一種流體推力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于氣態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)的流體運動推力檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種能 夠置于流體中（含差壓環(huán)境W及等壓強環(huán)境內(nèi)的流體中）直接且連續(xù)地檢測流體運動產(chǎn)生 的推力大小并輸出電信號的裝置，即流體推力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)代多個行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對流體地運動產(chǎn)生的推力進行連續(xù)檢測， 從而判斷流體自身的輸送、存在于流體中的運動物體或者運動流體中搭載的物體是否正常 或處于受控狀態(tài)。例如工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中水、氣、汽、油的輸送和采用流體輸送的物料的輸送 效率和可控性的檢測；工業(yè)風(fēng)力風(fēng)選生產(chǎn)中，物料的風(fēng)分質(zhì)量和風(fēng)分效率檢測；汽車制造 領(lǐng)域中外形設(shè)計的風(fēng)阻檢測及車輛行駛中受橫風(fēng)影響的檢測；航海領(lǐng)域中風(fēng)力和海浪對船 體傾斜甚至傾覆危險的檢測；航空領(lǐng)域中航空器在復(fù)雜氣候條件下，機體在空氣亂流中各 重要部位的受力檢測；風(fēng)洞實驗中風(fēng)力對實驗物體產(chǎn)生的作用力和舉升力檢測；氣象領(lǐng)域 中，對頻繁變化的風(fēng)力的檢測等等。但是目前一直沒有一種簡捷、有效和精確的手段對流體 推力進行檢測，傳統(tǒng)上一般采用壓力傳感器、壓差檢測儀、風(fēng)速儀、稱重傳感器等設(shè)備進行 間接檢測，并進行換算得到流體的推力，而該些傳統(tǒng)方式由于不能直接檢測到流體的推力 而需要通過壓力差值或者電磁通量來換算間接得出流體推力，得到的數(shù)據(jù)的及時性、準(zhǔn)確 性和有效性大打折扣，特別在許多生產(chǎn)、生活條件下，由于不易獲得W上復(fù)雜、操作不便的 檢測儀器或沒有合適的相應(yīng)檢測方法，甚至采用了不當(dāng)?shù)臋z測手段，從而導(dǎo)致了數(shù)據(jù)信息 滯后、不準(zhǔn)確甚至錯誤，常會給生產(chǎn)建設(shè)、交通旅行、防災(zāi)減災(zāi)等等活動造成難題。如果能夠 科學(xué)、及時、可靠地檢測出流體推力并將數(shù)據(jù)及時反饋給相對應(yīng)的控制系統(tǒng)，那么控制系統(tǒng) 將作出相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)、發(fā)出報警，或者實現(xiàn)智能閉環(huán)控制，提高人類生產(chǎn)力及其安全性， 因此，利用流體運動必然產(chǎn)生推力該一重要特性研究發(fā)明流體推力傳感器，在多個領(lǐng)域和 行業(yè)具有重要意義和實際應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是針對目前存在的上述現(xiàn)有技術(shù)缺陷而提供一種能夠置于流體 中的流體推力傳感器，通過推力感應(yīng)裝置直接觸流體的方式，實現(xiàn)直接且連續(xù)地檢測流體 運動產(chǎn)生的推力大小并輸出電信號，W解決在直接、及時和準(zhǔn)確檢測流體推力方面存在的 難題，達到能夠集成到控制系統(tǒng)中實現(xiàn)與流體推力相關(guān)的自動控制，W及能夠集成到便攜 式測量儀器及設(shè)備中實現(xiàn)對流體推力的快速檢測或測量的目的。
[0004] 流體推力傳感器的原理：
[0005] 根據(jù)流體作用在具有一定形狀的物體的正反兩面必然會產(chǎn)壓力差的原理，流體推 力傳感器設(shè)計了由一塊推力感應(yīng)板和一根推力傳遞桿組成的推力感應(yīng)裝置，用于感受所處 環(huán)境中流體運動作用在推力感應(yīng)板正反兩面的壓力差，并通過推力傳遞桿將該個壓力差傳 遞給推力檢測信號處理器轉(zhuǎn)換成電信號后處理輸出。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
[0007] 一種流體推力傳感器，本發(fā)明特征是，由推力感應(yīng)裝置、設(shè)置在推力感應(yīng)裝置上部 的推力檢測信號處理器、設(shè)在推力檢測信號處理器頂部的殼體、罩在推力感應(yīng)裝置及推力 檢測信號處理器下部的防護網(wǎng)架四大部件構(gòu)成；其結(jié)構(gòu)為：
[000引推力感應(yīng)裝置由橫向設(shè)置的推力感應(yīng)板、垂直連接在推力感應(yīng)板上并與推力檢測 信號處理器相連接的推力傳遞桿組成；其中，推力感應(yīng)板的兩個工作面的面積均分別大于 推力傳遞桿的徑向面積；
[0009] 推力感應(yīng)裝置帶有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在差壓環(huán)境中進行流 體推力檢測的特性；其中，推力感應(yīng)裝置沒有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在等 壓強環(huán)境內(nèi)進行流體推力檢測的特性；其中，推力感應(yīng)板的兩個工作面的面積均分別大于 推力傳遞桿的徑向面積；
