專利名稱：一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量傳感器，尤其涉及一種利用差動(dòng)原理測量渦街交變壓力的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器。
背景技術(shù)：
渦街流量傳感器是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型流量測量儀表，它們通過熱敏、應(yīng)變、電容、超聲波等檢測方式的流量傳感器，檢測出與體積流量成正比的流體振動(dòng)頻率信號。對于渦街流量傳感器來說，抗振性能是衡量一臺渦街流量計(jì)工業(yè)應(yīng)用好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。工業(yè)中的振動(dòng)是普遍存在的，例如流體紊流狀態(tài)下速度脈動(dòng)、流體振蕩，以及工業(yè)管道振動(dòng)、閥門開閉與閥心振動(dòng)等隨機(jī)因素，這都會(huì)使檢測到的頻率信號受到極大的噪聲干擾。目前國內(nèi)外較先進(jìn)的渦街流量傳感器都有一定的抗振動(dòng)能力。但這些傳感器的檢測元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振動(dòng)的能力有限，多為感應(yīng)桿形式，而且對于不同的管道直徑通用性差。另外對于流體振動(dòng)的干擾，當(dāng)振動(dòng)噪聲的振動(dòng)方向與所測頻率信號的振動(dòng)方向平行(即同向振動(dòng))的時(shí)候，這些流量傳感器的抗干擾能力都比較弱，輸出信號會(huì)混入大量的噪聲。這種現(xiàn)象在小流量測量的時(shí)候尤其明顯。為此，也有人申請了專利“懸浮式自減振差動(dòng)流量傳感器”(ZL03228293.1)，其包括對稱固定在平板兩面的檢測單元，每個(gè)檢測單元包括殼體，殼體具有與平板軸線平行的通孔，該通孔與平板的軸向出線孔有通道相通，通孔的兩端分別有彈性膜片密封，通孔內(nèi)有兩個(gè)壓電陶瓷片，兩個(gè)壓電陶瓷片的一端分別與彈性膜片固定，另一端與設(shè)在壓電陶瓷片之間的金屬塊固定，兩壓電陶瓷片及金屬塊的周邊與通孔壁之間留有間隙，金屬塊的引線經(jīng)通道從平板出線孔引出。懸浮式自減振差動(dòng)流量傳感器是將平板深入管道內(nèi)，置于鈍體的后面，檢測單元的放置是垂直于管道的軸線的。這種結(jié)果的流量傳感器由于將平板深入到管道內(nèi)，所以其通用性不好，當(dāng)管道直徑變化時(shí)，就不能使用了，同時(shí)，檢測單元豎直放置，不利于信號的采集，對于小流量的測量上不夠精確，容易產(chǎn)生混入大量的噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器；解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的輸出信號混入大量的噪聲，通用性不好的技術(shù)問題。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，所述的結(jié)構(gòu)本體上設(shè)有出線孔，出線孔內(nèi)設(shè)有引線；所述的檢測單元包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的兩端設(shè)有彈性膜片，彈性膜片緊挨著壓電陶瓷片，所述的檢測單元有n個(gè)，n≥2，檢測單元設(shè)于結(jié)構(gòu)本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動(dòng)方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設(shè)有電極片，電極片上連接著引線，引線由出現(xiàn)孔引出；所述的由壓電陶瓷片、電極片構(gòu)成的內(nèi)芯與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。結(jié)構(gòu)本體設(shè)置在管道壁內(nèi)，通過在管道上開孔，使得結(jié)構(gòu)本體底面的彈性膜片能感應(yīng)到渦流的振動(dòng)，從而將產(chǎn)生信號。將其設(shè)在管道壁內(nèi)，使得對應(yīng)于不同的管道直徑都能夠通用。檢測單元內(nèi)的通孔的開口方向沿著流體流動(dòng)的方向，也就是管道的軸線方向，兩個(gè)彈性膜片構(gòu)成的感應(yīng)面呈水平布置，有利于信號的采集，而且穩(wěn)定性也更好。
作為優(yōu)選，在結(jié)構(gòu)本體的底面上沿流體流動(dòng)方向設(shè)有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側(cè)，每一側(cè)沿流體流動(dòng)方向并列設(shè)置有m個(gè)檢測單元，n是m的整數(shù)倍。檢測單元通過焊接在底面和隔板上而固定，隔板的兩側(cè)的m個(gè)檢測單元一字排開，m的數(shù)目可以是1，2，3…，所有的檢測單元都位于底面上，隔板的高度與檢測單元的寬度相等或略大于檢測單元的寬度，隔板的長度大于檢測單元長度的m倍。
作為優(yōu)選，在結(jié)構(gòu)本體的底面上沿流體流動(dòng)方向設(shè)有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側(cè)，每一側(cè)沿豎直方向并列設(shè)置有m個(gè)檢測單元，n是m的整數(shù)倍。隔板的高度大于檢測單元的寬度的m倍，這樣在隔板的一側(cè)沿豎直方向焊接有m個(gè)檢測單元。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元的個(gè)數(shù)n為2，m為1。由兩個(gè)檢測單元構(gòu)成，成本相對較低，制造簡單，效果也不錯(cuò)。
作為優(yōu)選，壓電陶瓷片中部設(shè)有兩個(gè)電極片，兩個(gè)電極片之間設(shè)有絕緣塊。在壓電陶瓷片中部設(shè)置兩個(gè)電極片，電極片上緊挨著兩端的壓電陶瓷片上，通過兩個(gè)引線孔將兩端的信號分別傳輸，由上部的信號分析系統(tǒng)進(jìn)行差分計(jì)算分析。兩個(gè)電極片之間設(shè)置絕緣塊，將兩邊的電極片分隔開。檢測單元的通孔內(nèi)按照“壓電陶瓷片-電極片-絕緣塊”的順序左右對稱的緊密排列。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元為圓柱體狀，兩個(gè)檢測單元內(nèi)的壓電陶瓷片的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同。
