專利名稱：一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器的制作方法
技術領域：
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)動感應流量傳感器。
背景技術：
渦街流量傳感器是20世紀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工業(yè)應用好壞的一個重要指標。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。目前國內外較先進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“懸浮式自減振差動流量傳感器”(ZL03228293.1)，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，殼體具有與平板軸線平行的通孔，該通孔與平板的軸向出線孔有通道相通，通孔的兩端分別有彈性膜片密封，通孔內有兩個壓電陶瓷片，兩個壓電陶瓷片的一端分別與彈性膜片固定，另一端與設在壓電陶瓷片之間的金屬塊固定，兩壓電陶瓷片及金屬塊的周邊與通孔壁之間留有間隙，金屬塊的引線經通道從平板出線孔引出。懸浮式自減振差動流量傳感器是將平板深入管道內，置于鈍體的后面，檢測單元的放置是垂直于管道的軸線的。這種結果的流量傳感器由于將平板深入到管道內，所以其通用性不好，當管道直徑變化時，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，容易產生混入大量的噪聲。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種結構簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動感應流量傳感器；解決了現(xiàn)有技術中存在的輸出信號混入大量的噪聲，通用性不好的技術問題。
本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結構本體和設于結構本體底面上的檢測單元，所述的結構本體上設有出線孔，出線孔內設有引線；所述的檢測單元包括殼體，殼體內設有通孔，通孔的兩端設有彈性膜片，彈性膜片緊挨著壓電陶瓷片，所述的檢測單元有n個，n≥2，檢測單元設于結構本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設有電極片，電極片上連接著引線，引線由出現(xiàn)孔引出；所述的由壓電陶瓷片、電極片構成的內芯與通孔壁間設有間隙，間隙內填充有絕緣片。結構本體設置在管道壁內，通過在管道上開孔，使得結構本體底面的彈性膜片能感應到渦流的振動，從而將產生信號。將其設在管道壁內，使得對應于不同的管道直徑都能夠通用。檢測單元內的通孔的開口方向沿著流體流動的方向，也就是管道的軸線方向，兩個彈性膜片構成的感應面呈水平布置，有利于信號的采集，而且穩(wěn)定性也更好。
作為優(yōu)選，在結構本體的底面上沿流體流動方向設有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側，每一側沿流體流動方向并列設置有m個檢測單元，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，隔板的兩側的m個檢測單元一字排開，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，隔板的長度大于檢測單元長度的m倍。
作為優(yōu)選，在結構本體的底面上沿流體流動方向設有隔板，檢測單元分列在隔板的兩側，每一側沿豎直方向并列設置有m個檢測單元，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，這樣在隔板的一側沿豎直方向焊接有m個檢測單元。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元的個數(shù)n為2，m為1。由兩個檢測單元構成，成本相對較低，制造簡單，效果也不錯。
作為優(yōu)選，壓電陶瓷片中部設有兩個電極片，兩個電極片之間設有絕緣塊。在壓電陶瓷片中部設置兩個電極片，電極片上緊挨著兩端的壓電陶瓷片上，通過兩個引線孔將兩端的信號分別傳輸，由上部的信號分析系統(tǒng)進行差分計算分析。兩個電極片之間設置絕緣塊，將兩邊的電極片分隔開。檢測單元的通孔內按照“壓電陶瓷片-電極片-絕緣塊”的順序左右對稱的緊密排列。
作為優(yōu)選，所述的檢測單元為圓柱體狀，兩個檢測單元內的壓電陶瓷片的尺寸、質量和靈敏度系數(shù)都相同。
作為優(yōu)選，絕緣塊為陶瓷塊或云母塊。
因此，本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器具有結構簡單，設計合理，將傳感器置于管道內壁內，采用膜片感應，對不同的管道具有通用性；而且本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器沒有設置預緊裝置，其內部的懸浮式結構具有自減振功能，有較強的抗干擾性和較大量程范圍，可靠性高。
圖1是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的主視圖。
圖2是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的仰視圖。
圖3是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的應用原理圖。
圖4是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的應用原理圖的側視圖。
圖5是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的隔板側設有多個檢測單元的結構示意圖。
圖6是本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器的另一種隔板側設有多個檢測單元的結構示意圖。
其中，流體流動方向為X。
具體實施事例下面通過實施例，并結合附圖，對本發(fā)明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1如附圖1、2、3和4所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結構本體7和設于結構本體7底端上的兩個檢測單元5，結構本體7置于傳感器的管道11壁內，管道11壁上設有兩個導壓孔12，檢測單元5通過導壓孔12感受旋渦發(fā)生體的交變應力，結構本體7置于傳感器管道11壁內，使得傳感器的通用性更好。結構本體7的底面設有兩個檢測單元5，兩個檢測單元5之間設有隔板10，檢測單元5為圓柱狀，其通過焊接在結構本體7的底面13和隔板10上而固定。隔板10的高度略大于檢測單元5的直徑，隔板10沿流體流動的方向X，也就是管道11的軸線設置，檢測單元5包括殼體1和內芯，殼體1內設有通孔，通孔的開口方向沿著流體流動的方向X。通孔的兩端開口處分別焊接有彈性膜片2，兩個彈性膜片2間形成的密封空間內，按照“壓電陶瓷片3-電極片8-絕緣塊9”的順序左右對稱排列，其中彈性膜片2緊挨著壓電陶瓷片3，彈性膜片2、壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9均兩兩緊密連接。壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9構成內芯，兩片電極片8的引線經過結構本體7內的出線孔6引出。這兩個壓電陶瓷片3的尺寸、質量和靈敏度系數(shù)都相同。壓電陶瓷片3、電極片8和絕緣塊9與通孔間設有間隙，在間隙內填充有絕緣片4。整個檢測單元5在管道11內處于水平方向，這樣更利于信號的采集。
