本發(fā)明涉及一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器以及使用方法，屬于管道流速傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
流速計(jì)作為一個(gè)測(cè)量水流速度的設(shè)備，按領(lǐng)域，可以分為機(jī)械式、光學(xué)式、聲波學(xué)式等幾大類，其中：
光學(xué)式和聲波學(xué)式具有數(shù)據(jù)采集精度高，流速反饋及時(shí)、對(duì)管道流速不存在衰減等影響廣泛被使用在一些高精密的使用領(lǐng)域，比如：制藥、精密化工、流體模型建立、管道和水泵等精密流體輸送設(shè)備測(cè)試等；光學(xué)式和聲學(xué)式主要通過(guò)聲波、電磁波等介質(zhì)，利用其在不同流速的介質(zhì)下，對(duì)聲波、電磁波衰減影響不同、傳播速度不同的理念進(jìn)行制造，其主體包括發(fā)射器和接收器，均為高精密的設(shè)備；
在對(duì)環(huán)境的要求較高，很難使用在諸如電廠、化工廠等粉塵含量高、水汽含量高的環(huán)境，且此類設(shè)備成本也較高，對(duì)于一些環(huán)境較差的使用工況，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行經(jīng)常性的保養(yǎng)和維護(hù)，不是很適合這些單位產(chǎn)品利潤(rùn)較低的工廠使用；
機(jī)械式的流速計(jì)一般安裝于管道內(nèi)部，從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)，外界環(huán)境對(duì)機(jī)械式的流速計(jì)影響不大，而且機(jī)械式的流速計(jì)一般采用一個(gè)在流體中不斷旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)葉輪，通過(guò)驅(qū)動(dòng)葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)獲取流速，其主體結(jié)構(gòu)包括葉輪和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，適合一些利潤(rùn)低、使用量大、對(duì)數(shù)據(jù)精度要求不高的工廠，但機(jī)械式的流速計(jì)也存在較大的缺點(diǎn)，為了降低數(shù)據(jù)模擬的難度，一般葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與管道的軸線同軸，流體迎面朝向葉輪流動(dòng)，所以葉輪給管道中流體流速帶來(lái)的衰減十分巨大，不僅可能使得管道內(nèi)的流速無(wú)法達(dá)到工作指標(biāo)，同時(shí)此種結(jié)構(gòu)的流速也不是非常準(zhǔn)確，一般只能按照在管路結(jié)構(gòu)的尾管位置，使用范圍也很?。?/p>
如ZL201110251948.0提出的一種機(jī)械式的流速計(jì)，其采用一個(gè)大型葉輪實(shí)現(xiàn)對(duì)流速的檢測(cè)，此流速計(jì)流阻較大，對(duì)流體驅(qū)動(dòng)泵的揚(yáng)程要求較高，且對(duì)整個(gè)管路帶來(lái)的流速衰減也較大，此外，此流速計(jì)一般需要串聯(lián)到管道內(nèi)，如果需要對(duì)現(xiàn)有管路進(jìn)行安裝，那么需要將現(xiàn)有管路進(jìn)行拆卸，整體工程量較大，此外轉(zhuǎn)動(dòng)式的流速計(jì)如果葉輪的品質(zhì)不高的話，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也會(huì)給管道帶來(lái)一定的抖動(dòng)，影響管路的壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)、聲學(xué)式流速計(jì)成本高、使用環(huán)形要求高，葉輪式流速計(jì)流阻大、安裝困難等技術(shù)問(wèn)題，提供一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器以及使用方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器，包括固定基板，所述固定基板包括一個(gè)固定板和位于固定板兩邊的固定面，其中在所述固定板上安裝有擾流葉輪陣列機(jī)構(gòu)；
所述擾流葉輪陣列機(jī)構(gòu)包括安裝在固定板一側(cè)面的若干個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在所述固定板上設(shè)置有若干臺(tái)階式的轉(zhuǎn)動(dòng)孔，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部設(shè)置有一個(gè)卡接在轉(zhuǎn)動(dòng)孔臺(tái)階面上的環(huán)形凸起部，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)固定座，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)座，在所述固定座和轉(zhuǎn)動(dòng)座之間設(shè)置有電阻應(yīng)變片，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部還固定有一個(gè)葉輪，所述葉輪包括一個(gè)與管道流體軸線平行的葉輪軸，葉輪軸垂直固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，在所述葉輪軸上環(huán)形陣列固定有若干葉輪片，所述葉輪片帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)；
在所述固定面上部還設(shè)置有一個(gè)封閉外殼，所述封閉外殼邊緣與固定板之間封閉連接，在所述封閉外殼與固定板之間設(shè)置有一個(gè)膨脹空腔，在固定板朝向擾流片的兩端設(shè)置有兩個(gè)凸起的膨脹卡扣，在所述膨脹空腔內(nèi)填充有高壓惰性氣體，所述膨脹卡扣在膨脹空腔的驅(qū)動(dòng)下卡緊在管道壁面的開(kāi)口上；
在所述封閉外殼與固定板之間設(shè)置有若干連接筋；
所述管道流速計(jì)還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路包括與各個(gè)電阻應(yīng)變片連接的將電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，以及與各電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器，通過(guò)數(shù)據(jù)處理器將各個(gè)轉(zhuǎn)換器輸出的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示器顯示出實(shí)際流速；
所述固定面包括一個(gè)與管道外壁面對(duì)應(yīng)的貼合面，在所述固定面的端部加工有環(huán)形開(kāi)口，構(gòu)成一個(gè)固定環(huán)，在兩個(gè)固定面的固定環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)箍緊帶。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述葉輪采用一體鑄造制成，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間通過(guò)螺釘固定。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述葉輪陣列橫向分為中間區(qū)和沿層區(qū)，所述沿層區(qū)位于中間區(qū)的兩側(cè)，所述沿層區(qū)電阻應(yīng)變片的的靈敏度大于中間區(qū)電阻應(yīng)變片的靈敏度。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，在所述固定板和固定面之間設(shè)置有減振區(qū)，所述減振區(qū)的厚度小于固定板、固定面的厚度，減振區(qū)為連續(xù)的之字形緩沖結(jié)構(gòu)。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，在所述固定板和固定面的交界位置設(shè)置有一個(gè)條形的密封膠塊，所述密封膠塊與管道壁面接觸。
一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器的使用方法，包括如下若干個(gè)步驟：
第一步，安裝，在待測(cè)流量的管道壁面上切開(kāi)一個(gè)方形的開(kāi)口，開(kāi)口面積根據(jù)固定基板的在平面上的投影面積進(jìn)行設(shè)置，將本流速計(jì)裝入到開(kāi)口內(nèi)，使得葉輪伸入到管道內(nèi)，將固定面通過(guò)粘合劑或者螺釘固定到管道的壁面上；
第二步，測(cè)試，打開(kāi)管道的通路，使得管道內(nèi)填充有一定流速的流體，且保證擾流片至少有百分之50,處于流體介質(zhì)內(nèi)，且開(kāi)口與流速計(jì)之間不發(fā)生泄漏；
第三步，數(shù)據(jù)采集，將流體的速度增大至正常工作狀態(tài)，使得正常工作狀態(tài)下的流體對(duì)葉輪產(chǎn)生擾動(dòng)，使得葉輪處于一定擺動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)葉輪的擺動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電阻應(yīng)變片扭曲，通過(guò)對(duì)各電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)的收集，可以獲得葉輪的擺動(dòng)程度和擺動(dòng)頻率，通過(guò)相關(guān)計(jì)算式即可獲得流體在不同流層位置的流速。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本結(jié)構(gòu)通過(guò)在管道內(nèi)安裝若干個(gè)葉輪，通過(guò)不同流速流體對(duì)葉輪上葉輪片擾動(dòng)影響不同的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)流速的測(cè)量，相比于轉(zhuǎn)動(dòng)式的葉輪流速計(jì)，對(duì)流體流速的衰減更小，除了葉輪片表面的沿層阻力外，給管路帶來(lái)的流速影響較小，不會(huì)因?yàn)閱蝹€(gè)流速計(jì)而影響到整個(gè)管路的流速。
2、本結(jié)構(gòu)的葉輪片接觸面積大，且通過(guò)螺釘連接，整體性強(qiáng)，強(qiáng)度高，不容易發(fā)生損壞。
3、膨脹空腔可以使得本流速計(jì)應(yīng)用在一些流體工作壓力較高的場(chǎng)合，使得本結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)榱黧w壓縮壓力變化過(guò)大，使得本產(chǎn)品被高壓排出。
4、本流速計(jì)可以通過(guò)切割機(jī)對(duì)現(xiàn)有管道進(jìn)行開(kāi)口并安裝，簡(jiǎn)單方便，不需要拆卸某些管路段，相比于葉輪式，安裝復(fù)雜度更低。
5、本流速計(jì)的固定帶可以在一些不方便粘合和螺釘鉆孔的管壁上實(shí)現(xiàn)流速計(jì)的固定。
6、本流速計(jì)的減振區(qū)可以有效降低擾流片給整體管路帶來(lái)的抖動(dòng)影響，相比于轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪式的流速計(jì)，更加穩(wěn)定性。
7、陣列設(shè)置的葉輪考慮到了管路內(nèi)不同位置管道沿層阻力不同，流速也不同的問(wèn)題，為了保證流速，為了補(bǔ)償葉輪不同位置的擾流影響較不同可能導(dǎo)致管路壁面位置流速檢測(cè)不準(zhǔn)確的問(wèn)題，本結(jié)構(gòu)改良了不同位置振動(dòng)片傳感器的精度，控制了成本，保證了整個(gè)設(shè)備的精度。
8、封閉外殼可以在流速計(jì)處于一些環(huán)境較差的工況時(shí)，保證壓力傳感器不受水汽、空氣和一些活性氣體的腐蝕，也不容易受外界壓力的影響。
9、本結(jié)構(gòu)主要利用葉輪片擾動(dòng)時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)間大小來(lái)識(shí)別流速，所以對(duì)于葉輪的制造時(shí)的精度要求更低，相比于質(zhì)量平衡要求度較高的葉輪式流速計(jì)，本結(jié)構(gòu)品控要求更低，可以有效降低制造成本，縮短制造時(shí)間。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
圖1是本發(fā)明的剖面示意圖。
圖中：1、葉輪；2、固定板；3、固定面；4、減震區(qū)；5、連接筋；6、封閉外殼；7、氣嘴；8、電阻應(yīng)變片；9、轉(zhuǎn)動(dòng)軸；10、密封膠塊；11、膨脹卡扣；12、固定環(huán)；13、箍緊帶；14、固定帶；A中間區(qū)；B、沿層區(qū)。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
如圖1，一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器，包括固定基板，所述固定基板包括一個(gè)固定板和位于固定板兩邊的固定面，其中在所述固定板上安裝有擾流葉輪陣列機(jī)構(gòu)；
所述擾流葉輪陣列機(jī)構(gòu)包括安裝在固定板一側(cè)面的若干個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在所述固定板上設(shè)置有若干臺(tái)階式的轉(zhuǎn)動(dòng)孔，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部設(shè)置有一個(gè)卡接在轉(zhuǎn)動(dòng)孔臺(tái)階面上的環(huán)形凸起部，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)固定座，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸內(nèi)部設(shè)置有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)座，在所述固定座和轉(zhuǎn)動(dòng)座之間設(shè)置有電阻應(yīng)變片，在所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的端部還固定有一個(gè)葉輪，所述葉輪包括一個(gè)與管道流體軸線平行的葉輪軸，葉輪軸垂直固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，在所述葉輪軸上環(huán)形陣列固定有若干葉輪片，所述葉輪片帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，所述葉輪采用一體鑄造制成，與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間通過(guò)螺釘固定；
在所述固定面上部還設(shè)置有一個(gè)封閉外殼，所述封閉外殼邊緣與固定板之間封閉連接，在所述封閉外殼與固定板之間設(shè)置有一個(gè)膨脹空腔，在固定板朝向擾流片的兩端設(shè)置有兩個(gè)凸起的膨脹卡扣，在所述膨脹空腔內(nèi)填充有高壓惰性氣體，所述膨脹卡扣在膨脹空腔的驅(qū)動(dòng)下卡緊在管道壁面的開(kāi)口上；
在所述封閉外殼與固定板之間設(shè)置有若干連接筋；
所述管道流速計(jì)還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路包括與各個(gè)電阻應(yīng)變片連接的將電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器，以及與各電阻應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換器連接的數(shù)據(jù)處理器，通過(guò)數(shù)據(jù)處理器將各個(gè)轉(zhuǎn)換器輸出的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和轉(zhuǎn)換，并通過(guò)數(shù)據(jù)顯示器顯示出實(shí)際流速；
所述固定面包括一個(gè)與管道外壁面對(duì)應(yīng)的貼合面，在所述固定面的端部加工有環(huán)形開(kāi)口，構(gòu)成一個(gè)固定環(huán)，在兩個(gè)固定面的固定環(huán)之間設(shè)置有一個(gè)箍緊帶。
所述葉輪陣列橫向分為中間區(qū)和沿層區(qū)，所述沿層區(qū)位于中間區(qū)的兩側(cè)，所述沿層區(qū)電阻應(yīng)變片的的靈敏度大于中間區(qū)電阻應(yīng)變片的靈敏度。
在所述固定板和固定面之間設(shè)置有減振區(qū)，所述減振區(qū)的厚度小于固定板、固定面的厚度，減振區(qū)為連續(xù)的之字形緩沖結(jié)構(gòu)。
在所述固定板和固定面的交界位置設(shè)置有一個(gè)條形的密封膠塊，所述密封膠塊與管道壁面接觸。
一種固定式葉輪結(jié)構(gòu)的管道流速傳感器的使用方法，包括如下若干個(gè)步驟：
第一步，安裝，在待測(cè)流量的管道壁面上切開(kāi)一個(gè)方形的開(kāi)口，開(kāi)口面積根據(jù)固定基板的在平面上的投影面積進(jìn)行設(shè)置，將本流速計(jì)裝入到開(kāi)口內(nèi)，使得葉輪伸入到管道內(nèi)，將固定面通過(guò)粘合劑或者螺釘固定到管道的壁面上；
第二步，測(cè)試，打開(kāi)管道的通路，使得管道內(nèi)填充有一定流速的流體，且保證擾流片至少有百分之50,處于流體介質(zhì)內(nèi)，且開(kāi)口與流速計(jì)之間不發(fā)生泄漏；
第三步，數(shù)據(jù)采集，將流體的速度增大至正常工作狀態(tài)，使得正常工作狀態(tài)下的流體對(duì)葉輪產(chǎn)生擾動(dòng)，使得葉輪處于一定擺動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)葉輪的擺動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得電阻應(yīng)變片扭曲，通過(guò)對(duì)各電阻應(yīng)變片數(shù)據(jù)的收集，可以獲得葉輪的擺動(dòng)程度和擺動(dòng)頻率，通過(guò)相關(guān)計(jì)算式即可獲得流體在不同流層位置的流速。
制造時(shí)，首先采用一整個(gè)不銹鋼板沖壓加工獲得固定板、固定面以及之字形緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖減振區(qū)；
隨后在沖壓后的不銹鋼上進(jìn)行激光切割，獲得條形溝槽和環(huán)形開(kāi)口；
之后在固定板上安裝焊接引導(dǎo)管，連通引導(dǎo)管鉆孔獲得臺(tái)階孔，并安裝轉(zhuǎn)動(dòng)軸，同時(shí)安裝電阻應(yīng)變片，最后在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝葉輪；
安裝完成后，安裝封閉外殼，即可完成產(chǎn)品的生產(chǎn)；
安裝時(shí)，首先對(duì)管道壁進(jìn)行切割，通過(guò)膨脹卡扣，將本傳感器卡入到管道的切割開(kāi)口處，然后套接固定帶，再根據(jù)具體情形選擇不同規(guī)格的密封膠條和密封膠片進(jìn)行本產(chǎn)品的安裝和密封調(diào)試，安裝完成后對(duì)膨脹空腔進(jìn)行充氣，使得膨脹空腔內(nèi)壓力與管道內(nèi)流體工作壓力相對(duì)持平。
測(cè)量時(shí)，本結(jié)構(gòu)分為A、B兩個(gè)區(qū)域，分別針對(duì)不同的沿層流阻，設(shè)計(jì)了中間區(qū)和沿層區(qū)，使得兩個(gè)區(qū)域的電阻應(yīng)變片的精度不同，在保證流體流速檢測(cè)的精度的同時(shí)，降低了設(shè)備的成本；
葉輪的葉輪片受到流體的驅(qū)動(dòng)而發(fā)生抖動(dòng)，在抖動(dòng)時(shí)，擾動(dòng)的力在轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)上體現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)，電阻應(yīng)變片發(fā)生扭曲，電阻應(yīng)變片的電阻值發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量獲得的電阻值變化數(shù)據(jù)可以通過(guò)相關(guān)的擾流公式轉(zhuǎn)化成實(shí)際的局部流速值，再通過(guò)相關(guān)矩陣變化就可以獲得管道內(nèi)流體的流速和粘度的情況。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。