专利名称：一种超声水流量换能器综合性能试验装置及其使用方法
一种超声水流量换能器综合性能试验装置及其使用方法技术领域
本发明属于水表的超声换能器的技术领域，具体的讲是一种超声水流量换能器综 合性能试验装置及其使用方法。
背景技术：
基于时差法工作原理的超声流量计、超声水表、超声热量表等计量器具是供排水 计量、供热计量以及工业过程水流量测量的重要检测仪表，它们的共同核心部件是超声水 流量传感器中的超声换能器。随着国家节能减排和水资源最严格控制政策的发布和实施， 该类计量仪表的重要性与日俱增。超声换能器的技术指标主要有实流条件下的传播时间、 传播时间差、工作中心频率、输出幅值以及其长时间工作稳定性，耐气候、机械等环境特性坐 寸ο
长期以来，超声水流量换能器由于缺乏实流条件下系统、有效的性能试验装置和 方法，使该类换能器的性能特性与使用可靠性不能得到有效的识别、评价、筛选与配对，并 会导致相关水流量计量仪表的性能特性和使用可靠性存在有一定的不确定性。目前通行做 法仅能在非实流条件下对换能器的局部电性能指标进行试验，或通过装机后对仪表整机的 实流性能试验来间接获得换能器的部分特性，其结果往往造成评价指标和试验方法的不科 学、不系统、不可靠。发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种具有在实流状态下进行超声水流量换 能器动静态特性综合性能试验的超声水流量换能器综合性能试验装置，其评价指标和试验 方法更加科学、系统、可靠。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决一种超声水流量换 能器综合性能试验装置，其特征在于包括封闭管路，所述封闭管路上设置有环境试验箱， 所述封闭管路上还设置有水流实流模拟系统，所述环境试验箱内设置有环境模拟系统，换 能器安装架，以及用于固定所述换能器安装架的测量台架，待测换能器放置于所述换能器 安装架的两端，所述环境试验箱外设置有换能器性能测量装置，所述换能器性能测量装置 分别连接在两个待测换能器上。
其中，封闭管路用于承载试验用水流体的循环流动，通常采用封闭的金属圆管材 料，外部裹有保温材料；水流实流模拟系统用于模拟被测介质不同的流量和温度；换能器 性能测量装置用于在不同环境影响参数和流体条件作用下，测量待测超声水流量换能器的 各项性能指标、环境影响量及长时间工作稳定性。
本发明通过水流实流模拟系统和环境模拟系统来仿真换能器在真实流体状态和 实际使用环境条件下的工作情况，使得本发明可以在实流状态下进行超声水流量换能器动 静态特性综合性能试验，可使超声水流量换能器在没有装入传感器及仪表整机前就能识别 其主要使用性能指标和预测其可靠性性，并将按主要特性指标对换能器进行分类和匹配。这样做可进一步提高水、热等超声计量仪表的性能指标、质量水平及生产效率，建立更加科 学、系统、可靠的评价指标和试验方法。
作为优�。鲜鏊魇盗髂Ｄ庀低嘲佑谒龇獗展苈飞系乃魈迩爸茫髁坎饬孔爸茫髁课榷ㄗ爸茫髁康鹘谧爸茫虏饬孔爸�。
其中，水流体驱动装置用于提供流体在管道内流动的动力，通常由低噪声小型水 泵或其他小型水泵、连接软水管、电器控制部分等组成；流量测量装置用于测量管路内流体 的流量，可以采用各类电输出的流量计；流量稳定装置起到稳定管路内水流体流量的作用， 通常由气液稳压机构等组成；流量调节装置起到调节管路内流体流量的作用，通常由电控 阀或手控阀及电器控制部分等组成；水温测量装置起到测量水流实际温度的作用。
为了取得更好的技术效果，进一步的技术措施还包括上述水温测量装置连接有 水温设定与控制装置，所述水温设定与控制装置连接有设置于所述封闭管路内的升温装置 和降温装置。
水温设定与控制装置起到设定封闭管路内水流体的温度及保持其恒定的作用。通 过人为设定管路内水温，在水温设定与控制装置配合下使封闭管路内水流体的温度自动保 持在设定温度。其中，升温装置与降温装置通常由电加热器和半导体制冷器等组成，水温设 定与控制装置同时能显示设定温度和显示管路内实际水温。
进一步改进上述水流体驱动装置上还设置有消振装置。消振装置的作用是在 水泵工作时，尽量减少对流体以及封闭管路等装置的振动影响，提高测量的可靠性。
作为优�。鲜龌肪衬Ｄ庀低嘲ㄎ露炔饬坑胂允咀爸�、湿度测量与显示装置、振 动测量与显示装置以及时间测量与显示装置，所述温度测量与显示装置连接有温度设定与 控制装置，所述湿度测量与显示装置连接有湿度设定与控制装置，所述振动测量与显示装 置连接有振动量设定与控制装置。
其中，上述环境模拟系统起到改变环境试验箱体内的温度、湿度、振动等模拟影响 量的作用。通过人为设定箱体内温度、湿度、振动频率及振幅等参数值，以及这些参数值与 时间组合的试验程序，用来模拟实际或恶劣环境条件。环境模拟系统还可以显示各项设定 的参数值，也可设定并显示一组试验程序。
进一步改进上述测量台架的中心轴线与所述换能器安装架的中心轴线相交，且 两者的夹角为30° 60°。
进一步改进上述换能器安装架上安装有换能器角度调整装置。通过角度调整装 置调节换能器的安装角度，用于换能器指向性测量。
本发明同时还提供了 一种上述超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方法。
其通过下述技术方案得以解决一种如上述的超声水流量换能器综合性能试验装 置的使用方法，其特征在于将两个待测换能器放置于所述换能器安装架的两端，然后调节 所述水流实流模拟系统的各个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个模拟参数使之达到 试验要求，最后启动换能器性能测量装置对换能器综合性能进行测量并输出测量结果。
本发明同时还提供了另一种上述超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方 法。
其通过下述技术方案得以解决一种如上述的超声水流量换能器综合性能试验装 置的使用方法，其特征在于将两个换能器放置于所述换能器安装架的两端，其中一个为待测换能器，另一个为性能稳定、装机后特性优良、经老化试验的换能器，并将其作为标准换 能器使用，然后调节所述水流实流模拟系统的各个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个 模拟参数使之达到试验要求，最后启动换能器性能测量装置对换能器综合性能进行测量并 输出测量结果，通过与标准换能器性能指标上的比较来确定待测换能器合格参数的范围， 并能反映出待测换能器的稳定性和测量重复性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果通过本装置及其使用方法的检测与 试验，可以在实流状态下进行超声水流量换能器动静态特性综合性能试验，可使超声水流 量换能器在没有装入传感器及仪表整机前就能识别其主要使用性能指标和预测其可靠性 性，并将按主要特性指标对换能器进行分类和匹配。这样做可进一步提高水、热等超声计量 仪表的性能指标、质量水平及生产效率，建立更加科学、系统、可靠的评价指标和试验方法。
图1为本发明实施例1的工作原理示意图。
图2为本发明实施例1中待测换能器的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
实施例1，如图1及图2所示，本发明提供了一种超声水流量换能器综合性能试验 装置，包括封闭管路1，其外部裹有保温材料，所述封闭管路I上设置有环境试验箱2，所述 封闭管路I上还设置有水流实流模拟系统，所述环境试验箱2内设置有环境模拟系统，换能 器安装架4，以及用于固定所述换能器安装架4的测量台架3，待测换能器放置于所述换能 器安装架4的两端，所述环境试验箱2外设置有换能器性能测量装置21，所述换能器性能测 量装置21分别连接在两个待测换能器上，所述测量台架3的中心轴线与所述换能器安装架 4的中心轴线相交，且两者的夹角为30° 60°，所述换能器安装架4上安装有换能器角度调 整装置。
其中，所述水流实流模拟系统包括连接于所述封闭管路I上的水流体驱动装置5， 流量测量装置6，流量稳定装置7，流量调节装置8，水温测量装置9，所述水温测量装置9连 接有水温设定与控制装置10，所述水温设定与控制装置10连接有设置于所述封闭管路I内 的升温装置11和降温装置12，所述水流体驱动装置5上还设置有消振装置13。
其中，所述环境模拟系统包括温度测量与显示装置14、湿度测量与显示装置15、 振动测量与显示装置16以及时间测量与显示装置17，所述温度测量与显示装置14连接有 温度设定与控制装置18，所述湿度测量与显示装置15连接有湿度设定与控制装置19，所述 振动测量与显示装置16连接有振动量设定与控制装置20。
