尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器的製作方法

2023-06-04 03:00:01 1

專利名稱:尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器的製作方法
本發明屬於應用卡門渦街原理製成的流量傳感器。它適用於液體、氣體和蒸汽等介質的流量測量。
迄今為止，國內外生產的應力式渦街流量傳感器都是利用環流橫向升力F效應來檢測旋渦頻率的。利用這種環流橫向升力效應檢測旋渦分離頻率的應力式渦街流量傳感器有環流Ⅰ型和環流Ⅱ型兩種類型。以日本橫河電機的YEWFLO為代表的環流Ⅰ型流量傳感器，是直接在旋渦發生體內埋設壓電晶體力敏元件，用以感受旋渦發生體由於交變橫向升力而產生的交變應力，旋渦發生體本身就是檢測體。為了抑制振動噪聲，柱體採用了特殊的支承結構設計和雙片壓電晶體元件(圖1)。這種檢測方式有一定的抗振動能力，但不能抑制管道橫向振動時流體衝擊柱體引起的振動噪聲，小流量特性較差。同時，傳感器結構比較複雜，不同口徑傳感器的檢測元件不能通用。以日本奧巴爾公司的VA型渦街流量傳感器為代表的環流Ⅱ型，其柱體的功能只是形成旋渦，它採用插入到旋渦發生體內的力敏探頭(圖2)感受橫向升力。探頭中採用了振動補償元件以抑制機械振動噪聲。這種檢測方式將旋渦發生體與檢測體(探頭)分離，實現了不同口徑流量傳感器的檢測體通用，簡化了結構，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，由於柱體上必須開出導壓孔，而顯著地降低了流量傳感器耐介質髒汙的能力。此外，國內生產的環流橫向升力檢測法的應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，而且量程範圍窄，結構都比較複雜。
本發明的目的旨在克服已有技術存在的不能抑制流體橫向振蕩噪聲之缺陷，向社會推出一種抗振動性強、可靠性好的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器。
本發明的特徵是1、直接應用卡門的渦街理論，根據流量傳感器口徑D推算雙探頭最佳距離a(中心距離)的方法適用於各種不同斷面的柱型和各種不同口徑的傳感器設計。
2、兩個旋渦分離頻率檢測探頭與旋渦發生體(柱體)分離設置，兩個探頭具有完全相同的結構和尺寸，而且從φ40到φ500的傳感器可以採用同樣的探頭，採用同P異E壓電晶體結構，結構簡單而通用，具有雙向振動自補償效果。
3、本發明在抗橫向振動能力、小流量信號質量、耐介質髒汙能力、檢測元件的通用性、探頭的結構和工藝性等方面都優於國內外已有的環流橫向升力檢測法應力式流量變送器。
圖3是本發明的結構主視圖。
本發明由檢測管(即本體)(1)、旋渦發生體(即柱體)(2)、主探頭(3)、補償探頭(4)及檢測放大器(5)構成。
本流量變送器的檢測管(1)可採用金屬或非金屬材料，製成有法蘭或無法蘭結構，其通流直徑即為傳感器公稱直徑，可從φ40mm到φ500mm，檢測管長度L＝1.5～2.5D(D為檢測管內徑)。
檢測管(1)內部的旋渦發生體(2)的材質與檢測管的材質可以相同，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與檢測管內徑D之比值d/D＝0.25～0.30。旋渦發生體(2)的兩端焊接於檢測管(1)上，也可以採用其他方法與檢測管(1)固定。
主探頭(3)和補償探頭(4)分別設置在柱體(2)下遊渦街尾流區域，兩者設在同一縱立面內，並使探頭軸線與柱體軸線平行，兩個探頭均以懸臂梁方式固定在檢測管(1)的管壁上，二者之間採用耐高溫的密封結構。主探頭(3)和補償探頭(4)的外形、結構、尺寸、材質完全相同，探頭杆外徑為φ6～φ10，長度為30～50mm。探頭內埋設兩片薄長條形壓電晶體元件(材質為壓電陶瓷或壓電晶體)，採用耐高溫導電膠接成同P異E結構。主探頭(3)、補償探頭(4)與旋渦發生體(2)三者之間保持適當距離，即主探頭(3)中心到旋渦發生體(2)後表面的距離為b＝(0.1～0.2)D，兩個探頭中心間距a＝(0.46～0.54)D。
檢測管(1)上部的檢測放大器(5)的電路由兩個電荷放大器、一個差動電壓放大器和濾波整形電路構成。電壓放大器輸入部分設可調信號衰減器。鑑於檢測放大器(5)與已有技術類同，故不再詳述。
下面，以實施例對本發明作進一步描述。
實施例是一臺φ50mm無法蘭結構的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器。檢測管長100mm。柱體(2)為三角柱，柱寬為14mm。探頭(3)、(4)的外徑為φ8，長度為40mm，內裝長條形鈮酸鋰壓電晶體。主探頭(3)距旋渦發生體(2)後表面的距離為5mm，主探頭(3)與補償探頭(4)的中心距離為24.2mm。
傳感器電路供電電源為直流+12V，輸出脈衝信號幅度4V。
本流量傳感器可用於300℃以下的氣體、液體、蒸汽的流量計量，其精度優於±1%，重複性優於±0.2%，量程比介質為水時優於15∶1，空氣優於8∶1，蒸汽優於10∶1。
權利要求
1.一種由檢測管、旋渦發生體、探頭及檢測放大器構成的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器，其特徵是在旋渦發生體(2)下遊分別設置主探頭(3)和補償探頭(4)，這兩個探頭設在同一縱立面內，主探頭(3)、補償探頭(4)的軸線與旋渦發生體(2)的軸線平行，兩個探頭均以懸臂梁方式固定在旋渦發生體(2)的管壁上，兩者之間採用耐高溫的密封結構。
2.按權利要求
1所述的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器，其特徵在於主探頭(3)和補償探頭(4)的外形、結構、尺寸、材質完全相同，探頭外徑為φ6～φ10mm，長度為30～50mm。
3.按權利要求
1和2所述的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器，其特徵是在主探頭(3)和補償探頭(4)內均埋設兩片薄長條形壓電晶體元件，採用耐高溫導電膠將壓電晶體元件接成同P異E結構。
4.按權利要求
1和2所述的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器，其特徵是從主探頭(3)的中心至旋渦發生體(2)後表面的距離為(0.1～0.2)D，主探頭(3)與補償探頭(4)的中心距離為(0.46～0.54)D。
專利摘要
本發明公開了一種尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器，它適用於計量300℃以下的氣體、液體和蒸汽流量。此傳感器採用獨特的檢測原理和方法，在旋渦發生體的下遊設置兩個檢測渦街信號的探頭，探頭內埋設同P異E結構的兩片薄長條形壓電晶體元件。本傳感器在抗橫向振動能力、小流量信號質量、耐介質髒汙能力、檢測元件的通用性、探頭的結構和工藝等方面均優於國內外已有流量傳感器。
文檔編號G01F1/32GK87101290SQ87101290
公開日1988年6月15日 申請日期1987年12月30日
發明者沈興武, 胡順波, 趙明 申請人:北京市公用事業科學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan