力傳感 器的彈性敏感元件采用雙孔懸臂梁2,雙孔懸臂梁2上端固定在表殼蓋5上，下端通過連接 螺栓7與動(dòng)文丘里管類靶1固定在一起。被測(cè)流體從表殼4進(jìn)口流入后，大部分流體流經(jīng) 動(dòng)文丘里管類靶1中部通孔形成干流，由于動(dòng)文丘里管類靶1前后存在壓差，小部分流體從 動(dòng)文丘里管類靶1前端環(huán)形縫隙流出至外部腔室形成支流，該支流再從外部腔室經(jīng)動(dòng)文丘 里管類靶1后端環(huán)形縫隙流入內(nèi)部腔室，重新與干流匯合并由表殼4出口流出。當(dāng)被測(cè)流 體流過動(dòng)文丘里管類革E 1時(shí)，流體的流量越大，流體對(duì)動(dòng)文丘里管類革E 1的推力也越大，動(dòng) 文丘里管類靶1將這個(gè)推力傳遞到雙孔懸臂梁2上，雙孔懸臂梁2產(chǎn)生與推力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變， 使得分別貼在雙孔懸臂梁2正、負(fù)應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變片3的電阻產(chǎn)生差動(dòng)變化，由這些應(yīng)變片 3組成了力傳感器的測(cè)量電橋，因此電阻的差動(dòng)變化使電橋輸出電壓改變，再經(jīng)力傳感器中 放大器與處理電路（圖中未畫出）進(jìn)一步處理后輸出與被測(cè)對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。
[0016] 與經(jīng)典文丘里管的廓形相比，由于動(dòng)文丘里管類靶1沒有引壓管，所以經(jīng)典文丘 里管為引壓所設(shè)的入口圓筒段與圓筒形喉部都沒有保留的必要，故動(dòng)文丘里管類靶1廓形 只有圓錐收縮段和圓錐擴(kuò)散段。另外，為縮短動(dòng)文丘里管類靶1長度，圓錐收縮段的圓錐角 度取為40°，圓錐擴(kuò)散段的圓錐角度取為15°。在直徑比β =0.4~0.75范圍內(nèi)，動(dòng)文丘 里管類靶1全長大約只是管徑的1. 5~2. 0倍。由于動(dòng)文丘里管類靶1的長度大大小于 經(jīng)典文丘里管，在β >0.6時(shí)，其壓損甚至小于經(jīng)典文丘里管。在最大流量和動(dòng)文丘里管類 靶1 口徑不變的情況下，直徑比β越大，壓損越小，動(dòng)文丘里管類靶1也越短，但被測(cè)流體 在動(dòng)文丘里管類靶1上產(chǎn)生的最大推力也越小，對(duì)力傳感器的要求較高。由于被測(cè)流體在 動(dòng)文丘里管類靶1上產(chǎn)生的最大推力比動(dòng)孔板類靶23小得多，因此需要使用小量程的力傳 感器。如按常規(guī)方法設(shè)計(jì)小量程力傳感器，則必然使得其彈性元件的剛度很小，但這要導(dǎo)致 力傳感器的非線性、重復(fù)性、滯后和蠕變等性能指標(biāo)變壞，達(dá)不到高準(zhǔn)確度的要求。目前， 通常采用低彈性模量的鋁合金雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)彈性元件的設(shè)計(jì)方案來解決靈敏度與剛度 這對(duì)矛盾。采用上述雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)后，由于把應(yīng)變片3貼在雙孔懸臂梁2的應(yīng)力集中處， 即使在整個(gè)量程范圍內(nèi)作用在雙孔懸臂梁2上的力都很小，梁的撓度也始終小于一個(gè)微量 數(shù)值，但在雙孔懸臂梁2粘貼應(yīng)變片3處產(chǎn)生的應(yīng)變卻比較大，能夠滿足后續(xù)處理電路的要 求。
