專利名稱：渦街流量計(jì)用超聲式探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種管道流體的流量測(cè)量裝置，尤其是一種用于渦街流量計(jì)上的超聲式探頭。
背景技術(shù)：
渦街流量計(jì)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型流量?jī)x表，它是在流體中安放一根非線性型阻流件，流體在阻流件兩側(cè)交替地分離釋放出兩串規(guī)則的漩渦，在阻流件后產(chǎn)生脈動(dòng)的窩街力，設(shè)在阻流件后的探頭感受到這種脈動(dòng)渦街力的作用，F(xiàn)=C1PU2^,感受到的力與流速的平方成正比，流速低時(shí)感受不到脈動(dòng)渦街力，使得渦街無信號(hào)輸出。探頭是渦街流量計(jì)的核心部件，目前，傳統(tǒng)的渦街流量計(jì)用探頭為雙懸梁檢測(cè)方式，有主探頭和補(bǔ)償探頭構(gòu)成，探頭的壓電晶體的工作模式是“長(zhǎng)條厚度彎曲振動(dòng)模式”，其為應(yīng)力型流量計(jì)， 工作模式的不同決定壓電晶體的形狀也不相同，目前的普通探頭用晶片為長(zhǎng)條晶片，其感受經(jīng)過發(fā)生體后產(chǎn)生的渦街力產(chǎn)生彎曲應(yīng)變，通過電極輸出信號(hào)。其利用流體振動(dòng)原理來進(jìn)行流量測(cè)量，目前的渦街流量計(jì)對(duì)外界的振動(dòng)、流體的流動(dòng)狀態(tài)特別敏感，它不僅可以感受到渦街力，還可以感受到管道振動(dòng)、管道流體沖擊力以及流體的壓力變化所產(chǎn)生的隨機(jī)脈動(dòng)壓力，這些干擾對(duì)流體流量將產(chǎn)生很大的影響，因此它不適于低流速及管道產(chǎn)生振動(dòng)的場(chǎng)合，使得渦街流量計(jì)的應(yīng)用受到一定的限制。因此迫切需要一種新型的探頭，使其能更好的適應(yīng)低流速的測(cè)量環(huán)境以及消除管道振動(dòng)產(chǎn)生的誤差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種性能穩(wěn)定、適于低流速測(cè)量且降低管道振動(dòng)影響的渦街流量計(jì)用超聲式探頭。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是一種渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其包括探頭殼體、圓形的壓電晶片、絕緣套以及用于壓緊壓電晶片的固定裝置 ’沿所述探頭殼體的軸線開設(shè)有圓形的安裝座孔，所述絕緣套設(shè)于安裝座孔內(nèi)，所述壓電晶片設(shè)于絕緣套的內(nèi)腔內(nèi)，所述固定裝置包括設(shè)于壓電晶片上方的階梯型彈簧座、安裝于階梯型彈簧座的軸肩上的彈簧以及設(shè)于彈簧上方的壓緊裝置；在所述階梯型彈簧座的上面以及探頭殼體的上端均設(shè)有電極引線。上述壓緊裝置包括墊片、設(shè)于墊片上方的與安裝座孔相配合的螺母。上述探頭殼體為2級(jí)階梯型圓柱體，下部的圓柱體外圓上設(shè)有外螺紋，下部圓柱體的底部形狀為球形，上部的圓柱體上端設(shè)有凹槽；所述安裝座孔的上端設(shè)有內(nèi)螺紋。在上述壓電晶片與安裝座孔的底部之間涂覆有真空硅脂層。上述絕緣套為圓筒型。本超聲式探頭的工作原理是其利用壓電晶體的壓電效應(yīng)將流體的振動(dòng)力轉(zhuǎn)換成電荷量通過電機(jī)輸出。使用時(shí)將渦街流量計(jì)的主探頭和補(bǔ)償探頭設(shè)計(jì)為一對(duì)發(fā)射、接收探頭，發(fā)射探頭和接收探頭均采用本超聲式探頭，將發(fā)射探頭和接收探頭分別安裝在渦街流量計(jì)的流通體的管壁上。本圓形的壓電晶片是超聲式探頭的關(guān)鍵部件，發(fā)射探頭利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)，當(dāng)在它兩端加一定的交流電壓頻率時(shí)，圓形壓電晶片沿厚度方向產(chǎn)生振動(dòng)，產(chǎn)生振動(dòng)頻率為IMHZ左右的超聲波，接收探頭接收到超聲信號(hào)后將其輸出。