[实用新型]超声波风速仪及其超声波换能器

说明书

技术领域

本实用新型涉及超声波风速仪及其超声波换能器。

背景技术

矿井下为了保证空气流通，降低矿井灾害发生的风险，需要对矿井进行通风，同时要安装风速测量装置对风速进行监测。由于矿井下的风速较低，因此需要采用测量下限低、测量精度高的风速测量装置，例如超声波风速仪。超声波风速仪是利用超声波时差法对风速进行测量，一般分为直射式和反射式，其中反射式利用反射增加了声程长度，能够提高风速分辨率，其原理如图1所示，包括一对同侧设置的超声波换能器T1、T2，两超声波换能器相互交替或同时收发超声波，超声波在传播过程中会经过一次反射，若超声波的单向声道长度为L，超声波速度为C_f，气体流速为v，超声波传播方向与气体流向的夹角为α，则时差式超声流量计基本测量公式为：式中的2Lcosα即声程。根据测得的Δt和超声波传播速度C_f即可计算出风速v。

申请号为201320125451.9，授权公告号为CN203117223U的中国专利公开的一种矿井环境参数测量装置即采用了上述原理的超声波风速仪，包括换能器安装座和设置在换能器安装座上方的反射面，换能器安装座上凸设有两只呈V型反射结构布置的两个超声波换能器，构成超声波换能器组，两个超声波换能器均包括凸出换能器安装座的探头部分，探头部分具有用于收发超声波的工作面和与各自的工作面相背离的背面。工作时，两超声波换能器分别对应气流的上游和下游设置，能够对从换能器安装座和反射面之间通过的气流进行测速。但是，上述超声波风速仪中，超声波换能器的探头部分是凸设在换能器安装座上并伸入流体通道内，而超声波换能器的背面为轴线沿气流方向倾斜柱面，因此，气流通过时，探头部分的背面将对气流产生阻挡，从而改变气流的流向，特别是换能器顶部的与与超声波声程对应的气流的流向，影响了测量结果。另外，由于温度会对超声波的传播速度产生影响，为了确定超声波在气流中的传播速度C_f，超声波风速仪一般设置有温度传感器，为避免温度传感器对气流的流动产生干涉，温度传感器一般与超声波换能器间隔有一段距离，这样就增大了超声波风速仪的尺寸，造成了使用不便。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够减少对气流的影响的超声波风速仪；同时提供一种超声波换能器。

本实用新型中超声波风速仪采用的技术方案是：超声波风速仪，包括换能器安装座和凸设在换能器安装座上的超声波换能器，所述超声波换能器具有伸出换能器安装座的探头部分，所述探头部分包括用于收发超声波的工作面和与工作面在使用时沿气流流向背离的背面，所述背面是由探头部分的底部向顶部呈弧形过渡的球面。

所述超声波换能器还包括设置在探头部分底部的与换能器安装座连接的连接部分，所述连接部分的轴线与换能器安装座的安装面垂直。

所述超声波换能器设有呈V型反射结构布置的两只。

所述换能器安装座上于两超声波换能器的中间位置插装有温度传感器，所述温度传感器具有用于伸入流体的感温端，所述感温端的外表面为弧面。

所述超声波换能器与温度传感器是沿同一直线排列。

所述感温端伸出换能器安装座的高度低于超声波换能器伸出换能器安装座的高度。

所述换能器安装座为轴向两端贯通的风速测量通道，所述风速测量通道轴向两端的端面与轴线呈设定的夹角而使两端管口顶部的间距小于底部的间距，两所述超声波换能器分别设置在两侧管口的底部。

本实用新型中超声波换能器采用的技术方案是：超声波换能器，包括用于伸入相应的流体中的探头部分，所述探头部分包括用于收发超声波的工作面和背离于工作面的背面，工作面在使用时沿气流流向背离的背面，所述背面是由探头部分的底部向顶部呈弧形过渡的球面。

本实用新型采用上述技术方案，超声波换能器具有用于伸出换能器安装座的探头部分，所述探头部分包括用于收发超声波的工作面和与工作面在使用时沿气流流向背离的背面，所述背面是由探头部分的底部向顶部呈弧形过渡的球面，这样，气流流过超声波换能器时，其球面结构的背面能够对气流产生平缓的导流作用，与现有技术中柱面形式的背面相比，能够减小对气流的影响，特别是对换能器顶部的与超声波声程对应的气流的影响，使测量结果更加准确。

附图说明

图1：现有技术中超声波风速仪利用的超声波时差法的原理图；

图2：本实用新型中超声波风速仪的结构示意图。

图中各附图标记对应的名称为：1风速测量通道，2超声波换能器，21工作面，22背面，3温度传感器。