实施例2，一种超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方法，其特征在于将 两个待测换能器放置于所述换能器安装架4的两端，然后调节所述水流实流模拟系统的各 个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个模拟参数使之达到试验要求，最后启动换能器性 能测量装置21对换能器综合性能进行测量并输出测量结果。主要试验项目及方法如下1) 常温、低湿、无振动及封闭管路内水流体停止流动条件下(即流量为零)两个待测换能器单 向传播时间测量。测量单向、单次传播时间的值和单向、多次测量的重复性，并作自动记录(即换能器A至换能器B的传播时间，或换能器B至换能器A的传播时间)。
2)常温、低湿、无振动及封闭管路内水流体停止流动条件下(即流量为零)两个待 测换能器双向传播时间差测量。测量单次循环时间差值和多次循环时间差值的重复性，并 作自动记录(即换能器A至换能器B及换能器B至换能器A的传播时间差)。
3)常温、低湿、无振及管内水流体停止流动条件下两个换能器双向传播时间差的 漂移量测量。测量一定时间间隔(如lh、2h、4h、· . ·、12h、24h、48h、)时间差的漂移量， 并作自动记录。
4)常温、低湿、无振及管内水流体处于停止或流动状态时，测量换能器的中心频 率、输出幅值、传播时间差、以及上述指标的时间漂移量，并作自动记录。
5)无振动条件下保持环境试验箱内湿度为低湿状态，改变环境试验箱内温度，观 测换能器中心频率、输出幅值、传播时间差、以及上述指标的时间漂移量在封闭管路内水流 体停止或流动状态时的变化量，并作自动记录。
6)无振动条件下保持环境试验箱内温度不变，改变环境试验箱内湿度，观测换能 器中心频率、输出幅值、传播时间差、以及上述指标的时间漂移量在管内水流体停止或流动 状态时的变化量，并作自动记录。
7)常温及低湿条件下改变环境试验箱内振动的幅度与频率，观测换能器中心频 率、输出幅值、传播时间差、以及上述指标的时间漂移量在管内水流体停止或流动状态时的 变化量，并作自动记录。
8)常温、低湿、无振条件下管路内水流体停止流动状态时，记录换能器的传播时间 差；接着在大流量条件下使换能器工作若干时间，然后再关闭管路使流量为零，观测换能器 的传播时间差，自动记录前后两次水流体停止流动状态下的时间差，以及其变化量。
9)常温、低湿、无振动条件下改变封闭管路内水温，观测换能器中心频率、输出幅 值、传播时间差、以及上述指标的时间漂移量在管内水流体停止或流动状态时的变化量，并 作自动记录。
10)常温、低湿、无振动条件下不断减少封闭管路内流量值，同步观测换能器多次 循环的时间差，直至观察到符合准确度要求的最小时间差出现时的最小流量值，并作自动 记录。
11)常温、低湿、无振动条件下分别调整换能器的安装角度，观测换能器的输出幅值。
12)其它可进行的试验项目组合。
13)对中心频率、输出幅值、漂移(温度漂移和时间漂移)等在一定公差范围内的换 能器进行分档、配对。
14)如试验结果出现换能器不符合技术指标要求的情况，可以将其中一个换能器 换成性能可靠的标准换能器进行替换试验，从而识别出不符合要求的换能器。
实施例3，一种上述的超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方法，其特征在 于将两个换能器放置于所述换能器安装架4的两端，其中一个为待测换能器，另一个为性 能稳定、装机后特性优良、经老化试验的换能器，并将其作为标准换能器使用，然后调节所 述水流实流模拟系统的各个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个模拟参数使之达到试 验要求，最后启动换能器性能测量装置21对换能器综合性能进行测量并输出测量结果，通过与标准换能器性能指标上的比较来确定待测换能器合格参数的范围，并能反映出待测换能器的稳定性和测量重复性。
本方法的主要试验项目`及方法可参考实施例2的试验项目及方法。
权利要求
1.一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于包括封闭管路(1)，所述封闭管路(I)上设置有环境试验箱(2)，所述封闭管路(I)上还设置有水流实流模拟系统，所述环境试验箱(2)内设置有环境模拟系统，换能器安装架(4)，以及用于固定所述换能器安装架(4)的测量台架(3)，两个待测换能器放置于所述换能器安装架(4)的两端，所述环境试验箱(2)外设置有换能器性能测量装置(21 )，所述换能器性能测量装置(21)分别连接在两个待测换能器上。
