專利名稱：一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬流體測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種能夠抗振動干擾，提高壽命及穩(wěn)定性的用于渦街流量計中的外置型應(yīng)力式渦街傳感器。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的采用片狀壓電晶體和晶體支撐架正反面固化膠粘結(jié)的渦街感應(yīng)器， 無法同時兼顧小流量的高靈敏度與大流量高頻率的高強度結(jié)構(gòu)，故無法兼顧實現(xiàn)對于高流量和低流量的檢測。另有中國實用新型專利(審定號CN1004834B)涉及的寬溫壓電渦街流量計，具有一個管狀表體，在漩渦發(fā)生體位于表體管外的端面中心處，沿漩渦發(fā)生體縱軸方向作有一個與表體管內(nèi)流體不相通的孔穴，其中裝有埋裝件，埋裝件包括自下而上疊壓的壓電元件、絕緣隔離片和溫度補償片。最上面一個埋裝件上緊壓著一塊柱狀質(zhì)量塊，它的柱面與孔穴的直臂形內(nèi)壁用粘結(jié)膠成套式粘結(jié)，致使柱狀質(zhì)量塊與漩渦發(fā)生體之間構(gòu)成整體固裝。孔穴需具有一個足夠平潔的埋裝平底，各埋裝件的兩個互相平行的承壓接觸平面也均需要有足夠的光潔度，柱狀質(zhì)量塊與埋裝件接觸的端平面也應(yīng)該是光潔的，能夠保證各零部件之間能貼緊。這種整體固裝結(jié)構(gòu)和半自由埋裝工藝具有很寬的溫度耐受力，能夠獲得很高的溫度上限，耐受較大溫度變化的沖擊，但是對零部件的加工精度要求極高，需要足夠平潔的接觸表面，且靠柱狀質(zhì)量塊自身重力加壓導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力不足，使用過程中壓電晶體易撕裂損壞，導(dǎo)致壓電晶體壽命短。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服了上述傳統(tǒng)渦街感應(yīng)器的不足，提供了一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器，對零部件加工精度要求極低，能夠有效提升共振頻率和振動干擾下的信噪比，保證高流速下的結(jié)構(gòu)安全、低流速下的靈敏度、大溫差下的可靠性和穩(wěn)定性，提高了抗震能力，擴展了測量范圍，且大大增加了傳感器的壽命。主要創(chuàng)新在于傳感器的外殼設(shè)計為從圓柱到圓錐再到片狀的中空平滑過度體結(jié)構(gòu)，傳感器的內(nèi)部采用加壓重塊封裝圓環(huán)形墊片式壓電晶體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)消除了集中應(yīng)力，提高了共振頻率，解決了高速流體中傳感器斷裂的問題，同時還增加了傳感器的壽命，提高了傳感器的穩(wěn)定性和靈敏度。具體是這樣實施的一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器，包括外殼、重塊、壓電晶體、陶瓷片，其特征在于外殼為從圓柱到圓錐再到片狀的平滑過度體結(jié)構(gòu)，外殼圓柱段為中空結(jié)構(gòu)，重塊為帶中心孔的T型圓柱，重塊插入外殼的中空段內(nèi)，重塊的上部伸出外殼嵌于一壓板凹槽內(nèi)，所述的壓板上開有與流量計本體連接的螺紋孔，重塊的下部開有凹槽，所述的凹槽內(nèi)放置有壓電晶體，壓電晶體上下均墊有陶瓷片，下陶瓷片安放在外殼中空段的底平面上。平滑過度體結(jié)構(gòu)的外殼，具有良好的剛性，在使用過程中受力部位及應(yīng)力傳導(dǎo)部位足以承受高達^0m/s、30(rc高溫蒸汽及高達12m/s的流體所產(chǎn)生的巨大漩渦升力，同時能將共振頻率提升到10kH，為原渦街頻率的4倍，從而杜絕了共振的發(fā)生，解決了高速流體中傳感器斷裂的問題。壓板與流量計本體間采用密封型螺釘連接，可對壓電晶體施加500kg的
3預(yù)壓力，由此保證了壓電晶體在承受最大應(yīng)力時，仍不出現(xiàn)拉扯方向的應(yīng)力，防止了晶體受損，提高了傳感器的穩(wěn)定性，同時也實現(xiàn)了流體密封，防止流量計流通管內(nèi)流體溢出。壓電晶體和陶瓷片為帶中心孔的圓環(huán)形墊片，能夠接受從外殼底部傳遞來的微弱的漩渦升力，提高了感應(yīng)器的靈敏度。壓電晶體四周無膠粘結(jié)，給予了壓電晶體膨脹收縮的空間，解決了殼體、膠、晶體之間膨脹系統(tǒng)不同，粘結(jié)一體后晶體易撕裂受損的問題，延長了傳感器的壽命，同時也消除了膠在高溫狀態(tài)下產(chǎn)生漏電，導(dǎo)致信號衰弱的問題，增加了傳感器的靈敏度。重塊頂端壓板是耐高溫彈性材料壓板，可長期耐受380°C高溫，并確保再一 200°C 380°C工況之下，預(yù)應(yīng)力的維持。壓板上的螺紋孔為中心對稱的4個，能夠穩(wěn)定施加分散均勻的預(yù)應(yīng)力。外殼的圓柱段外圈上設(shè)有柔性石墨密封圈，當(dāng)傳感器與流量計本體安裝時，起到密封的作用。外殼的圓柱段設(shè)計為T型，凸出段底端面上開設(shè)有卡合柔性石墨密封圈的凹槽， 當(dāng)傳感器與流量計本體安裝時，起到固定的作用。本實用新型對零部件精度要求極低，能夠兼顧小流量的高靈敏度與大流量高頻率的高強度結(jié)構(gòu)，擴大了測量使用的范圍；能夠有效提升共振頻率和振動干擾下的信噪比，提高了傳感器的壽命和抗干擾能力；能夠耐受較大溫度變化的沖擊，提高了傳感器的靈敏度。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型的重塊結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為抗振動干擾能力的比較圖。圖4為輸出信號波形比較圖。
