一种温度、压力、流量一体化智能监测接头

技术领域

本发明涉及流体监测技术领域，具体涉及一种温度、压力、流量一体化智能监测接头。

背景技术

目前，温度、压力、流量传感器是应用范围最广的三种传感器，广泛应用于工业领域电子设备液冷系统、环控系统、科学试验系统、流体系统等，但这三种传感器主要通过分项进行安装，未实现一体化测量。

现有的温度、压力检测方案需要在流体管路上开设安装孔，然后安装温度传感器与压力传感器，并且安装后需要保证管路的密封性；而流量检测所用的皮托管组件、涡轮流量计、涡街流量计多通过法兰进行连接固定，需要对管路的结构布局进行改动，其安装方式极为不便，并且安装错位容易影响测量的精度。综上来看，传感器分别安装容易存在结构后期改装复杂、设备安装占用空间大、安装尺寸要求高、接线杂乱及操作繁杂、数据记录不方便等问题，不利于生产效率的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便安装的温度、压力、流量一体化智能监测接头，可同时采集管路中温度、压力、流量数据，提高数据采集效率，解决了背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种温度、压力、流量一体化智能监测接头，包括：

管段主体，管壁上设置有座孔，两端分别设置有内螺纹接口；

防水外壳，与所述管段主体的管壁密封连接；

温度传感器，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

压力传感器，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

流量传感器，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

电路主板，设置在所述防水外壳内，并分别与所述温度传感器、压力传感器和流量传感器连接。

进一步，所述管段主体上设置有温度传感器座孔、压力传感器座孔、超声波发射换能器座孔和超声波接收换能器座孔。

进一步，所述温度传感器通过壳体螺纹安装于温度传感器座孔内，所述压力传感器通过壳体螺纹安装于压力传感器座孔内，所述温度传感器及压力传感器与管段主体之间均设置有密封槽，密封槽内设置有密封圈一。

进一步，所述的流量传感器采用超声波流量计，所述的超声波流量计包括超声波发射换能器和超声波接收换能器。

进一步，所述超声波发射换能器通过超声波换能器压紧端盖一压紧的方式安装于所述超声波发射换能器座孔内，所述超声波接收换能器通过超声波换能器压紧端盖二压紧的方式安装于超声波接收换能器座孔内。

进一步，所述管段主体的对侧安装有反射结构，所述反射结构包括反射柱一和反射柱二，所述反射柱一和反射柱二的顶端均设置有倾斜面；所述管段主体的管壁上设置有两个反射柱座孔，所述反射柱一及反射柱二分别设置在两个所述反射柱座孔内并通过螺栓固定。

进一步，所述反射柱一及反射柱二与所述管段主体之间均设置有密封圈二。

进一步，所述的温度传感器及压力传感器布置在所述超声波发射换能器与超声波接收换能器中间。

进一步，所述的防水外壳与管段主体通过螺钉连接固定，防水外壳包括两个组合成一体的分半壳，即第一壳体和第二壳体。

进一步，所述第一壳体上开设有显示屏安装槽，显示屏通过螺钉与第一壳体连接。

本发明所达到的有益效果为：

1、本发明实现温度、压力、流量一体化测量，具有结构紧凑、小型化、低功耗、方便安装、维护便捷、高可靠性的特点，可与液冷系统中快速接头匹配连接；

2、本发明实现监测数据实时显示，具有快捷、准确的特点，并支持数据无线传输、多节点组网、远程监测，为工质流体运行状态的综合判定提供了监测方法；

3、超声波流量计通过流场与声场的耦合完成流量监测，与传统流量计相比，具有无运动部件、量程比宽、可靠性好、计量准确、适用于高温高压流体等优点；

4、本发明实现可充电锂电池供电，符合无污染的环保要求。可以广泛应用于工业领域电子设备液冷系统、环控系统、科学试验系统、流体系统等，具有较好的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明的正面整体结构示意图。