[0017] 由于雙孔懸臂梁2具有撓度小、應(yīng)變大的特點(diǎn)，相應(yīng)的動(dòng)文丘里管類靶1的位移也 極小，可認(rèn)為該流量計(jì)沒有可動(dòng)部件，因而其可靠性也較高。同時(shí)，由于可將動(dòng)文丘里管類 靶1視為固定部件，因此可按照固定式節(jié)流元件前后壓差與被測(cè)流量間的關(guān)系對(duì)其進(jìn)行分 析。也就是說，按照已知的固定式節(jié)流元件的知識(shí)，被測(cè)流量中，干流的流量越大，動(dòng)文丘里 管類靶1前后的壓差也越大；而動(dòng)文丘里管類靶1前后的壓差越大，在該壓差驅(qū)動(dòng)下，流經(jīng) 動(dòng)文丘里管類靶1外部腔室的支流流量也越大。顯然，就流量與壓差相互間的變化趨勢(shì)來 說，干流和支流是正相關(guān)的。當(dāng)兩個(gè)變化趨勢(shì)完全一致(也就是對(duì)于整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)任意兩 個(gè)不同大小的流量，其干流與支流的流量之比都相同）時(shí)，通過對(duì)流量計(jì)的量程調(diào)整(不是 在中部通孔中流過最大干流與最大支流之和時(shí)將流量計(jì)輸出調(diào)為滿度，而是在中部通孔中 流過最大干流時(shí)將流量計(jì)輸出調(diào)為滿度)，可實(shí)現(xiàn)理論上無分流測(cè)量誤差的流量測(cè)量；即使 兩個(gè)變化趨勢(shì)只是大致差不多（也就是對(duì)于整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)各個(gè)不同大小的流量，其干流 與支流的流量之比均大致相同），通過量程調(diào)整后，流量的分流測(cè)量誤差也要比支流流量要 小很多。
[0018] 由于四個(gè)應(yīng)變片3構(gòu)成的測(cè)量電橋處于表殼4與表殼蓋5構(gòu)成殼體內(nèi)的壓力環(huán)境 中，為了不破壞殼體的密封性，測(cè)量電橋輸出端線纜與電源端線纜需經(jīng)密封式電纜連接器6 引出至表殼蓋5外面的力傳感器后續(xù)處理電路。當(dāng)被測(cè)流體具有使電路短路的特性時(shí)，還 要對(duì)應(yīng)變片3及其連接導(dǎo)線做絕緣保護(hù)層的相關(guān)處理。由于對(duì)動(dòng)文丘里管類靶1本身機(jī)械 強(qiáng)度的要求較低，同時(shí)也為了減少流量計(jì)安裝不水平造成的雙孔懸臂梁2應(yīng)變誤差，動(dòng)文 丘里管類靶1采用較輕的非金屬材質(zhì)。采用非金屬材質(zhì)也可以使動(dòng)文丘里管類靶1中部通 孔更不易結(jié)垢，造價(jià)也更低。
[0019] 前面說過，由于動(dòng)文丘里管類靶1的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，類靶式流量計(jì)中很容易克服靶式 流量計(jì)難以克服的兩個(gè)主要缺點(diǎn)，即克服其容易受介質(zhì)溫度變化影響產(chǎn)生溫漂，抗過載能 力較差這兩個(gè)缺點(diǎn)。溫漂的解決方案將在實(shí)施例四中介紹，這里先介紹如何抗過載。設(shè)計(jì) 時(shí)適當(dāng)選擇動(dòng)文丘里管類靶1環(huán)形的后端面與表殼4出口孔道環(huán)形的前端面間的距離，使 得在規(guī)定測(cè)量條件下雙孔懸臂梁2最大撓度小于該距離，兩個(gè)環(huán)形的端面相互不會(huì)接觸， 不影響正常測(cè)量。但在出現(xiàn)不正常的大脈沖流量時(shí)，則動(dòng)文丘里管類靶1超標(biāo)的向后位移 量使其環(huán)形的后端面與固定不動(dòng)的表殼4出口孔道環(huán)形的前端面接觸，從而將過大的推力 作用在表殼4上，防止其損壞雙孔懸臂梁2。
