專利名稱:尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器的制作方法
本發(fā)明屬于應(yīng)用卡門渦街原理制成的流量傳感器。它適用于液體、氣體和蒸汽等介質(zhì)的流量測(cè)量。
迄今為止，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的應(yīng)力式渦街流量傳感器都是利用環(huán)流橫向升力F效應(yīng)來檢測(cè)旋渦頻率的。利用這種環(huán)流橫向升力效應(yīng)檢測(cè)旋渦分離頻率的應(yīng)力式渦街流量傳感器有環(huán)流Ⅰ型和環(huán)流Ⅱ型兩種類型。以日本橫河電機(jī)的YEWFLO為代表的環(huán)流Ⅰ型流量傳感器，是直接在旋渦發(fā)生體內(nèi)埋設(shè)壓電晶體力敏元件，用以感受旋渦發(fā)生體由于交變橫向升力而產(chǎn)生的交變應(yīng)力，旋渦發(fā)生體本身就是檢測(cè)體。為了抑制振動(dòng)噪聲，柱體采用了特殊的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和雙片壓電晶體元件(圖1)。這種檢測(cè)方式有一定的抗振動(dòng)能力，但不能抑制管道橫向振動(dòng)時(shí)流體沖擊柱體引起的振動(dòng)噪聲，小流量特性較差。同時(shí)，傳感器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不同口徑傳感器的檢測(cè)元件不能通用。以日本奧巴爾公司的VA型渦街流量傳感器為代表的環(huán)流Ⅱ型，其柱體的功能只是形成旋渦，它采用插入到旋渦發(fā)生體內(nèi)的力敏探頭(圖2)感受橫向升力。探頭中采用了振動(dòng)補(bǔ)償元件以抑制機(jī)械振動(dòng)噪聲。這種檢測(cè)方式將旋渦發(fā)生體與檢測(cè)體(探頭)分離，實(shí)現(xiàn)了不同口徑流量傳感器的檢測(cè)體通用，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，在一定程度上改善了小流量特性，但是仍然不能抑制流體橫向振蕩噪聲。同時(shí)，由于柱體上必須開出導(dǎo)壓孔，而顯著地降低了流量傳感器耐介質(zhì)臟污的能力。此外，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)流橫向升力檢測(cè)法的應(yīng)力式渦街流量傳感器也沒有抑制流體橫向振蕩噪聲的能力，而且量程范圍窄，結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。
本發(fā)明的目的旨在克服已有技術(shù)存在的不能抑制流體橫向振蕩噪聲之缺陷，向社會(huì)推出一種抗振動(dòng)性強(qiáng)、可靠性好的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器。
本發(fā)明的特征是1、直接應(yīng)用卡門的渦街理論，根據(jù)流量傳感器口徑D推算雙探頭最佳距離a(中心距離)的方法適用于各種不同斷面的柱型和各種不同口徑的傳感器設(shè)計(jì)。
2、兩個(gè)旋渦分離頻率檢測(cè)探頭與旋渦發(fā)生體(柱體)分離設(shè)置，兩個(gè)探頭具有完全相同的結(jié)構(gòu)和尺寸，而且從φ40到φ500的傳感器可以采用同樣的探頭，采用同P異E壓電晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而通用，具有雙向振動(dòng)自補(bǔ)償效果。
3、本發(fā)明在抗橫向振動(dòng)能力、小流量信號(hào)質(zhì)量、耐介質(zhì)臟污能力、檢測(cè)元件的通用性、探頭的結(jié)構(gòu)和工藝性等方面都優(yōu)于國(guó)內(nèi)外已有的環(huán)流橫向升力檢測(cè)法應(yīng)力式流量變送器。
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖。
本發(fā)明由檢測(cè)管(即本體)(1)、旋渦發(fā)生體(即柱體)(2)、主探頭(3)、補(bǔ)償探頭(4)及檢測(cè)放大器(5)構(gòu)成。
本流量變送器的檢測(cè)管(1)可采用金屬或非金屬材料，制成有法蘭或無法蘭結(jié)構(gòu)，其通流直徑即為傳感器公稱直徑，可從φ40mm到φ500mm，檢測(cè)管長(zhǎng)度L＝1.5～2.5D(D為檢測(cè)管內(nèi)徑)。
檢測(cè)管(1)內(nèi)部的旋渦發(fā)生體(2)的材質(zhì)與檢測(cè)管的材質(zhì)可以相同，也可以不同，其斷面的形狀可以是方形、矩形、三角形、梯形或其他形狀，柱體迎流寬度d與檢測(cè)管內(nèi)徑D之比值d/D＝0.25～0.30。旋渦發(fā)生體(2)的兩端焊接于檢測(cè)管(1)上，也可以采用其他方法與檢測(cè)管(1)固定。