本發(fā)明的外置式聯(lián)動感應流量傳感器B安裝在渦街流量計中旋渦發(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。當一恒穩(wěn)流流經旋渦發(fā)生體時，在其后側會產生旋渦，從兩側交替發(fā)出，形成兩列并排的渦街，稱為卡門渦街。該渦街會產生交替的P1、P2交變壓力，通過導壓孔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產生交變電荷。這時四個電極片8會分別輸出正弦信號，設左側單元輸出信號為S1和S1’，右側為S2和S2’，這四個信號有以下關系①隔板同側的兩個信號幅值和相位都相等，即S1＝S1’，S2＝S2’；②隔板不同側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，擴大了流量傳感器的量程范圍。
當流體由于管道振動、閥門開啟等隨機因素的影響，發(fā)生流體振蕩時，會導致彈性膜片2或傳感器殼體產生跟隨振動。由于檢測單元5內部絕緣塊9的慣性作用，檢測單元5中左右對稱的兩個壓電陶瓷片3會分別受壓和受拉，這使得兩個壓電陶瓷片3分別產生相等的正負電荷信號，假設為X1(+)和X2(-)。在信號合成時，同側的兩個信號相加X1+X2，干擾振動所產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兩側的檢測單元上，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)明的外置式聯(lián)動感應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。
實施例2如圖5所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結構本體7和設于結構本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側各焊接有兩個檢測單元5，兩個檢測單元5沿管道10軸線方向并列在一排，檢測單元5為圓柱狀，隔板10的長度大于檢測單元5的長度的2倍，隔板10的高度與檢測單元5的直徑相同。其余與實施例1同。
實施例3如圖6所示，一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結構本體7和設于結構本體7底面13上的隔板10，隔板10的兩側各焊接有兩個檢測單元5，兩個檢測單元5沿管道10徑向方向排列為一列，檢測單元5為圓柱狀，隔板10的高度大于檢測單元5的直徑的2倍，其余與實施例1同。
權利要求
1.一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，包括一個結構本體(7)和設于結構本體(7)底面(13)上的檢測單元(5)，結構本體(7)上設有出線孔(6)；出線孔(6)內設有引線，所述的檢測單元(5)包括殼體(1)，殼體(1)內設有通孔，通孔的兩端設有彈性膜片(2)，彈性膜片(2)緊挨著壓電陶瓷片(3)，其特征在于所述的檢測單元(5)有n個，n≥2，檢測單元(5)設于結構本體(7)的底面(13)上，檢測單元(5)上的通孔方向與流體流動的方向一致；所述的壓電陶瓷片(3)中部設有電極片(8)，電極片(8)上連接著引線，引線由出線孔(6)引出；所述的由壓電陶瓷片(3)、電極片(8)構成的內芯與通孔壁間設有間隙，間隙內填充有絕緣片(4)。
2.根據權利要求1所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于在結構本體(7)的底面(13)上沿流體流動方向設有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側，每一側沿流體流動方向并列設置有m個檢測單元(5)，n是m的整數(shù)倍。
3.根據權利要求1所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于在結構本體(7)的底面(13)上沿流體流動方向設有隔板(10)，檢測單元(5)分列在隔板(10)的兩側，每一側沿豎直方向并列設置有m個檢測單元(5)，n是m的整數(shù)倍。
4.根據權利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)的個數(shù)n為2，m為1。
5.根據權利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設有兩個電極片(8)，兩個電極片(8)之間設有絕緣塊(9)。
6.根據權利要求4所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于壓電陶瓷片(3)中部設有兩個電極片(8)，兩個電極片(8)之間設有絕緣塊(9)
7.根據權利要求1或2或3所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)為圓柱體狀，兩個檢測單元(5)內的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質量和靈敏度系數(shù)都相同。
8.根據權利要求6所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于所述的檢測單元(5)為圓柱體狀，兩個檢測單元(5)內的壓電陶瓷片(3)的尺寸、質量和靈敏度系數(shù)都相同。
9.根據權利要求5所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于絕緣塊(9)為陶瓷塊或云母塊。
10.根據權利要求6所述的一種外置式聯(lián)動感應流量傳感器，其特征在于絕緣塊(9)為陶瓷塊或云母塊。
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)動感應流量傳感器。其包括一個結構本體和設于結構本體底面上的檢測單元，所述的檢測單元有n個，n≥2，檢測單元設于結構本體的底面上，檢測單元上的通孔方向與流體流動方向一致；所述的壓電陶瓷片中部設有電極片，電極片上連接著引線，引線由出現(xiàn)孔引出；所述的由壓電陶瓷片、電極片構成的內芯與通孔壁間設有間隙，間隙內填充有絕緣片。本發(fā)明提供一種結構簡單合理，通用性好，測量的靈敏度高的外置式聯(lián)動感應流量傳感器；解決了現(xiàn)有技術中存在的輸出信號混入大量的噪聲，通用性不好的技術問題。
文檔編號G01F1/32GK1982852SQ200510061940
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權日2005年12月12日
發(fā)明者區(qū)宇輝, 宋開臣, 張圣賓 申請人:杭州術通高端儀器有限公司