一種流體推力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于氣態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)的流體運(yùn)動(dòng)推力檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一 種能夠置于流體中（含差壓環(huán)境以及等壓強(qiáng)環(huán)境內(nèi)的流體中）直接且連續(xù)地檢測(cè)流體運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的推力大小并輸出電信號(hào)的裝置，即流體推力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代多個(gè)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對(duì)流體地運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的推力進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)， 從而判斷流體自身的輸送、存在于流體中的運(yùn)動(dòng)物體或者運(yùn)動(dòng)流體中搭載的物體是否正常 或處于受控狀態(tài)。例如工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中水、氣、汽、油的輸送和采用流體輸送的物料的輸送 效率和可控性的檢測(cè)；工業(yè)風(fēng)力風(fēng)選生產(chǎn)中，物料的風(fēng)分質(zhì)量和風(fēng)分效率檢測(cè)；汽車制造 領(lǐng)域中外形設(shè)計(jì)的風(fēng)阻檢測(cè)及車輛行駛中受橫風(fēng)影響的檢測(cè)；航海領(lǐng)域中風(fēng)力和海浪對(duì)船 體傾斜甚至傾覆危險(xiǎn)的檢測(cè)；航空領(lǐng)域中航空器在復(fù)雜氣候條件下，機(jī)體在空氣亂流中各 重要部位的受力檢測(cè)；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中風(fēng)力對(duì)實(shí)驗(yàn)物體產(chǎn)生的作用力和舉升力檢測(cè)；氣象領(lǐng)域 中，對(duì)頻繁變化的風(fēng)力的檢測(cè)等等。但是目前一直沒有一種簡(jiǎn)捷、有效和精確的手段對(duì)流體 推力進(jìn)行檢測(cè)，傳統(tǒng)上一般采用壓力傳感器、壓差檢測(cè)儀、風(fēng)速儀、稱重傳感器等設(shè)備進(jìn)行 間接檢測(cè)，并進(jìn)行換算得到流體的推力，而這些傳統(tǒng)方式由于不能直接檢測(cè)到流體的推力 而需要通過壓力差值或者電磁通量來換算間接得出流體推力，得到的數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確 性和有效性大打折扣，特別在許多生產(chǎn)、生活條件下，由于不易獲得以上復(fù)雜、操作不便的 檢測(cè)儀器或沒有合適的相應(yīng)檢測(cè)方法，甚至采用了不當(dāng)?shù)臋z測(cè)手段，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)信息 滯后、不準(zhǔn)確甚至錯(cuò)誤，常會(huì)給生產(chǎn)建設(shè)、交通旅行、防災(zāi)減災(zāi)等等活動(dòng)造成難題。如果能夠 科學(xué)、及時(shí)、可靠地檢測(cè)出流體推力并將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋給相對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng)，那么控制系統(tǒng) 將作出相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)、發(fā)出報(bào)警，或者實(shí)現(xiàn)智能閉環(huán)控制，提高人類生產(chǎn)力及其安全性， 因此，利用流體運(yùn)動(dòng)必然產(chǎn)生推力這一重要特性研宄發(fā)明流體推力傳感器，在多個(gè)領(lǐng)域和 行業(yè)具有重要意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)目前存在的上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷而提供一種能夠置于 流體中的流體推力傳感器，通過推力感應(yīng)裝置直接觸流體的方式，實(shí)現(xiàn)直接且連續(xù)地檢測(cè) 流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的推力大小并輸出電信號(hào)，以解決在直接、及時(shí)和準(zhǔn)確檢測(cè)流體推力方面存 在的難題，達(dá)到能夠集成到控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與流體推力相關(guān)的自動(dòng)控制，以及能夠集成到 便攜式測(cè)量儀器及設(shè)備中實(shí)現(xiàn)對(duì)流體推力的快速檢測(cè)或測(cè)量的目的。