图2是本发明的背面整体结构示意图。

图3是本发明的内部结构示意图。

图4是本发明中管段主体的中截面剖视图。

图5是本发明的电路主板架构示意图。

图中，1、管段主体；2、超声波发射换能器；3、温度传感器；4、压力传感器；5、超声波接收换能器；6、超声波换能器压紧端盖一；7、超声波换能器压紧端盖二；8、反射柱一；9、反射柱二；10、密封圈一；11、第二壳体；12、电池盖板；13、电池；14、电池盒；15、内螺纹接口；16、密封圈二；17、第一壳体；18、显示屏；19、按键柄；20、电路主板。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提供了一种温度、压力、流量一体化智能监测接头，接头本身具有体积小、模块化、易安装的特点，可快速连接在流体回路中，测量并实时显示监测数据，数据可以通过无线模块实时发送到手持终端。同时智能监测接头还可以将流体回路系统运行状态的信息归档保存，为系统的综合管理，进而实现自动调节奠定基础。

如图1～5所示，所述智能监测接头具体包括：

管段主体1，管壁上设置有座孔，两端分别设置有内螺纹接口15；

防水外壳，与所述管段主体1的管壁密封连接；

温度传感器3，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

压力传感器4，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

流量传感器，设置在所述防水外壳内且密封固定在所述座孔内；

电路主板20，设置在所述防水外壳内，并分别与所述温度传感器3、压力传感器4和流量传感器连接。

所述管段主体1的两端分别设置有内螺纹接口15，方便与流体回路中快速接头匹配连接，管段主体1中央设置有与传感器匹配的座孔；具体来说，所述座孔包括温度传感器座孔和压力传感器座孔，所述温度传感器3及压力传感器4的探头穿过所述管段主体1的管壁与管段内部液体接触，所述的温度传感器3通过壳体螺纹安装于温度传感器座孔内，所述压力传感器4通过壳体螺纹安装于压力传感器座孔内，所述温度传感器3及压力传感器4与管段主体1之间均设置有密封槽，密封槽内设置有密封圈一10，所述密封圈一10为O型密封圈。其中，所述的温度传感器3的中空延伸杆内为铂电阻，压力传感器4采用不锈钢膜片电容式。

所述的流量传感器采用超声波流量计，超声波流量计通过流场和声场的耦合完成流量检测，与传统的涡轮流量计、涡街流量计相比，具有无运动部件、量程比宽、可靠性好、计量准确等优点。

所述的超声波流量计包括超声波发射换能器2和超声波接收换能器5，所述管段主体1的座孔还包括超声波发射换能器座孔和超声波接收换能器座孔，所述超声波发射换能器座孔、超声波接收换能器座孔、温度传感器座孔和压力传感器座孔均设置在所述防水外内且位于同一直线上；所述超声波发射换能器2通过超声波换能器压紧端盖一6压紧的方式安装于所述超声波发射换能器座孔内，所述超声波接收换能器5通过超声波换能器压紧端盖二7压紧的方式安装于超声波接收换能器座孔内。

其中，所述所述超声波发射换能器2和超声波接收换能器5均采用压电陶瓷膜片式。

所述超声波发射换能器2和超声波接收换能器5依次作为超声波的发射器和接收器，通过计算超声波在顺流、逆流中时间差来计算流速，进而通过流速计算得到工质的流量。在保证接收信号强度满足信号处理的情况下，声波顺、逆流传播时间越长，流量测量的准确度越高，相对误差越小。所述的超声波换能器布置形式设计为U型布置，在管段主体1的对侧安装有反射结构，通过改变声波传播方向的形式延长声波的传播距离，提高了测量的精度，减少管段内部流速分布不均引起的误差，实用性较好。

所述反射结构包括反射柱一8和反射柱二9，所述反射柱一8和反射柱二9的顶端均设置有倾斜面；所述管段主体1的管壁上设置有两个反射柱座孔，所述反射柱一8及反射柱二9分别设置在两个所述反射柱座孔内并通过螺栓固定，所述反射柱一8及反射柱二9与所述管段主体1之间均设置有密封圈二16，所述密封圈二16为O型密封圈；所述反射柱一8设置在所述超声波发射换能器2的对侧，所述反射柱二9设置在所述超声波接收换能器5的对侧，所述反射柱一8的倾斜面和反射柱二9的倾斜面相对设置，所述反射柱一8将所述超声波发射换能器2发出的超声波反射到所述反射柱二9上，所述反射柱二9再将超声波反射到所述超声波接收换能器5上。