2.根据权利要求1所述的一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述水流实流模拟系统包括连接于所述封闭管路(I)上的水流体驱动装置(5)，流量测量装置(6 )，流量稳定装置(7 )，流量调节装置(8 )，水温测量装置(9 )。
3.根据权利要求2所述的所述一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述水温测量装置(9)连接有水温设定与控制装置(10)，所述水温设定与控制装置(10)连接有设置于所述封闭管路(I)内的升温装置(11)和降温装置(12)。
4.根据权利要求3所述的所述一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述水流体驱动装置(5)上还设置有消振装置(13)。
5.根据权利要求1所述的所述一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述环境模拟系统包括温度测量与显示装置(14)、湿度测量与显示装置(15)、振动测量与显示装置(16)以及时间测量与显示装置(17)，所述温度测量与显示装置(14)连接有温度设定与控制装置(18)，所述湿度测量与显示装置(15)连接有湿度设定与控制装置 (19)，所述振动测量与显示装置(16)连接有振动量设定与控制装置(20)。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的所述一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述测量台架(3)的中心轴线与所述换能器安装架(4)的中心轴线相交，且两者的夹角为30° 60°。
7.根据权利要求6所述一种超声水流量换能器综合性能试验装置，其特征在于所述换能器安装架(4)上安装有换能器角度调整装置。
8.—种如权利要求1所述的超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方法，其特征在于将两个待测换能器放置于所述换能器安装架4的两端，然后调节所述水流实流模拟系统的各个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个模拟参数使之达到试验要求，最后启动换能器性能测量装置21对换能器综合性能进行测量并输出测量结果。
9.一种如权利要求1所述的超声水流量换能器综合性能试验装置的使用方法，其特征在于将两个换能器放置于所述换能器安装架4的两端，其中一个为待测换能器，另一个为性能稳定、装机后特性优良、经老化试验的换能器，并将其作为标准换能器使用，然后调节所述水流实流模拟系统的各个模拟参数以及所述环境模拟系统的各个模拟参数使之达到试验要求，最后启动换能器性能测量装置21对换能器综合性能进行测量并输出测量结果， 通过与标准换能器性能指标上的比较来确定待测换能器合格参数的范围，并能反映出待测换能器的稳定性和测量重复性。
全文摘要
本发明公开了一种超声水流量换能器综合性能试验装置，包括封闭管路，封闭管路上设置有环境试验箱，封闭管路上还设置有水流实流模拟系统，环境试验箱内设置有环境模拟系统，换能器安装架，以及测量台架，待测换能器放置于换能器安装架的两端，环境试验箱外设置有换能器性能测量装置，换能器性能测量装置分别连接在两个待测换能器上。同时还公开了该装置的使用方法。与现有技术相比，本发明可以在实流状态下进行超声水流量换能器动静态特性综合性能试验，可使超声水流量换能器在没有装入传感器及仪表整机前就能识别其主要使用性能指标和预测其可靠性性，进一步提高水、热等超声计量仪表的性能指标、质量水平及生产效率。
文档编号G01F25/00GK103063275SQ20121057356
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者姚灵, 王让定, 左富强, 王欣欣 申请人:宁波水表股份有限公司, 宁波豪仕达仪表科技有限公司, 宁波大学
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