[0020] 實(shí)施例二 在圖2的實(shí)施方案中，可以看出本實(shí)施例與圖1的實(shí)施例在結(jié)構(gòu)上有很多相同之處，只 是兩者的力傳感器有所不同。在本實(shí)施例中，力傳感器的彈性元件采用了薄圓筒壁的撓性 管彈性體9,動(dòng)文丘里管類靶1固定連接在測(cè)量桿8下端，測(cè)量桿8上端與撓性管彈性體9 較厚的圓筒頂蓋固定連接。當(dāng)被測(cè)流體流過動(dòng)文丘里管類靶1時(shí)，流體的流動(dòng)在動(dòng)文丘里 管類靶1上產(chǎn)生了一個(gè)與流體流量相對(duì)應(yīng)的推力，此推力通過測(cè)量桿8傳遞到撓性管彈性 體9上，在撓性管彈性體9薄壁圓筒上產(chǎn)生彎矩作用，緊貼于撓性管彈性體9外表面上的四 個(gè)應(yīng)變片3組成的測(cè)量電橋失去平衡，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于推力大小的不平衡電壓輸出，力傳感器 后續(xù)電路通過對(duì)該電壓輸出做進(jìn)一步處理即可知被測(cè)流量大小。
[0021] 上述撓性管彈性體結(jié)構(gòu)形式也是目前新型靶式流量計(jì)常用的結(jié)構(gòu)形式，不同的是 在這里測(cè)量桿8下面固定的是動(dòng)文丘里管類靶1，而新型靶式流量計(jì)下面固定的是圓盤靶。 由于動(dòng)文丘里管類靶1采用非金屬材質(zhì)制造，因此其并不比金屬材質(zhì)的圓盤靶重多少。從 圖2可以看出，由于動(dòng)文丘里管類靶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，和實(shí)施例一中的情況相同，新型靶式流量 計(jì)抗過載能力較差的問題可以得到很好的解決，這里不再贅述。同樣，新型靶式流量計(jì)容易 受介質(zhì)溫度變化影響產(chǎn)生溫漂的解決方案可參見實(shí)施例四。在性能方面，由于文丘里管的 形狀特點(diǎn)，當(dāng)被測(cè)流體流過動(dòng)文丘里管類靶1的中部通孔時(shí)，流體流動(dòng)產(chǎn)生的渦流區(qū)域很 小，因此動(dòng)文丘里管類靶1比圓盤靶的阻力損失小很多、防堵塞能力也更強(qiáng)。又由于被測(cè)流 體主要流過動(dòng)文丘里管類靶1中部通孔，而不像靶式流量計(jì)那樣，被測(cè)流體需要流過圓盤 靶與測(cè)量管之間的環(huán)形縫隙，因此類靶式流量計(jì)可測(cè)量更小管徑的流量。
[0022] 實(shí)施例三 在圖3的實(shí)施方案中，可以看出本實(shí)施例與圖1的實(shí)施例在結(jié)構(gòu)上有很多相同之處， 只是兩者的傳感器有所不同。在本實(shí)施例中，采用了差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)的電容式位移傳感器，其 核心元件是兩組對(duì)稱安裝的電容，即兩片固定不動(dòng)的電容靜電極11和兩片隨杯形測(cè)量桿 14上部的彈性管13擺動(dòng)的電容動(dòng)電極10組成的兩組變參數(shù)電容。兩組變參數(shù)電容采用 差動(dòng)電容結(jié)構(gòu)，可以提高流量計(jì)的靈敏度和量程比。從圖3可以看出，文丘里管類靶1固定 安裝在杯形測(cè)量桿14上，杯形測(cè)量桿14密封連接在彈性管13上，彈性管13密封連接在基 座17上，基座17密封連接在表殼蓋5上。兩組變參數(shù)電容的差動(dòng)電容值輸入至電容讀取 芯片12,電容讀取芯片12和兩片電容靜電極11均固定安裝在絕緣支承棒15上，電容讀取 芯片12的信號(hào)、電源線纜由出線孔16引出。兩組變參數(shù)電容的兩片電容動(dòng)電極10能隨著 杯形測(cè)量桿14的微小偏移而發(fā)生位移，而兩片電容靜電極11的位置固定不動(dòng)。當(dāng)被測(cè)流 體流過動(dòng)文丘里管類靶1中部通孔，進(jìn)而使杯形測(cè)量桿14受力，電容動(dòng)電極10隨著彈性 管13彎轉(zhuǎn)而產(chǎn)生微小偏移時(shí)，兩