[0004] 流體推力傳感器的原理：
[0005] 根據(jù)流體作用在具有一定形狀的物體的正反兩面必然會(huì)產(chǎn)壓力差的原理，流體推 力傳感器設(shè)計(jì)了由一塊推力感應(yīng)板和一根推力傳遞桿組成的推力感應(yīng)裝置，用于感受所處 環(huán)境中流體運(yùn)動(dòng)作用在推力感應(yīng)板正反兩面的壓力差，并通過推力傳遞桿將這個(gè)壓力差傳 遞給推力檢測(cè)信號(hào)處理器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后處理輸出。
[0006] 本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0007] 一種流體推力傳感器，本實(shí)用新型特征是，由推力感應(yīng)裝置、設(shè)置在推力感應(yīng)裝置 上部的推力檢測(cè)信號(hào)處理器、設(shè)在推力檢測(cè)信號(hào)處理器頂部的殼體、罩在推力感應(yīng)裝置及 推力檢測(cè)信號(hào)處理器下部的防護(hù)網(wǎng)架四大部件構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)為：
[0008] 推力感應(yīng)裝置由橫向設(shè)置的推力感應(yīng)板、垂直連接在推力感應(yīng)板上并與推力檢測(cè) 信號(hào)處理器相連接的推力傳遞桿組成；其中，推力感應(yīng)板的兩個(gè)工作面的面積均分別大于 推力傳遞桿的徑向面積；
[0009] 推力感應(yīng)裝置帶有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在差壓環(huán)境中進(jìn)行流 體推力檢測(cè)的特性；其中，推力感應(yīng)裝置沒有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在等 壓強(qiáng)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行流體推力檢測(cè)的特性；其中，推力感應(yīng)板的兩個(gè)工作面的面積均分別大于 推力傳遞桿的徑向面積；
[0010] 推力檢測(cè)信號(hào)處理器由設(shè)在下部的推力檢測(cè)體、中部的信號(hào)放大電路、上部的ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電器組件組成；
[0011] 殼體由容器形封裝外殼和安裝連接部件組成；
[0012] 防護(hù)網(wǎng)架由上部的盆形防護(hù)骨架、底部的防護(hù)網(wǎng)罩組成；
[0013] 本實(shí)用新型在位于推力感應(yīng)板的外緣設(shè)置有環(huán)形波紋柔性邊，采用壓緊環(huán)壓緊。
[0014] 本實(shí)用新型推力感應(yīng)裝置帶有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在差壓環(huán) 境中進(jìn)行流體推力檢測(cè)的特性；其中，推力感應(yīng)裝置沒有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感 器，具有在等壓強(qiáng)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行流體推力檢測(cè)的特性。
[0015] 本實(shí)用新型推力傳遞桿，設(shè)為一段圓柱形的金屬桿或者陶瓷桿，一端垂直地與推 力感應(yīng)板工作面的幾何中心點(diǎn)剛性連接，另一端伸入容器形封裝外殼內(nèi)部垂直地與推力檢 測(cè)體的工作面的受力敏感點(diǎn)剛性連接。
[0016] 小型的或者微型的流體推力傳感器可以沒有連接桿，而采用推力感應(yīng)板和推力檢 測(cè)體整體注模成型或者焊接成型等適宜的連接方式予以取代。
[0017] 環(huán)形波紋柔性邊，必要時(shí)可對(duì)盆形防護(hù)骨架與推力感應(yīng)板的結(jié)合部采用精密加工 偶件的方式制造和裝配，這種方法將取代環(huán)形波紋柔性邊，以適用于高壓差環(huán)境的流體推 力檢測(cè)的需要。
[0018] 推力檢測(cè)體：其外形可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選擇如柱形、箱型、懸臂梁形、剪切梁 形等多樣化設(shè)計(jì)；
[0019] 本實(shí)用新型信號(hào)放大電路，為共模抑制比高的差動(dòng)放大電路，采用相應(yīng)的集成運(yùn) 算放大器元件，裝配在容器形封裝外殼內(nèi)部；信號(hào)放大電路將推力檢測(cè)體輸出的推力電信 號(hào)放大為0~10V的電壓信號(hào)或者4~20mA的電流信號(hào)，以提供給流體控制系統(tǒng)模擬量模 塊實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制或監(jiān)控應(yīng)用。
[0020] 盆形防護(hù)骨架和防護(hù)網(wǎng)罩，均具有足夠的網(wǎng)孔面積與強(qiáng)度，以不會(huì)妨礙正常的檢 測(cè)功能和防護(hù)功能為基本要求；必要時(shí)也可以用盆形防護(hù)骨架作為安裝固定流體推力傳感 器的裝置。
[0021] 本實(shí)用新型流體推力傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1、推力感應(yīng)板的工作面與流體全面接觸直接檢測(cè)流體推力，沒有中間受力環(huán)節(jié)也 不需要通過其他間接手段進(jìn)行檢測(cè)。
[0023] 2、流體推力傳感器可以在三維空間內(nèi)以任意角和方位進(jìn)行安裝應(yīng)用（見圖4)，在 被測(cè)流體環(huán)境內(nèi)，除了被檢測(cè)流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的推力Fa外，推力檢測(cè)體還會(huì)感受到流體浮力 Fb和推力感應(yīng)裝置（推力感應(yīng)板和推力傳遞桿）自身的重力Fc等兩個(gè)作用力，這兩個(gè)作用 力均可以在流體推力傳感器的應(yīng)用調(diào)零時(shí)予以排除，因此流體推力傳感器可不受安裝方向 的限制。
[0024] 3、帶環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器具有與現(xiàn)有壓力傳感器類似的在差壓環(huán) 境情況下檢測(cè)壓力的功能，但由于不存在與現(xiàn)有壓力傳感器類似的壓力傳遞管口，當(dāng)被檢 測(cè)的流體環(huán)境E1中的流體從正側(cè)方向高速掠過推力感應(yīng)板板面時(shí)，推力感應(yīng)板表面因無 孔洞而不存在產(chǎn)生真空負(fù)壓的問題，因此，應(yīng)用帶環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器在差 壓環(huán)境條件下檢測(cè)流體推力的性能是現(xiàn)有壓力傳感器不可比擬的（見圖6)。
[0025] 4、流體推力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，技術(shù)成熟，制作難度小，可設(shè)計(jì)制造多種量程 規(guī)格和外形規(guī)格以適合不同的應(yīng)用。
[0026] 5、所有部分均封裝為一個(gè)整體，防護(hù)等級(jí)高，可直接整體置于流體存在的空間內(nèi)， 只需連接傳感器引出導(dǎo)線即可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，安裝簡(jiǎn)便，占用空間小。
[0027] 6、可滿足多領(lǐng)域多行業(yè)的流體推力檢測(cè)需求，具有廣闊的市場(chǎng)空間。
【附圖說明】
[0028] 圖la是本實(shí)用新型流體推力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖lb亦是本實(shí)用新型流體推力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖 [0030] 圖2a是半球面形推力感應(yīng)板流體推力傳感器剖面圖。
[0031] 圖2b是半球面形推力感應(yīng)板流體推力傳感器剖面圖。
[0032] 圖3是推力檢測(cè)信號(hào)處理器電原理圖。
[0033] 圖4是等壓強(qiáng)環(huán)境中各安裝工位作用力分析圖。
[0034] 圖5是差壓環(huán)境中作用力分析圖。
[0035] 圖6在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中直接檢測(cè)風(fēng)作用在被測(cè)物體表面上的力的方法示意圖。
[0036] 附圖序號(hào)說明：1是推力感應(yīng)裝置，2是推力檢測(cè)信號(hào)處理器，3是殼體，4是防護(hù)網(wǎng) 架。
[0037] 其中推力感應(yīng)裝置1分為：la是推力感應(yīng)板，lb是推力傳遞桿，lc是環(huán)形波紋柔 性邊。
[0038] 其中推力檢測(cè)信號(hào)處理器2分為：2a是推力檢測(cè)體，2b是信號(hào)放大電路，2c是ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0039] 其中殼體3分為：3a是容器形封裝外殼，3