專利名稱：渦流流量計檢測器和渦流流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種渦流流量計檢測器和渦流流量計，更具體地說，涉及這樣一種渦流流量計檢測器，該檢測器在渦流發生器體的一端處以可卸方式形成懸臂，并且響應于由卡門渦流引起的交變壓力輸出渦流信號；以及涉及裝有該渦流流量計檢測器的渦流流量計。
渦流流量計是一種推論式流量計，它的工作原理是由支承在流體管道中的渦流發生器體單位時間產生的卡門渦流數與給定的雷諾數表示的流速成比例，其中該推論式流量計具有用于檢測由渦流發生器體產生的卡門渦流的渦流流量計檢測器。有兩種類型的渦流流量計，一種是具有一個整體包含在渦流發生器體內的渦流流量計檢測器的整體型的，另一種是具有一種在渦流發生器體配置處配置的渦流流量計檢測器的分立型的。整體型的流量計的優點在于，尺寸可以做得小。
在現有技術的渦流流量計檢測器中，渦流發生器體的兩端利用熱縮性適配結合到作為流體測量通道的圓柱形流體通道，其中在渦流發生器體的兩側開有壓力引入孔口。該壓力引入孔口與一凹入的測量室相連通，該測量室由與流體管道成一體的渦流發生器體的一端沿軸線方向形成孔口。在流體管道的外側壁處形成一固定用的表面，并且該固定用的表面具有一與測量室的軸線相垂直的表面，其中一具有固定法蘭的振蕩管以密封方式在流體管道中伸出呈懸臂狀。
振蕩管包含一圓柱形筒體，該筒體具有一底部和由該圓柱形筒體的底部同軸向外延伸的承壓板，其中，該承壓板面向壓力引入孔口。一個與承壓板齊平的彈性板狀基體材料沿軸向插入到圓柱形筒體中，以及一些壓電元件貼到彈性基體材料的兩側、借此使彈性基體材料利用高度絕緣的填充劑例如玻璃整體固定到圓柱形筒體上。
假如被測液體沿一與紙面垂直的方向流動，相對于渦流發生器體在下游側產生卡門渦流，以及在渦流發生器體的兩側產生交變壓力，該交變壓力經過設在沿渦流發生器體的較高部分和較低部分的渦流發生器體中的壓力引入孔口引入壓力測量室，使得承壓板向右和向左位移。這種交變位移傳遞到該貼到懸臂振蕩管上的壓電元件，使得響應于與流速成正比的交變壓力由連接端輸出渦流信號。
由于，根據渦流流量計的孔口直徑確定的渦流發生器體被固定到渦流流量計上，即使渦流發生器體的尺寸有差異，渦流流量計還是采用具有共同的或相同尺寸的振蕩管。此外，由于采用具有相同形狀的振蕩管(該振蕩管呈懸臂狀并插入渦流發生器體的測量室)，產生的優點是，形成結構是合理的。因此，能提供低成本的渦流流量計。
如上所述，該渦流流量計具有簡單的結構，它包含一圓柱形流體管道、固定在圓柱形流體管道內側的渦流發生器體以及安裝在渦流發生器體內側的渦流流量計檢測器，并且它是一推理式流量計，能夠測量按照雷諾數表示的預定范圍的流速(量)，而不必考慮流體的種類，即氣體還是液體。然后，為了在寬的雷諾數的范圍內高精度地測量流速，渦流發生器體的形狀和渦流發生器體與圓柱形流體管道內徑之間的相互關系是很重要的，關于這個問題迄今已經提出很多方案。
在滿足上述條件的各種渦流流量計中，一種是具有形狀為等腰三角形截面的渦流發生器體的，其中它的上游側構成一基體，渦流發生器體的面向流動流體的部分的寬度d對圓柱形流體管道的內徑D的比(d/D)設定為一接近0.28的值，等腰三角形的高度對流體通道的內徑D的比設定為1.5到3.5。
在渦流發生器體的寬度d和流體管道的內徑D之間的比定為0.28的渦流流量計中，渦流發生器體固定到流體管道上，同時，沿流體管道的直徑的方向貫穿流體管道。因此，流體管道具有沿管道直徑方向形成的孔，以及要適配裝入這些孔中的渦流發生器體具有圓柱形部分，利用嵌入孔中的O形環將它們密封。渦流發生器體在通道中的截面呈指定的等腰三角形，其中在上游側有一基體，并在外端面為圓形，即截面具有各不同的形狀。渦流發生器體利用在其一端的套環處的螺釘以在另一端的壓力環被流體管道所夾持。因此，當從通道的上游側著渦流發生器體時，在通道中的渦流發生器體包含由三角棱柱形的基體形成的矩形區部分、由部分通道壁表面以及矩形部分的短側形成的弧形區部分。