[0010] 推力檢測信號處理器由設(shè)在下部的推力檢測體、中部的信號放大電路、上部的ADC 模數(shù)轉(zhuǎn)換器等電器組件組成；
[0011] 殼體由容器形封裝外殼和安裝連接部件組成；
[0012] 防護網(wǎng)架由上部的盆形防護骨架、底部的防護網(wǎng)罩組成；
[0013] 本發(fā)明在位于推力感應(yīng)板的外緣設(shè)置有環(huán)形波紋柔性邊，采用壓緊環(huán)壓緊。
[0014] 本發(fā)明推力感應(yīng)裝置帶有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具有在差壓環(huán)境中 進行流體推力檢測的特性；其中，推力感應(yīng)裝置沒有環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器，具 有在等壓強環(huán)境內(nèi)進行流體推力檢測的特性。
[0015] 本發(fā)明推力傳遞桿，設(shè)為一段圓柱形的金屬桿或者陶瓷桿，一端垂直地與推力感 應(yīng)板工作面的幾何中屯、點剛性連接，另一端伸入容器形封裝外殼內(nèi)部垂直地與推力檢測體 的工作面的受力敏感點剛性連接。
[0016] 小型的或者微型的流體推力傳感器可W沒有連接桿，而采用推力感應(yīng)板和推力檢 測體整體注模成型或者焊接成型等適宜的連接方式予W取代。
[0017] 環(huán)形波紋柔性邊，必要時可對盆形防護骨架與推力感應(yīng)板的結(jié)合部采用精密加工 偶件的方式制造和裝配，該種方法將取代環(huán)形波紋柔性邊，W適用于高壓差環(huán)境的流體推 力檢測的需要。
[001引推力檢測體；其外形可W根據(jù)實際應(yīng)用情況選擇如柱形、箱型、懸臂梁形、剪切梁 形等多樣化設(shè)計；
[0019] 本發(fā)明信號放大電路，為共模抑制比高的差動放大電路，采用相應(yīng)的集成運算放 大器元件，裝配在容器形封裝外殼內(nèi)部；信號放大電路將推力檢測體輸出的推力電信號放 大為0~lOv的電壓信號或者4~20mA的電流信號，W提供給流體控制系統(tǒng)模擬量模塊實 現(xiàn)自動控制或監(jiān)控應(yīng)用。
[0020] 盆形防護骨架和防護網(wǎng)罩，均具有足夠的網(wǎng)孔面積與強度，W不會妨礙正常的檢 測功能和防護功能為基本要求；必要時也可W用盆形防護骨架作為安裝固定流體推力傳感 器的裝置。
[0021] 本發(fā)明流體推力傳感器有W下優(yōu)點：
[0022] 1、推力感應(yīng)板的工作面與流體全面接觸直接檢測流體推力，沒有中間受力環(huán)節(jié)也 不需要通過其他間接手段進行檢測。
[0023] 2、流體推力傳感器可W在S維空間內(nèi)W任意角和方位進行安裝應(yīng)用（見圖4)，在 被測流體環(huán)境內(nèi)，除了被檢測流體運動產(chǎn)生的推力Fa外，推力檢測體還會感受到流體浮力 訊和推力感應(yīng)裝置（推力感應(yīng)板和推力傳遞桿）自身的重力化等兩個作用力，該兩個作用 力均可W在流體推力傳感器的應(yīng)用調(diào)零時予W排除，因此流體推力傳感器可不受安裝方向 的限制。
[0024] 3、帶環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器具有與現(xiàn)有壓力傳感器類似的在差壓環(huán) 境情況下檢測壓力的功能，但由于不存在與現(xiàn)有壓力傳感器類似的壓力傳遞管口，當(dāng)被檢 測的流體環(huán)境E1中的流體從正側(cè)方向高速掠過推力感應(yīng)板板面時，推力感應(yīng)板表面因無 孔洞而不存在產(chǎn)生真空負(fù)壓的問題，因此，應(yīng)用帶環(huán)形波紋柔性邊的流體推力傳感器在差 壓環(huán)境條件下檢測流體推力的性能是現(xiàn)有壓力傳感器不可比擬的（見圖6)。
[0025] 4、流體推力傳感器結(jié)構(gòu)簡單、可靠，技術(shù)成熟，制作難度小，可設(shè)計制造多種量程 規(guī)格和外形規(guī)格W適合不同的應(yīng)用。
[0026] 5、所有部分均封裝為一個整體，防護等級高，可直接整體置于流體存在的空間內(nèi)， 只需連接傳感器引出導(dǎo)線即可實現(xiàn)檢測，安裝簡便，占用空間小。
[0027] 6、可滿足多領(lǐng)域多行業(yè)的流體推力檢測需求，具有廣闊的市場空間。
【附圖說明】
[002引圖la是本發(fā)明流體推力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖化亦是本發(fā)明流體推力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖
[0030] 圖2a是半球面形推力感應(yīng)板流體推力傳感器剖面圖。
[0031] 圖化是半球面形推力感應(yīng)板流體推力傳感器剖面圖。
[0032] 圖3是推力檢測信號處理器電原理圖。
[0033] 圖4是等壓強環(huán)境中各安裝工位作用力分析圖。
[0034] 圖5是差壓環(huán)境中作用力分析圖。
[0035] 圖6在風(fēng)洞實驗中直接檢測風(fēng)作用在被測物體表面上的力的方法示意圖。
[0036] 附圖序號說明；1是推力感應(yīng)裝置，2是推力檢測信號處理器，3是殼體，4是防護網(wǎng) 架。
[0037] 其中推力感應(yīng)裝置1分為；la是推力感應(yīng)板，lb是推力傳遞桿，Ic是環(huán)形波紋柔 性邊。
[003引其中推力檢測信號處理器2分為；2a是推力檢測體，化是信號放大電路，2c是ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
[0039] 其中殼體3分為；3