所述密封圈一10及密封圈二16的材质根据流体工质特性选用氟硅或丁腈等。

所述的温度传感器3及压力传感器4布置在所述超声波发射换能器2与超声波接收换能器5中间，可以缩短管段长度，节省空间。所述的温度传感器3中空杆壳末端、压力传感器4的弹性膜片位于超声波反射中心线之上，防止对超声波的传播造成干扰。

所述的防水外壳与管段主体1通过螺钉连接固定，防水外壳包括两个组合成一体的分半壳，即第一壳体17和第二壳体11；第一壳体17和第二壳体11通过螺钉连接，在第一壳体17与第二壳体11的连接处设置有密封圈槽安装有密封胶圈。所述第一壳体17上开设有显示屏安装槽，显示屏18通过螺钉与第一壳体17连接，在显示屏18的旁边有按键柄19安装孔，显示屏18的外侧安装有电路主板20，电路主板20通过螺钉与第一壳体17连接。所述的第二壳体11设置有电池盖板12安装孔，电池13槽通过卡槽及螺钉固定在电池盖板12上，电池盖板12与电池13槽作为整体嵌入所述电池盖板12安装孔并与第二壳体11通过螺钉连接，所述的设计安装方式可以方便电池13的拆卸，并且节省壳体内部空间，有效节省智能监测接头的安装空间。

所述的第一壳体17上安装有显示屏18，可是实时显示各传感器测量的温度、压力、流量数据；所述的电池13采用可充电电池13，用于对电路主板20供电，保证智能监测接头的正常工作。

如图5所示，所述的电路主板20包括单片机、各传感器测量模块、无线模块、存储模块以及运行在其上的控制系统。值得注意的是，所述的电路主板20及运行在其上的控制系统，均为现有技术，即本领域技术人员可根据现有技术实现本发明的各项自动控制功能。

所述的电路主板20安装有无线模块，可以通过无线模块进行多节点组网，将不同位置各传感器的温度、压力、流量监测数据实时发送到手持终端，方便对液冷流体回路系统运行状态的把控。

所述的电路主板20设计有存储卡槽，可安装SD卡，支持存储、导出某一时间段的监测数据，方便对液冷流体系统运行的管理与数据归档。

电连接线分别与温度传感器3、压力传感器4、超声波发射换能器2和超声波接收换能器5的接头焊接，电连接线的另一端与接插件焊接，传感器组件的信号线整体通过接插件与电路控制板连接。电池盒14供电通过导线、接插件与电路主板20连接，显示屏18通过插针与电路主板20焊接。显示屏18、电路主板20通过螺钉与第一壳体17连接固定，显示屏18与第一壳体17安装缝隙间涂胶密封，电池盒14通过螺钉与安装在第二壳体11上的电池盖板12连接固定。壳体内部结构安装好后，将第一壳体17与第二壳体11用螺钉拧紧连接，并将壳体与管段主体1通过螺钉连接固定。所述的智能监测接头管段主体1的材质为不锈钢。

本发明的监测方法如下：

本发明结构为一体化智能监测接头，将智能监测接头连接在某液冷流体回路待测量段的管路中，当工质从管段的入口流入后，此时管路腔体内工质的温度通过温度传感器3采集数据后再经处理输出温度信号，工质的压力通过压力传感器4采集数据后再经处理输出压力信号；超声波的发射和接收通过换能器的正、逆压电效应实现，发射换能器在两端激励电压的作用下产生往复振动，发出的超声波传递到接收换能器，信号处理系统将携带工质流速信息的电信号转换为流量信息的电信号。各传感器的电信号输出到LED显示屏18上实时显示，同时通过无线模块将监测的温度、压力、流量数据发送到手持终端，方便用户使用和数据监测。存储模块还可将监测数据保存记录，方便用户查看。智能监测接头通过可充电锂电池13供电，符合无污染的环保要求。

本发明的监测实施方法具体如下：

1.现场监测

可以设定信号采集频率，间隔多长时间采集一次各传感器组件信号，并在显示屏18上显示工质的温度、压力、流量等监测参数。通过按下壳体上的按键可实时采集并刷新显示屏18上的监测数据。

2.远程监测

通过智能监测接头的无线模块，可实现多节点组网，通过手持终端，实时收集各测量端的监测数据，方便用户对流体回路系统运行状态的了解。

3.监测数据存储

智能监测接头通过存储模块可查看过往的监测数据，方便用户判断管路内部流体工质的运行状态。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。