作為優(yōu)選，絕緣塊為陶瓷塊或云母塊。
因此，本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，將傳感器置于管道內(nèi)壁內(nèi)，采用膜片感應(yīng)，對不同的管道具有通用性；而且本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器沒有設(shè)置預(yù)緊裝置，其內(nèi)部的懸浮式結(jié)構(gòu)具有自減振功能，有較強(qiáng)的抗干擾性和較大量程范圍，可靠性高。


圖1是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的主視圖。
圖2是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的仰視圖。
圖3是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的應(yīng)用原理圖。
圖4是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的應(yīng)用原理圖的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的隔板側(cè)設(shè)有多個(gè)檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器的另一種隔板側(cè)設(shè)有多個(gè)檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，流體流動(dòng)方向?yàn)閄。
具體實(shí)施事例下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例1如附圖1、2、3和4所示，一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體7和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體7底端上的兩個(gè)檢測單元5，結(jié)構(gòu)本體7置于傳感器的管道11壁內(nèi)，管道11壁上設(shè)有兩個(gè)導(dǎo)壓孔12，檢測單元5通過導(dǎo)壓孔12感受旋渦發(fā)生體的交變應(yīng)力，結(jié)構(gòu)本體7置于傳感器管道11壁內(nèi)，使得傳感器的通用性更好。結(jié)構(gòu)本體7的底面設(shè)有兩個(gè)檢測單元5，兩個(gè)檢測單元5之間設(shè)有隔板10，檢測單元5為圓柱狀，其通過焊接在結(jié)構(gòu)本體7的底面13和隔板10上而固定。隔板10的高度略大于檢測單元5的直徑，隔板10沿流體流動(dòng)的方向X，也就是管道11的軸線設(shè)置，檢測單元5包括殼體1和內(nèi)芯，殼體1內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的開口方向沿著流體流動(dòng)的方向X。通孔的兩端開口處分別焊接有彈性膜片2，兩個(gè)彈性膜片2間形成的密封空間內(nèi)，按照“壓電陶瓷片3-電極片8-絕緣塊9”的順序左右對稱排列，其中彈性膜片2緊挨著壓電陶瓷片3，彈性膜片2、壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9均兩兩緊密連接。壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9構(gòu)成內(nèi)芯，兩片電極片8的引線經(jīng)過結(jié)構(gòu)本體7內(nèi)的出線孔6引出。這兩個(gè)壓電陶瓷片3的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同。壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9與通孔間設(shè)有間隙，在間隙內(nèi)填充有絕緣片4。整個(gè)檢測單元5在管道11內(nèi)處于水平方向，這樣更利于信號的采集。
本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器B安裝在渦街流量計(jì)中旋渦發(fā)生體A上方略偏后的位置，隔板與旋渦發(fā)生體的中軸線平行。當(dāng)一恒穩(wěn)流流經(jīng)旋渦發(fā)生體時(shí)，在其后側(cè)會(huì)產(chǎn)生旋渦，從兩側(cè)交替發(fā)出，形成兩列并排的渦街，稱為卡門渦街。該渦街會(huì)產(chǎn)生交替的P1、P2交變壓力，通過導(dǎo)壓孔12使P1、P2交變壓力直接作用在該渦街流量傳感器的兩個(gè)檢測單元5的彈性膜片2上，使壓電陶瓷片3產(chǎn)生交變電荷。這時(shí)四個(gè)電極片8會(huì)分別輸出正弦信號，設(shè)左側(cè)單元輸出信號為S1和S1’，右側(cè)為S2和S2’，這四個(gè)信號有以下關(guān)系①隔板同側(cè)的兩個(gè)信號幅值和相位都相等，即S1＝S1’，S2＝S2’；②隔板不同側(cè)的兩組信號相位相差180°；③四個(gè)信號的頻率相等。
通過后端調(diào)理電路把這四個(gè)信號處理成(S1+S1’)-(S2+S2’)，這樣利用差動(dòng)輸出就可以獲得規(guī)則的正弦信號，即使是在小流量的時(shí)候，輸出信號也較強(qiáng)，擴(kuò)大了流量傳感器的量程范圍。
當(dāng)流體由于管道振動(dòng)、閥門開啟等隨機(jī)因素的影響，發(fā)生流體振蕩時(shí)，會(huì)導(dǎo)致彈性膜片2或傳感器殼體產(chǎn)生跟隨振動(dòng)。由于檢測單元5內(nèi)部絕緣塊9的慣性作用，檢測單元5中左右對稱的兩個(gè)壓電陶瓷片3會(huì)分別受壓和受拉，這使得兩個(gè)壓電陶瓷片3分別產(chǎn)生相等的正負(fù)電荷信號，假設(shè)為X1(+)和X2(-)。在信號合成時(shí)，同側(cè)的兩個(gè)信號相加X1+X2，干擾振動(dòng)所產(chǎn)生的電荷信號會(huì)相互抵消，從而傳感器起到了自減振作用。