工作時(shí)， 發(fā)射探頭通過電流發(fā)生器提供的交流電壓信號(hào)，產(chǎn)生超聲波振蕩，當(dāng)渦街流量計(jì)的流通體內(nèi)有液體通過時(shí)，超聲波振蕩與旋渦相互作用后按相位調(diào)制，接收探頭接到信后后將其送到相位檢測(cè)器，在相位檢測(cè)器輸出處形成電信號(hào)，其頻率和振幅分別相應(yīng)于渦流的頻率和強(qiáng)度。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于1、利用本超聲式探頭制作而成的渦街流量計(jì)其流速測(cè)量下限比原來的普通渦街流量計(jì)明顯降低，可使動(dòng)態(tài)量程比擴(kuò)大至 1:50 100左右，從而更適于測(cè)量低流速的流體，可很好的適用于工業(yè)用大管低流速流量的測(cè)量；并且由于工作原理和原來渦街流量計(jì)不同，所以其能更好的降低管體振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。這是因?yàn)槌暿教筋^是利用超聲波檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)阻流件后漩渦的個(gè)數(shù)，對(duì)于管道振動(dòng)和流體壓力變化引起的脈動(dòng)，超聲式探頭檢測(cè)不到；超聲式探頭產(chǎn)生的IMHZ的超聲波信號(hào)連續(xù)不斷的在工作，只要流體通過阻流件產(chǎn)生漩渦，超聲振蕩就與漩渦相互作用后按相位調(diào)制，就有信號(hào)輸出，所以，能更好的適應(yīng)低流速測(cè)量和降低管體振動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響。2、將探頭殼體的下端表面設(shè)計(jì)為球面，可保證本超聲式探頭具有較準(zhǔn)確的聲束角，提高渦街流量計(jì)的測(cè)量范圍和測(cè)量精度。3、使用時(shí)，本探頭殼體兼做電荷輸出端的地線，采用螺紋封裝壓緊，使得其結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，提高了探頭的組裝效率，從而更方便了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，降低成本。

圖1是本實(shí)用新型的主剖視圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3使采用本超聲式探頭的渦街流量計(jì)示意圖；圖4是圖3中B部的放大圖；其中，1、絕緣套；2、彈簧；3、墊片；4、壓緊螺母；5、電極引線；6、彈簧座；7、壓電晶片；8、真空硅脂層；9、探頭殼體；10、安裝座孔；11、發(fā)生體；12、流通體；13、發(fā)射探頭；14、 接收探頭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參見附圖1和附圖2，本實(shí)用新型包括探頭殼體9、圓形的壓電晶片7、絕緣套1以及用于壓緊壓電晶片7的固定裝置；沿所述探頭殼體9的軸線開設(shè)有圓形的安裝座孔10， 所述絕緣套1設(shè)于安裝座孔10內(nèi)，其形狀為圓筒型，所述壓電晶片7設(shè)于絕緣套1的內(nèi)腔內(nèi)，所述固定裝置包括設(shè)于壓電晶片7上方的階梯型彈簧座6、安裝于階梯型彈簧座6的軸肩上的彈簧2以及設(shè)于彈簧2上方的壓緊裝置，該壓緊裝置包括墊片3以及設(shè)于墊片3上方的與安裝座孔10相配合的螺母4 ；在所述階梯型彈簧座6的上面以及探頭殼體9的上端均引出有電極引線5。使用時(shí)，本圓形的壓電晶片7選用居里溫度為360度PZT壓縮型壓電晶體，保證探頭工作溫度滿足1 150度，振動(dòng)頻率與壓電晶體的厚度、直徑相關(guān)，根據(jù)頻率要求，計(jì)算確定壓電晶體的厚度和直徑。所述探頭殼體9為2級(jí)階梯型圓柱體，下部的圓柱體外圓上設(shè)有外螺紋，用于使用時(shí)裝配到渦街流量計(jì)的流通體12上，下部圓柱體的底部形狀為球形，上部的圓柱體上端設(shè)有4個(gè)對(duì)稱的凹槽，安裝時(shí)使用；所述安裝座孔10的上端設(shè)有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與螺母4相配套，用于壓緊墊片3，從而通過彈簧2來調(diào)整圓形壓電晶片7的共振頻率點(diǎn)，保證探頭的工作頻率滿足IMHZ的要求。