兰的内侧，此时，第二换能器单元的端部与第一导波管1的端部之间距离缩短，减少超声波的衰减；为保证第二换能器单元可以正常工作，本实用新型提供设置在安装法兰3上的冷却风接头5，使用冷却风接头5吹入冷气对第二换能器单元的周围进行冷却，形成相对低温区域，同样可以保障测量的正常运行，可根据不同的烟气温度范围进行上述两种安装方式的选取。
46.本实用新型在使用时，超声波从第一换能器单元发出，超声波经过第一收发喇叭口2汇集后进入第一导波管1,然后通过第二收发喇叭口8发将超声波发射出去，经过测量烟气区域，然后进入到第二导波管11，第二导波管11为一个真空不锈钢管进行直线传播，然后第二压电换能器接收，在压电效益作用下，将超声波信号变成电信号经过接线盒15上的信号电缆进入主机。为便于接线盒15的安装与线缆的排布，本实用新型的接线盒15固定在第一换能器单元的连接螺杆上，将检测到的信号传递至主机进行烟气流量计算。
47.同理，第二换能器单元发出超声信号，反向传递，最后进入第一换能器单元，在压电效益作用下，由第一压电换能器6，将超声波信号变成电信号经过接线盒15上的信号电缆进入主机。
48.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和
润饰也应视为本实用新型的保护范围。