另外，對于流體脈動(dòng)引起的流體振動(dòng)，它在管道中是一列隨著流動(dòng)方向傳播的平面波，它引起的壓力以相同的方向同時(shí)作用在流量傳感器隔板兩側(cè)的檢測單元上，屬于同向振動(dòng)干擾，同向振動(dòng)的干擾信號會(huì)在輸出信號合成(S1+S1’)-(S2+S2’)中相互抵消，這樣有效的消除了流體脈動(dòng)對檢測信號的干擾。因此，本發(fā)明的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器具有很高的抗振性，適用于液體、氣體、蒸汽等流體的流量測量。
實(shí)施例2如圖5所示，一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體7和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側(cè)各焊接有兩個(gè)檢測單元5，兩個(gè)檢測單元5沿管道10軸線方向并列在一排，檢測單元5為圓柱狀，隔板10的長度大于檢測單元5的長度的2倍，隔板10的高度與檢測單元5的直徑相同。其余與實(shí)施例1同。
實(shí)施例3如圖6所示，一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體7和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側(cè)各焊接有兩個(gè)檢測單元5，兩個(gè)檢測單元5沿管道10徑向方向排列為一列，檢測單元5為圓柱狀，隔板10的高度大于檢測單元5的直徑的2倍，其余與實(shí)施例1同。
權(quán)利要求
1.一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體(7)和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體(7)底面(13)上的檢測單元(5)，結(jié)構(gòu)本體(7)上設(shè)有出線孔(6)；出線孔(6)內(nèi)設(shè)有引線，所述的檢測單元(5)包括殼體(1)，殼體(1)內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的兩端設(shè)有彈性膜片(2)，彈性膜片(2)緊挨著壓電陶瓷片(3)，其特征在于所述的檢測單元(5)有n個(gè)，n≥2，檢測單元(5)設(shè)于結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上，檢測單元(5)上的通孔方向與流體流動(dòng)的方向一致；所述的壓電陶瓷片(3)中部設(shè)有電極片(8)，電極片(8)上連接著引線，引線由出線孔(6)引出；所述的由壓電陶瓷片(3)、電極片(8)構(gòu)成的內(nèi)芯與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于在結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上沿流體流動(dòng)方向設(shè)有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側(cè)，每一側(cè)沿流體流動(dòng)方向并列設(shè)置有m個(gè)檢測單元(5)，n是m的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于在結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上沿流體流動(dòng)方向設(shè)有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側(cè)，每一側(cè)沿豎直方向并列設(shè)置有m個(gè)檢測單元(5)，n是m的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)的個(gè)數(shù)n為2，m為1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設(shè)有兩個(gè)電極片(8)，兩個(gè)電極片(8)之間設(shè)有絕緣塊(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設(shè)有兩個(gè)電極片(8)，兩個(gè)電極片(8)之間設(shè)有絕緣塊(9)
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)為圓柱體狀，兩個(gè)檢測單元(5)內(nèi)的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)為圓柱體狀，兩個(gè)檢測單元(5)內(nèi)的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于絕緣塊(9)為陶瓷塊或云母塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于絕緣塊(9)為陶瓷塊或云母塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流量傳感器，尤其涉及一種利用差動(dòng)原理測量渦街交變壓力的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器。其包括一個(gè)結(jié)構(gòu)本體和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，所述的檢測單元有n個(gè)，n≥2，檢測單元設(shè)于結(jié)構(gòu)本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動(dòng)方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設(shè)有電極片，電極片上連接著引線，引線由出現(xiàn)孔引出；所述的由壓電陶瓷片、電極片構(gòu)成的內(nèi)芯與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動(dòng)感應(yīng)流量傳感器；解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的輸出信號混入大量的噪聲，通用性不好的技術(shù)問題。
文檔編號G01F1/32GK1982852SQ200510061940
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者區(qū)宇輝, 宋開臣, 張圣賓 申請人:杭州術(shù)通高端儀器有限公司