專利名稱：一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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(yīng)流量傳感器。
背景技術(shù)：
渦街流量傳感器是20世紀(jì)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(yīng)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(jì)工業(yè)應(yīng)用好壞的一個重要指標(biāo)。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(jī)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(jìn)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(yīng)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(dāng)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“一種固定式自減振差動流量傳感器”(ZL03228292.3)，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，殼體內(nèi)設(shè)有通孔，通孔中間有一個把通孔等分為上下兩個對稱區(qū)間的凸臺，通孔的兩端分別有彈性膜片密封，每個區(qū)間內(nèi)分別有壓電陶瓷片和環(huán)形絕緣質(zhì)量塊，壓電陶瓷片的一端與彈性膜片固定，上下兩個壓電陶瓷片的引線相接經(jīng)通道從平板出線孔引出。固定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(dāng)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
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式多點(diǎn)感應(yīng)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。
本發(fā)明的上述技術(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多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，結(jié)構(gòu)本體上設(shè)有出線孔，出線孔內(nèi)設(shè)有引線；所述的檢測單元包括殼體，殼體內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的一端由彈性膜片密封，檢測單元有2n個，n≥2，檢測單元沿流體流動方向處于同一水平面的并列的兩個檢測單元為一對，同一對檢測單元的通孔設(shè)置彈性膜片端相反；檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；彈性膜片的一側(cè)設(shè)有壓電陶瓷片，壓電陶瓷片內(nèi)設(shè)有電極片，電極片連接著引線，引線由出線孔引出；壓電陶瓷片與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。結(jié)構(gòu)本體整體設(shè)于流量計(jì)的管道壁內(nèi)，管道壁對應(yīng)于結(jié)構(gòu)本體處設(shè)有導(dǎo)出孔，通過在管道上的導(dǎo)出孔，使得結(jié)構(gòu)本體底面的彈性膜片能感應(yīng)到渦流的振動，從而將產(chǎn)生信號。將其設(shè)在管道壁內(nèi)，使得對應(yīng)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方向，即管道的軸線方向，兩個彈性膜片構(gòu)成的感應(yīng)面呈水平布置，有利于信號的采集，而且穩(wěn)定性也更好。并列的一對檢測單元的兩個彈性膜片相對焊接在兩個檢測單元的不同端，即如果左側(cè)的檢測單元的彈性膜片焊接在通孔的左邊，那么右側(cè)的檢測單元的彈性膜片就焊接在通孔的右邊。同理，左側(cè)的檢測單元的彈性膜片焊接在通孔的右邊，那么右側(cè)的檢測單元的彈性膜片就焊接在通孔的左邊。此種結(jié)構(gòu)的設(shè)置才能利用差動原理，抵消左右端相同的信號，得出正確的結(jié)論。將彈性膜片設(shè)置在不同的檢測單元上，從而才能利用差動原理，因此檢測單元的數(shù)目一定是2n個。
作為優(yōu)選，在所述的結(jié)構(gòu)本體的底面沿流體流動方向設(shè)有隔板，隔板的兩側(cè)分別固定有m對檢測單元，m對檢測單元水平并列設(shè)置在結(jié)構(gòu)本體的底面上，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對檢測單元一字排開，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，隔板的一側(cè)一字排開m對檢測單元，此時隔板的長度大于m對檢測單元的總長度。
作為優(yōu)選，在所述的結(jié)構(gòu)本體的底面沿流體流動方向設(shè)有隔板，隔板的兩側(cè)分別固定有m對檢測單元，m對檢測單元豎直并列設(shè)置，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對檢測單元，隔板的長度略大于一對檢測單元的總長度。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元的個數(shù)n為2，m為1。由四個檢測單元構(gòu)成，成本相對較低，制造簡單，效果也不錯。
通孔的另一端可以直接封閉，也可以設(shè)置預(yù)緊裝置封閉。作為優(yōu)選，通孔的另一端設(shè)有金屬預(yù)緊塊，金屬預(yù)緊塊與殼體間螺紋連接，壓電陶瓷片設(shè)在金屬預(yù)緊塊與彈性膜片之間。彈性膜片焊接在通孔的一端，另一端采用金屬預(yù)緊塊擰緊，金屬預(yù)緊塊可以是通過螺紋固定在通孔的另一端，然后再焊接固定。采用了金屬預(yù)緊塊便于裝配，而且采用了預(yù)緊，令壓電陶瓷片更緊密與彈性膜片相接。
作為優(yōu)選，一對并列設(shè)置的檢測單元中左邊的檢測單元的右端設(shè)置有彈性膜片，右邊的檢測單元的左端設(shè)置有彈性膜片。兩個檢測單元之間留有一定的空隙，兩個彈性膜片相對設(shè)置的位置是兩個檢測單元的內(nèi)側(cè)，這樣金屬預(yù)緊塊就置于兩個檢測單元的外側(cè)，方便了將金屬預(yù)緊塊擰入通孔內(nèi)，方便預(yù)緊裝置的安裝。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元為圓柱體狀，2n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，絕緣片為陶瓷片或云母片，呈圓環(huán)狀。
因此，本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)合理，將傳感器置于管道內(nèi)壁內(nèi)，采用膜片感應(yīng)，對不同的管道具有通用性；而且本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器設(shè)置預(yù)緊裝置，使得彈性膜片與壓電陶瓷片緊密連接，從而有較高的測量靈敏度，在小流量時利用差動原理仍可以輸出較強(qiáng)的檢測信號，其內(nèi)部四個檢測單元的安裝結(jié)構(gòu)具有自減振功能，有較強(qiáng)的抗干擾性和較大的量程范圍，可靠性高。


圖1是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器的主視圖。
圖2是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器的仰視圖。
圖3是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器的應(yīng)用原理圖。
圖4是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器的應(yīng)用原理圖的側(cè)視圖。
圖5是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器隔板兩側(cè)各設(shè)有多對檢測單元的示意圖；圖6是本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器另一種隔板兩側(cè)各設(shè)有多對檢測單元的示意圖。
其中流體流動方向?yàn)閄。
具體實(shí)施事例下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例1如附圖1、2、3和4所示，一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體7和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體7底端上的兩對檢測單元6，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(shè)有兩個導(dǎo)壓孔12，檢測單元6通過導(dǎo)壓孔12感受旋渦發(fā)生體的交變應(yīng)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13上設(shè)有一塊沿流體流動方向X，也就是沿管道11的軸線方向設(shè)置的隔板10，隔板10的兩側(cè)對稱的各分布著一對檢測單元6，檢測單元6呈圓柱狀，隔板10的高度與檢測單元6的直徑相同。檢測單元6包括殼體9，在殼體9內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的軸線方向與流體流動方向X平行。隔板10一側(cè)的兩個檢測單元6沿流體流動方向X并列焊接在隔板10上，兩個檢測單元6間設(shè)有間隙14。構(gòu)成間隙14的是兩個檢測單元6的通孔的兩個端面，此兩端端面上設(shè)有彈性膜片8。通孔上與彈性膜片8相對的另一端設(shè)有金屬預(yù)緊塊4，金屬預(yù)緊塊4通孔螺紋擰接在通孔上，然后焊接固定。在金屬預(yù)緊塊4和彈性膜片8間設(shè)有壓電陶瓷片3，壓電陶瓷片3的中部設(shè)有電極片2，電極片2的上端連接著出線孔1，將由彈性膜片8感應(yīng)到的信號輸出。在壓電陶瓷片3與殼體9間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片5，絕緣片5呈圓環(huán)狀包裹著壓電陶瓷片3，絕緣片5采用云母片構(gòu)成。
本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器B安裝在渦街流量計(jì)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(dāng)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(dǎo)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(shè)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(qiáng)，擴(kuò)大了流量傳感器的量程范圍。
當(dāng)流體由于管道振動、閥門開啟等隨機(jī)因素的影響，發(fā)生流體振蕩時，會導(dǎo)致彈性膜片8或傳感器殼體產(chǎn)生跟隨振動。因?yàn)楦舭?0同側(cè)兩個檢測單元6的彈性膜片8的安裝方向是相反的，所以同側(cè)兩個檢測單元6中的壓電陶瓷片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(fù)電荷信號，假設(shè)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10兩側(cè)的檢測單元6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，本發(fā)明的外置式多點(diǎn)感應(yīng)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(shí)施例2如附圖5所示，一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，包括結(jié)構(gòu)本體7，結(jié)構(gòu)本體7的底面13設(shè)有隔板10，隔板10的兩邊的水平方向各焊接有兩對檢測單元6，兩對檢測單元6沿管道11軸線方向列在一排，相鄰兩個檢測單元6間均設(shè)有間隙，隔板的長度大于四個檢測單元的總長度，隔板的高度與檢測單元的直徑相同。其余與實(shí)施例1同。
實(shí)施例3如圖6所示，一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，包括結(jié)構(gòu)本體7，結(jié)構(gòu)本體7的底面13設(shè)有隔板10，隔板10的兩邊的垂直方向各焊接有兩對檢測單元6，這兩對檢測單元6沿管道11的徑向方向排列，隔板的長度略大于兩個檢測單元6的總長度，隔板的高度大于檢測單元6的直徑的2倍。其余與實(shí)施例1同。
權(quán)利要求
1.一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，包括一個結(jié)構(gòu)本體(7)和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體(7)底面(13)上的檢測單元(6)，結(jié)構(gòu)本體(7)上設(shè)有出線孔(1)，出線孔(1)內(nèi)設(shè)有引線；檢測單元(6)包括殼體(9)，殼體(9)內(nèi)設(shè)有通孔，通孔的一端由彈性膜片(8)密封，其特征在于所述的檢測單元(6)有2n個，n≥2，檢測單元(6)沿流體流動方向處于同一水平面的并列的兩個檢測單元(6)為一對，同一對檢測單元(6)的通孔設(shè)置彈性膜片(8)端相對或相反；檢測單元(6)上的通孔方向與流體流動方向一致；彈性膜片(8)的一側(cè)設(shè)有壓電陶瓷片(3)，壓電陶瓷片(3)內(nèi)設(shè)有電極片(2)，電極片(2)上連接著引線，引線由出線孔(1)引出；壓電陶瓷片(3)與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于在所述的結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)沿流體流動方向設(shè)有隔板(10)，隔板(10)的兩側(cè)分別固定有m對檢測單元(6)，m對檢測單元(6)水平并列設(shè)置在結(jié)構(gòu)本體(7)的底面(13)上，n是m的整數(shù)倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于在所述的結(jié)構(gòu)本體(7)的底面沿流體流動方向設(shè)有隔板(10)，隔板(10)的兩側(cè)分別固定有m對檢測單元(6)，m對檢測單元(6)豎直并列設(shè)置，n是m的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的n為2，m為1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于通孔的另一端設(shè)有金屬預(yù)緊塊(4)，金屬預(yù)緊塊(4)與殼體(9)間螺紋連接，壓電陶瓷片(3)設(shè)在金屬預(yù)緊塊(4)與彈性膜片(8)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于通孔的另一端設(shè)有金屬預(yù)緊塊(4)，金屬預(yù)緊塊(4)與殼體(9)間螺紋連接，壓電陶瓷片(3)設(shè)在金屬預(yù)緊塊(4)與彈性膜片(8)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于一對并列設(shè)置的檢測單元(6)中左邊的檢測單元(6)的右端設(shè)置有彈性膜片(8)，右邊的檢測單元(6)的左端設(shè)置有彈性膜片(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于一對并列設(shè)置的檢測單元(6)中左邊的檢測單元(6)的右端設(shè)置有彈性膜片(8)，右邊的檢測單元(6)的左端設(shè)置有彈性膜片(8)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(6)為圓柱體狀，2n個檢測單元內(nèi)(6)的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同，絕緣片(5)為陶瓷片或云母片，呈圓環(huán)狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種外置式多點(diǎn)感應(yīng)流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(6)為圓柱體狀，2n個檢測單元內(nèi)(6)的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質(zhì)量和靈敏度系數(shù)都相同，絕緣片(5)為陶瓷片或云母片，呈圓環(huán)狀。
全文摘要
本發(fā)明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(yīng)流量傳感器。其包括一個結(jié)構(gòu)本體和設(shè)于結(jié)構(gòu)本體底面上的檢測單元，檢測單元有2n個，n≥2，檢測單元沿流體流動方向處于同一水平面的并列的兩個檢測單元為一對，同一對檢測單元的通孔設(shè)置彈性膜片端相反；檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；彈性膜片的一側(cè)設(shè)有壓電陶瓷片，壓電陶瓷片內(nèi)設(shè)有電極片，電極片連接著引線，引線由出線孔引出；壓電陶瓷片與通孔壁間設(shè)有間隙，間隙內(nèi)填充有絕緣片。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式多點(diǎn)感應(yīng)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G01F1/32GK1982853SQ20051006194
公開日2007年6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