在所述壓電晶片7與安裝座孔10的底部之間涂覆有真空硅脂層8，可增加接觸性。安裝時(shí)，將圓形的壓電晶片7的負(fù)端朝下裝入探頭殼體9內(nèi)，在壓電晶片7與探頭殼體9底部涂真空硅脂層8增加接觸性，然后依次裝入絕緣套1、彈簧座6、彈簧2、墊片3， 最后用壓緊螺母4封裝，焊上電極引線5，本超聲式探頭封裝即完成，絕緣套1與探頭殼體9 之間為緊配合。工作時(shí)主探頭和補(bǔ)償探頭設(shè)計(jì)為一對(duì)發(fā)射探頭13、接收探頭14，將一對(duì)探頭通過螺紋對(duì)稱緊固在附圖3所示的流通體12上，發(fā)射探頭13發(fā)出IMHz左右的超聲信號(hào)， 當(dāng)流通體12內(nèi)有液體通過時(shí)，超聲波振蕩與旋渦相互作用后按相位調(diào)制，接收探頭14接到信號(hào)后將其送到相位檢測(cè)器，接收探頭14檢測(cè)的是漩渦的個(gè)數(shù)。從本質(zhì)上解決了傳統(tǒng)探頭低流速受限和抗震動(dòng)性差的問題。采用本實(shí)用新型制作的渦街流量計(jì)其性能大大提高，參見下表1
權(quán)利要求1.一種渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其特征在于其包括探頭殼體(9)、圓形的壓電晶片 (7)、絕緣套(1)以及用于壓緊壓電晶片(7)的固定裝置；沿所述探頭殼體(9)的軸線開設(shè)有圓形的安裝座孔(10)，所述絕緣套(1)設(shè)于安裝座孔(10)內(nèi)，所述壓電晶片(7)設(shè)于絕緣套(1)的內(nèi)腔內(nèi)，所述固定裝置包括設(shè)于壓電晶片(7)上方的階梯型彈簧座(6)、安裝于階梯型彈簧座(6)的軸肩上的彈簧(2)以及設(shè)于彈簧(2)上方的壓緊裝置；在所述階梯型彈簧座(6)的上面以及探頭殼體(9)的上端均設(shè)有電極引線(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)用超聲探頭，其特征在于所述壓緊裝置包括墊片(3)以及設(shè)于墊片(3)上方的與安裝座孔(10)相配合的壓緊螺母(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其特征在于所述探頭殼體 (9)為2級(jí)階梯型圓柱體，下部的圓柱體外圓上設(shè)有外螺紋，其底部為球形面，上部的圓柱體上端設(shè)有凹槽；所述安裝座孔(10)的上端設(shè)有內(nèi)螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其特征在于在所述壓電晶片(7) 與安裝座孔(10)的底部之間涂覆有真空硅脂層(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其特征在于所述絕緣套(1)為圓筒型。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種渦街流量計(jì)用超聲式探頭，其包括探頭殼體、圓形的壓電晶片、絕緣套以及用于壓緊壓電晶片的固定裝置；沿所述探頭殼體的軸線開設(shè)有圓形的安裝座孔，所述絕緣套設(shè)于安裝座孔內(nèi)，所述壓電晶片設(shè)于絕緣套的內(nèi)腔內(nèi)，所述固定裝置包括設(shè)于壓電晶片上方的階梯型彈簧座、安裝于階梯型彈簧座的軸肩上的彈簧以及設(shè)于彈簧上方的壓緊裝置；在所述階梯型彈簧座的上面以及探頭殼體的上端均設(shè)有電極引線。采用本實(shí)用新型制作的渦街流量計(jì)，其性能穩(wěn)定，本質(zhì)上解決了傳統(tǒng)探頭低流速受限和抗震動(dòng)性差的問題。
文檔編號(hào)G01F1/32GK202083417SQ201120179578
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者王孝叢, 王彬, 白秋敏, 蒲金龍 申請(qǐng)人:際華三五零二職業(yè)裝有限公司