具體實施方式
一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器，包括外殼1、重塊2、壓電晶體3、陶瓷片4，外殼1 為從圓柱到圓錐再到片狀的平滑過度體結(jié)構(gòu)，外殼1圓柱段為中空結(jié)構(gòu)，重塊2為帶中心孔的T型圓柱，重塊2插入外殼1的中空段內(nèi)，重塊2的上部伸出外殼1嵌于一耐高溫彈性材料(如可壓板長期耐受380°C高溫的特殊不銹鋼)5的凹槽內(nèi)，所述的壓板5上開有與流量計本體8連接的螺紋孔6，螺紋孔6為中心對稱的4個，重塊2的下部開有凹槽，所述的凹槽內(nèi)放置有壓電晶體3，壓電晶體3上下均墊有陶瓷片4，壓電晶體3和陶瓷片4為帶中心孔的圓環(huán)形墊片，下陶瓷片4安放在外殼1中空段的底平面上。外殼1的圓柱段外圈上設(shè)有柔性石墨密封圈7。外殼1的圓柱段設(shè)計為T型，凸出段底端面上開設(shè)有卡合柔性石墨密封圈 7的凹槽。外加60Hz/2g機械振動干擾，在相同的工況條件和相同的測試條件下，分別記錄使用本實用新型傳感器和傳統(tǒng)傳感器的信號頻譜，見圖3，當(dāng)信噪比為1時，傳統(tǒng)傳感器的信號頻譜顯示的渦街信號頻率為190Hz，本實用新型傳感器的信號頻譜顯示的渦街信號頻率為45Hz，基于不同頻率下渦街信號強度之比正比于頻率比的平方值的渦街基本特性，得出本實用新型傳感器的抗震能力為傳統(tǒng)渦街傳感器的17倍。[0017] 將本實用新型傳感器和傳統(tǒng)傳感器在相同工況和測試條件下測試輸出信號波形， 見圖4，本實用新型傳感器的波形明顯比傳統(tǒng)型穩(wěn)定可靠。
權(quán)利要求1.一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器，包括外殼、重塊、壓電晶體、陶瓷片，其特征在于外殼為從圓柱到圓錐再到片狀的平滑過度體結(jié)構(gòu)，外殼圓柱段為中空結(jié)構(gòu)，重塊為帶中心孔的T 型圓柱，重塊插入外殼的中空段內(nèi)，重塊的上部伸出外殼嵌于一壓板凹槽內(nèi)，所述的壓板上開有與流量計本體連接的螺紋孔，重塊的下部開有凹槽，所述的凹槽內(nèi)放置有壓電晶體，壓電晶體上下均墊有陶瓷片，下陶瓷片安放在外殼中空段的底平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外置型應(yīng)力式渦街傳感器，其特征在于壓電晶體和陶瓷片為帶中心孔的圓環(huán)形墊片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外置型應(yīng)力式渦街傳感器，其特征在于重塊頂端壓板是耐高溫彈性材料壓板。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外置型應(yīng)力式渦街傳感器，其特征在于壓板上的螺紋孔為中心對稱的4個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外置型應(yīng)力式渦街傳感器，其特征在于外殼的圓柱段外圈上設(shè)有柔性石墨密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的外置型應(yīng)力式渦街傳感器，其特征在于外殼的圓柱段設(shè)計為 T型，凸出段底端面上開設(shè)有卡合柔性石墨密封圈的凹槽。
專利摘要一種外置型應(yīng)力式渦街傳感器，屬流體測量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括外體、重塊、壓電晶體、陶瓷片，外殼為從圓柱到圓錐再到片狀的平滑過度體結(jié)構(gòu)，外殼圓柱段為中空結(jié)構(gòu)，重塊為帶中心孔的T型圓柱，重塊插入外殼的中空段內(nèi)，重塊的上部伸出外殼嵌于一壓板凹槽內(nèi)，所述的壓板上開有與流量計本體連接的螺紋孔，重塊的下部開有凹槽，所述的凹槽內(nèi)放置有壓電晶體，壓電晶體上下均墊有陶瓷片，下陶瓷片安放在外殼中空段的底平面上；本裝置對零部件精度要求極低，能兼顧小流量的高靈敏度與大流量的高強度結(jié)構(gòu)，擴大了測量使用范圍，能夠有效提升共振頻率和振動干擾下的信噪比，提高了傳感器的壽命和抗干擾能力，能夠耐受較大溫度變化的沖擊。
文檔編號G01F1/32GK202177401SQ20112026828
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者唐賢昭 申請人:江蘇偉屹電子有限公司