專利名稱：一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種流量傳感器，尤其涉及一種利用差動原理測量渦街交變壓力的外置式聯(lián)動感應流量傳感器。
背景技術(shù)：
渦街流量傳感器是20世紀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工業(yè)應用好壞的一個重要指標。工業(yè)中的振動是普遍存在的，例如流體紊流狀態(tài)下速度脈動、流體振蕩，以及工業(yè)管道振動、閥門開閉與閥心振動等隨機因素，這都會使檢測到的頻率信號受到極大的噪聲干擾。目前國內(nèi)外較先進的渦街流量傳感器都有一定的抗振動能力。但這些傳感器的檢測元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振動的能力有限，多為感應桿形式，而且對于不同的管道直徑通用性差。另外對于流體振動的干擾，當振動噪聲的振動方向與所測頻率信號的振動方向平行(即同向振動)的時候，這些流量傳感器的抗干擾能力都比較弱，輸出信號會混入大量的噪聲。這種現(xiàn)象在小流量測量的時候尤其明顯。為此，也有人申請了專利“懸浮式自減振差動流量傳感器”(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)有兩個壓電陶瓷片，兩個壓電陶瓷片的一端分別與彈性膜片固定，另一端與設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，當管道直徑變化時，就不能使用了，同時，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
本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動感應流量傳感器；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。
本實用新型的上述技術(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)動感應流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體和設于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，所述的結(jié)構(gòu)本體上設有出線孔，出線孔內(nèi)設有引線；所述的檢測單元包括殼體，殼體內(nèi)設有通孔，通孔的兩端設有彈性膜片，彈性膜片緊挨著壓電陶瓷片，所述的檢測單元有n個，n≥2，檢測單元設于結(jié)構(gòu)本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設有電極片，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)芯與通孔壁間設有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。結(jié)構(gòu)本體設置在管道壁內(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到渦流的振動，從而將產(chǎn)生信號。將其設在管道壁內(nèi)，使得對應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的方向，也就是管道的軸線方向，兩個彈性膜片構(gòu)成的感應面呈水平布置，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方向設有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側(cè)，每一側(cè)沿流體流動方向并列設置有m個檢測單元，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方向設有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側(cè)，每一側(cè)沿豎直方向并列設置有m個檢測單元，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個檢測單元。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元的個數(shù)n為2，m為1。由兩個檢測單元構(gòu)成，成本相對較低，制造簡單，效果也不錯。
作為優(yōu)選，壓電陶瓷片中部設有兩個電極片，兩個電極片之間設有絕緣塊。在壓電陶瓷片中部設置兩個電極片，電極片上緊挨著兩端的壓電陶瓷片上，通過兩個引線孔將兩端的信號分別傳輸，由上部的信號分析系統(tǒng)進行差分計算分析。兩個電極片之間設置絕緣塊，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，本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，設計合理，將傳感器置于管道內(nèi)壁內(nèi)，采用膜片感應，對不同的管道具有通用性；而且本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器沒有設置預緊裝置，其內(nèi)部的懸浮式結(jié)構(gòu)具有自減振功能，有較強的抗干擾性和較大量程范圍，可靠性高。


圖1是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的主視圖。
圖2是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的仰視圖。
圖3是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的應用原理圖。
圖4是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的應用原理圖的側(cè)視圖。
圖5是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的隔板側(cè)設有多個檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的另一種隔板側(cè)設有多個檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，流體流動方向為X。
具體實施事例下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
實施例1如附圖1、2、3和4所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體7和設于結(jié)構(gòu)本體7底端上的兩個檢測單元5，結(jié)構(gòu)本體7置于傳感器的管道11壁內(nèi)，管道11壁上設有兩個導壓孔12，檢測單元5通過導壓孔12感受旋渦發(fā)生體的交變應力，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的底面設有兩個檢測單元5，兩個檢測單元5之間設有隔板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沿流體流動的方向X，也就是管道11的軸線設置，檢測單元5包括殼體1和內(nèi)芯，殼體1內(nèi)設有通孔，通孔的開口方向沿著流體流動的方向X。通孔的兩端開口處分別焊接有彈性膜片2，兩個彈性膜片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與通孔間設有間隙，在間隙內(nèi)填充有絕緣片4。整個檢測單元5在管道11內(nèi)處于水平方向，這樣更利于信號的采集。
本實用新型的外置式聯(lián)動感應流量傳感器B安裝在渦街流量計中旋渦發(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。當一恒穩(wěn)流流經(jīng)旋渦發(fā)生體時，在其后側(cè)會產(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。該渦街會產(chǎn)生交替的P1、P2交變壓力，通過導壓孔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。這時四個電極片8會分別輸出正弦信號，設左側(cè)單元輸出信號為S1和S1’，右側(cè)為S2和S2’，這四個信號有以下關(guān)系①隔板同側(cè)的兩個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°；③四個信號的頻率相等。
通過后端調(diào)理電路把這四個信號處理成(S1+S1’)-(S2+S2’)，這樣利用差動輸出就可以獲得規(guī)則的正弦信號，即使是在小流量的時候，輸出信號也較強，擴大了流量傳感器的量程范圍。
當流體由于管道振動、閥門開啟等隨機因素的影響，發(fā)生流體振蕩時，會導致彈性膜片2或傳感器殼體產(chǎn)生跟隨振動。由于檢測單元5內(nèi)部絕緣塊9的慣性作用，檢測單元5中左右對稱的兩個壓電陶瓷片3會分別受壓和受拉，這使得兩個壓電陶瓷片3分別產(chǎn)生相等的正負電荷信號，假設為X1(+)和X2(-)。在信號合成時，同側(cè)的兩個信號相加X1+X2，干擾振動所產(chǎn)生的電荷信號會相互抵消，從而傳感器起到了自減振作用。
另外，對于流體脈動引起的流體振動，它在管道中是一列隨著流動方向傳播的平面波，它引起的壓力以相同的方向同時作用在流量傳感器隔板兩側(cè)的檢測單元上，屬于同向振動干擾，同向振動的干擾信號會在輸出信號合成(S1+S1’)-(S2+S2’)中相互抵消，這樣有效的消除了流體脈動對檢測信號的干擾。因此，本實用新型的外置式聯(lián)動感應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。
實施例2如圖5所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體7和設于結(jié)構(gòu)本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側(cè)各焊接有兩個檢測單元5，兩個檢測單元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。其余與實施例1同。
實施例3如圖6所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體7和設于結(jié)構(gòu)本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側(cè)各焊接有兩個檢測單元5，兩個檢測單元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，其余與實施例1同。
權(quán)利要求1.一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體(7)和設于結(jié)構(gòu)本體(7)底面(13)上的檢測單元(5)，結(jié)構(gòu)本體(7)上設有出線孔(6)；出線孔(6)內(nèi)設有引線，所述的檢測單元(5)包括殼體(1)，殼體(1)內(nèi)設有通孔，通孔的兩端設有彈性膜片(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，n≥2，檢測單元(5)設于結(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的方向一致；所述的壓電陶瓷片(3)中部設有電極片(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)動感應流量傳感器，其特征在于在結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上沿流體流動方向設有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側(cè)，每一側(cè)沿流體流動方向并列設置有m個檢測單元(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)動感應流量傳感器，其特征在于在結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上沿流體流動方向設有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側(cè)，每一側(cè)沿豎直方向并列設置有m個檢測單元(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)動感應流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)的個數(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)動感應流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設有兩個電極片(8)，兩個電極片(8)之間設有絕緣塊(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設有兩個電極片(8)，兩個電極片(8)之間設有絕緣塊(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)動感應流量傳感器，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)動感應流量傳感器，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)動感應流量傳感器，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)動感應流量傳感器，其特征在于絕緣塊(9)為陶瓷塊或云母塊。
專利摘要本實用新型涉及一種流量傳感器，尤其涉及一種利用差動原理測量渦街交變壓力的外置式聯(lián)動感應流量傳感器。其包括一個結(jié)構(gòu)本體和設于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，所述的檢測單元有n個，n≥2，檢測單元設于結(jié)構(gòu)本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設有電極片，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)芯與通孔壁間設有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。本實用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動感應流量傳感器；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G01F1/32GK2849665SQ20052011714
公開日2006年12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