主探頭(3)和補(bǔ)償探頭(4)分別設(shè)置在柱體(2)下游渦街尾流區(qū)域，兩者設(shè)在同一縱立面內(nèi)，并使探頭軸線與柱體軸線平行，兩個(gè)探頭均以懸臂梁方式固定在檢測(cè)管(1)的管壁上，二者之間采用耐高溫的密封結(jié)構(gòu)。主探頭(3)和補(bǔ)償探頭(4)的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)完全相同，探頭桿外徑為φ6～φ10，長(zhǎng)度為30～50mm。探頭內(nèi)埋設(shè)兩片薄長(zhǎng)條形壓電晶體元件(材質(zhì)為壓電陶瓷或壓電晶體)，采用耐高溫導(dǎo)電膠接成同P異E結(jié)構(gòu)。主探頭(3)、補(bǔ)償探頭(4)與旋渦發(fā)生體(2)三者之間保持適當(dāng)距離，即主探頭(3)中心到旋渦發(fā)生體(2)后表面的距離為b＝(0.1～0.2)D，兩個(gè)探頭中心間距a＝(0.46～0.54)D。
檢測(cè)管(1)上部的檢測(cè)放大器(5)的電路由兩個(gè)電荷放大器、一個(gè)差動(dòng)電壓放大器和濾波整形電路構(gòu)成。電壓放大器輸入部分設(shè)可調(diào)信號(hào)衰減器。鑒于檢測(cè)放大器(5)與已有技術(shù)類同，故不再詳述。
下面，以實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例是一臺(tái)φ50mm無法蘭結(jié)構(gòu)的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器。檢測(cè)管長(zhǎng)100mm。柱體(2)為三角柱，柱寬為14mm。探頭(3)、(4)的外徑為φ8，長(zhǎng)度為40mm，內(nèi)裝長(zhǎng)條形鈮酸鋰壓電晶體。主探頭(3)距旋渦發(fā)生體(2)后表面的距離為5mm，主探頭(3)與補(bǔ)償探頭(4)的中心距離為24.2mm。
傳感器電路供電電源為直流+12V，輸出脈沖信號(hào)幅度4V。
本流量傳感器可用于300℃以下的氣體、液體、蒸汽的流量計(jì)量，其精度優(yōu)于±1%，重復(fù)性優(yōu)于±0.2%，量程比介質(zhì)為水時(shí)優(yōu)于15∶1，空氣優(yōu)于8∶1，蒸汽優(yōu)于10∶1。
權(quán)利要求
1.一種由檢測(cè)管、旋渦發(fā)生體、探頭及檢測(cè)放大器構(gòu)成的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器，其特征是在旋渦發(fā)生體(2)下游分別設(shè)置主探頭(3)和補(bǔ)償探頭(4)，這兩個(gè)探頭設(shè)在同一縱立面內(nèi)，主探頭(3)、補(bǔ)償探頭(4)的軸線與旋渦發(fā)生體(2)的軸線平行，兩個(gè)探頭均以懸臂梁方式固定在旋渦發(fā)生體(2)的管壁上，兩者之間采用耐高溫的密封結(jié)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求
1所述的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器，其特征在于主探頭(3)和補(bǔ)償探頭(4)的外形、結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)完全相同，探頭外徑為φ6～φ10mm，長(zhǎng)度為30～50mm。
3.按權(quán)利要求
1和2所述的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器，其特征是在主探頭(3)和補(bǔ)償探頭(4)內(nèi)均埋設(shè)兩片薄長(zhǎng)條形壓電晶體元件，采用耐高溫導(dǎo)電膠將壓電晶體元件接成同P異E結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求
1和2所述的尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器，其特征是從主探頭(3)的中心至旋渦發(fā)生體(2)后表面的距離為(0.1～0.2)D，主探頭(3)與補(bǔ)償探頭(4)的中心距離為(0.46～0.54)D。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種尾流雙探頭應(yīng)力式渦街流量傳感器，它適用于計(jì)量300℃以下的氣體、液體和蒸汽流量。此傳感器采用獨(dú)特的檢測(cè)原理和方法，在旋渦發(fā)生體的下游設(shè)置兩個(gè)檢測(cè)渦街信號(hào)的探頭，探頭內(nèi)埋設(shè)同P異E結(jié)構(gòu)的兩片薄長(zhǎng)條形壓電晶體元件。本傳感器在抗橫向振動(dòng)能力、小流量信號(hào)質(zhì)量、耐介質(zhì)臟污能力、檢測(cè)元件的通用性、探頭的結(jié)構(gòu)和工藝等方面均優(yōu)于國(guó)內(nèi)外已有流量傳感器。
文檔編號(hào)G01F1/32GK87101290SQ87101290
公開日1988年6月15日 申請(qǐng)日期1987年12月30日
發(fā)明者沈興武, 胡順波, 趙明 申請(qǐng)人:北京市公用事業(yè)科學(xué)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan