專利名稱：壓電式旋渦差動(dòng)流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于實(shí)時(shí)測量液體、氣體和蒸汽流量的傳感器。
目前國內(nèi)大部分流量傳感器都為殼體內(nèi)有動(dòng)件，如葉輪等，承受不了復(fù)雜介質(zhì)的沖擊破壞，測量污水流量時(shí)，結(jié)垢后測量精確度急劇下降，且容易堵塞泥沙，發(fā)生事故，影響生產(chǎn)。
渦街流量傳感器多為三角柱、四角柱、梯形柱等旋渦發(fā)生體應(yīng)力式檢測方式。雖然殼體內(nèi)無動(dòng)件，但將壓電陶瓷，半導(dǎo)體應(yīng)變片等轉(zhuǎn)換元件裝入旋渦發(fā)生體中。根據(jù)庫塔-茹科夫斯基理論，環(huán)流使柱體單位長度上受到升力，靠應(yīng)變，應(yīng)力使轉(zhuǎn)換元件產(chǎn)生脈沖信號進(jìn)行檢測。渦街信號強(qiáng)度與流體密度和流速的平方成正比例。這樣，在流體密度小(低壓氣體)和流量較小時(shí)，信號弱，易受干擾破壞，或外界條件稍有變化時(shí)便不能正常檢測。
本實(shí)用新型的目的是提出一種新型的流量傳感器，該傳感器具有較高的測量靈敏度，在小流量時(shí)利用差動(dòng)原理仍可以給出較強(qiáng)的檢測信號，抗干擾能力強(qiáng)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的將方柱型旋渦發(fā)生體1垂直于傳感器殼體11軸線緊固，其固定方式可以焊接、膠接，用緊固件緊固，在旋渦發(fā)生體1后(相對流體流動(dòng)方向)相隔一定距離裝有帶傳力軸6與觸頭板10的框架式結(jié)構(gòu)2，(觸頭板10、傳力軸6與框架式結(jié)構(gòu)2之間用焊接、粘結(jié)等方法固定)，旋渦發(fā)生體1與框架式結(jié)構(gòu)2相隔距離為管狀殼體11內(nèi)徑的(0.05～0.35)倍；使觸頭板10上的觸頭接觸用振動(dòng)膜封裝在調(diào)整座7內(nèi)的壓電陶瓷3上。調(diào)整座7開有長孔，可調(diào)，調(diào)后緊固在扣蓋4上。壓電陶瓷3的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。
由于旋渦發(fā)生體1與框架式結(jié)構(gòu)2之間存在間隙，充當(dāng)流體相互作用區(qū)，當(dāng)流體以一定速度流過時(shí)，在該間隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)流體停滯區(qū)，隨著兩列旋渦的交替放出，停滯區(qū)也隨之左右移動(dòng)。當(dāng)有旋渦從左邊放出時(shí)，在旋渦處，速度高而壓力低，這種低壓區(qū)的出現(xiàn)，使得停滯區(qū)向左偏移，造成大量流體涌向框架式結(jié)構(gòu)2的右臂，并對其產(chǎn)生推力。
與此相反，當(dāng)有旋渦從右邊放出時(shí)，旋渦處的低壓造成停滯區(qū)向右偏移，使得大量流體涌向框架式結(jié)構(gòu)2的左臂，并對其產(chǎn)生推力。由此可知，當(dāng)有旋渦交替生成時(shí)，停滯區(qū)隨之左右移動(dòng)，使得框架式結(jié)構(gòu)2的兩臂交替受到流體的涌動(dòng)力，其頻率與旋渦釋放頻率相同。通過檢測停滯區(qū)左右移動(dòng)的頻率，或者檢測流體對框架式結(jié)構(gòu)2的兩臂交替涌動(dòng)的頻率，就可以得出旋渦分離的頻率，并由此得出管道內(nèi)流體的平均流動(dòng)速度。有了上述結(jié)構(gòu)形式，如圖7所示，框架式結(jié)構(gòu)2為懸軸式，可微微擺動(dòng)(擺力)，使觸頭板10上的觸頭觸動(dòng)用振動(dòng)膜封裝在調(diào)整座7內(nèi)的壓電陶瓷3上，產(chǎn)生電信號，其變化頻率與旋渦釋放頻率相同。將壓電陶瓷3的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。這樣就實(shí)現(xiàn)了旋渦差動(dòng)式的機(jī)電變換。本實(shí)用新型采用可拆卸式結(jié)構(gòu)，如圖7所示，將旋渦發(fā)生體1用螺釘緊固在扣蓋4上，其下端用銷釘定位，進(jìn)而緊壓在殼體11中，實(shí)現(xiàn)旋渦發(fā)生體1垂直于傳感器殼體11軸線的緊固，并將軸尖支承8緊固在殼體11上，將傳力軸6固裝在框架式結(jié)構(gòu)2上，使軸尖支承8和傳力軸6分別支承在裝有石墨軸承5的孔中，組裝后成為可拆卸式結(jié)構(gòu)，使之維修方便，提高整機(jī)壽命。本實(shí)用新型的旋渦發(fā)生體1制成如

圖1所示的方柱型。帶傳力軸6與觸頭板10的框架式結(jié)構(gòu)2制成如圖4所示外輪廓及內(nèi)長孔輪廓均為直線，或如圖4雙點(diǎn)劃線所示上下為斜線的外輪廓，或如圖5所示的外輪廓制成中間寬，上下窄的圓弧連接形狀，或如圖6所示內(nèi)外輪廓均制成圓弧的形狀，或內(nèi)長孔輪廓仍為直線，外輪廓為弧線的形狀。本實(shí)用新型在框架式結(jié)構(gòu)2對稱中心的上部固緊傳力軸6，在傳力軸6的上部緊固觸頭板10，其觸頭板10既可以向后指向成為垂直尾翼式，又可以向前指向，即在360°任意方向均可，更可以垂直對稱于傳力軸6軸線緊固。然后調(diào)整調(diào)整座7，使觸頭與封裝的壓電陶瓷3接觸，實(shí)現(xiàn)如圖7所示在轉(zhuǎn)換腔9中的調(diào)整裝夾機(jī)電變換。
本實(shí)用新型的特點(diǎn)是信號強(qiáng)烈，抗干擾，性能穩(wěn)定可靠，測量精確度高，范圍度大，下限特別低，測量污水流量時(shí)對一般結(jié)垢不敏感。
圖1為本實(shí)用新型中旋渦發(fā)生體主視圖。
圖2為本實(shí)用新型中旋渦發(fā)生體側(cè)視圖。
圖3為本實(shí)用新型中框架式結(jié)構(gòu)主剖視原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實(shí)用新型為帶有傳力軸與觸頭板的框架式結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)用新型中框架式結(jié)構(gòu)外輪廓中間寬，上下窄的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實(shí)用新型中框架式結(jié)構(gòu)內(nèi)外輪廓均是圓弧形狀或內(nèi)長孔輪廓直線的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7為本實(shí)用新型在轉(zhuǎn)換腔中調(diào)整，機(jī)電變換結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例本實(shí)用新型中旋渦發(fā)生體為1鉻18鎳9鈦(1Cr18Ni9Ti)材料，寬為傳感器內(nèi)徑的0.26倍，厚為寬度的0.5倍，框架式結(jié)構(gòu)的寬度要滿足旋渦發(fā)生體寬＜框架寬＜1.6×旋渦發(fā)生體寬。本實(shí)用新型現(xiàn)已在大慶油田采油一廠污水測量管線上安裝使用。
權(quán)利要求1.一種壓電式旋渦差動(dòng)流量傳感器，主要包括機(jī)電變換器，其特征在于將方柱型旋渦發(fā)生體[1]垂直于傳感器殼體[11]軸線緊固，在旋渦發(fā)生體[1]后(相對流體流動(dòng)方向)相隔一定距離裝有帶傳力軸[6]與觸頭板[10]的框架式結(jié)構(gòu)[2]，旋渦發(fā)生體[1]與框架結(jié)構(gòu)[2]相隔距離為管狀殼體內(nèi)徑的0.05～0.35倍，框架式結(jié)構(gòu)[2]的外輪廓及內(nèi)長孔輪廓均為直線，或上下為斜線的外輪廓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于將旋渦發(fā)生體[1]用螺釘緊固在扣蓋[4]上，其下端用銷釘定位，進(jìn)而緊壓在殼體[11]中，實(shí)現(xiàn)旋渦發(fā)生體[1]垂直于傳感器殼體[11]軸線的緊固，并將軸尖支承[8]緊固在殼體[11]上，將傳力軸[6]固裝在框架式結(jié)構(gòu)[2]上，使軸尖支承[8]和傳力軸[6]分別支承在裝有石墨軸承[5]的孔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于將框架式結(jié)構(gòu)[2]上的觸頭板[10]接觸用振動(dòng)膜封裝在調(diào)整座[7]內(nèi)的壓電陶瓷[3]上，調(diào)整座[7]開有長孔，可調(diào)，調(diào)后緊固在扣蓋[4]上，壓電陶瓷[3]的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于在框架式結(jié)構(gòu)[2]對稱中心的上部固緊傳力軸[6]，在傳力軸[6]的上部緊固觸頭板[10]，其觸頭板[10]既可以向后指向成為垂直尾翼式，又可以向前指向，即在360°任意方向均可，更可以垂直對稱于傳力軸[6]軸線緊固，然后調(diào)整調(diào)整座[7]，使觸頭與封裝的壓電陶瓷[3]接觸，實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)換腔[9]中的調(diào)整裝夾機(jī)電變換。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結(jié)構(gòu)[2]外輪廓線為中間寬，上下窄圓弧連線的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結(jié)構(gòu)[2]內(nèi)外輪廓均為圓弧形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結(jié)構(gòu)[2]內(nèi)長孔輪廓為直線，外輪廓為弧線的形狀。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種壓電式旋渦差動(dòng)流量傳感器，其主要特征是將旋渦發(fā)生體垂直于傳感器殼體軸線緊固，在其后相隔(0.05～0.35)倍殼體內(nèi)徑的距離裝有帶傳力軸與觸頭板的框架式結(jié)構(gòu)。利用觸頭板上的觸頭觸動(dòng)封裝在調(diào)整座上的壓電陶瓷，實(shí)現(xiàn)機(jī)電變換，測量液體、氣體和蒸汽流量。本實(shí)用新型具有信號強(qiáng)烈，抗干擾，性能穩(wěn)定可靠，測量精確度高，量程寬等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01F1/56GK2257603SQ96203199
公開日1997年7月9日 申請日期1996年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月30日
發(fā)明者龔振起, 徐亞新, 龔海濤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 哈爾濱現(xiàn)代自動(dòng)化儀表研究所