于是，雖然，為了測量從深冷的LNG(液化天然氣)到高溫氣流等很寬溫度范圍的流體，要使用該渦流流量計，即開始介紹的利用玻璃作為填充劑的現有技術的渦流流量計檢測器，會產生如下問題
(1)產生的一個問題是振蕩管的耐腐蝕問題，這是由于要在高溫下處理玻璃和將玻璃填入振蕩管，因此削弱了振蕩管的強度。
(2)為了消除當密封玻璃時產生的內部應力和防止空氣泡進入并與玻璃混合，以及振蕩管難于制造，都很花費時間。
(3)由于局部產生的應力集中引起的疲勞效應和由于振蕩管的材料的熱疲勞效應以及在玻璃的內應力消除之前的玻璃的熱膨脹系數與玻璃的內應力被消除之后的熱膨脹系數有很大的不同引起的熱疲勞效應，很可能在振蕩管中產生裂縫或者使振蕩管斷裂。
(4)由于流量計檢測器直于暴露于流體，特別是當為高溫液體時，在玻璃中所含的濕氣逐漸地達到壓電元件，使得絕緣電阻降低，使用的高溫范圍受到限制。
(5)為了干燥渦流量計檢測器很耗費時間，此外，即使渦流流量計是干燥的要充分除去潮氣也是很困難的。
(6)雖然采用絕緣材料覆蓋的平行引線作為引線，以及將它們插入金屬管中，然而，當振蕩檢測元件的輸出阻抗很高時，由于振蕩引起的電容的變化，使噪聲變大，信噪比變差。
第二種現有技術的渦流流量計的渦流發生器體在兩端是圓柱形的，以及面向流動流體的部分具有各種形狀(包括等腰三角形)的多個臺階，以及流體管道必須開有孔口以便在其中根據渦流發生器體的形狀插入渦流發生器體，使得在制造渦流發生器體時成分高。因此，即使渦流發生器體結構是簡單的，仍存在成本高的缺點。
本發明的一個目的是提供一種渦流流量計檢測器，它能夠通用于具有不同孔口的渦流流量計中，并且能夠穩定地和高精度地測量處于各種溫度條件下的流體的很寬范圍的流量率。
本發明的另一個目的是提供一種流量計，它能夠利用精密鑄造與流體管道和渦流發生器體整體形成，從而降低流量計的成本和改進儀器的誤差特性。
圖1(A)和1(B)分別是解釋現有技術的渦流流量計檢測器和渦流發生器體的第一實例的斷面圖；圖2(A)和2(B)分別是解釋現有技術的渦流流量計的第二實例的斷面圖3(A)到3(C)是表示根據本發明的第一實施例的渦流流量計檢測器的主要零件的斷面圖；圖4(A)到4(C)是表示根據本發明的第二實施例的渦流流量計檢測器的主要零件的斷面圖；圖5(A)到5(C)是分別解釋裝有根據本發明的第一實施例的渦流流量計檢測器的渦流流量計的斷面圖；圖6(A)和6(B)是分別解釋裝有根據本發明的第二實施例的渦流流量計檢測器的渦流流量計的斷面圖；以及圖7(A)到7(C)是分別解釋裝有根據本發明的第三實施例的渦流流量計檢測器的渦流流量計的斷面圖。
圖1(A)是用于解釋現有技術的渦流流量計檢測器的斷面圖，圖1(B)是渦流發生器體的斷面圖(沿圖1(A)中的箭頭B-B所取的)。在該渦流流量計中，渦流發生器體12的兩端利用熱縮性造配結合到圓柱形流體通道11上，以便固定到流有侍測流體的圓柱形流體通道11。兩個壓力引入孔口15和15開在渦流發生器體12的兩側。兩個壓力引入孔口15和15與凹入的測量室14相連通，該測量室14由與圓柱形流體通道11成一體的渦流發生器體12的一端開有孔口并且在渦流發生器體12中軸向延伸。一固定用的表面13形成在圓柱形流體管道11的外壁上，其位置垂直于測量室14的軸線。具有固定用法蘭21的振蕩管20借助固定用的表面13呈懸臂狀，與圓柱形流體管道11以密封方式形成接觸。
振蕩管20包含一個帶有底部的圓柱形筒體16和一個承壓板16a，該承壓板16a與圓柱形筒體16同軸配置并由圓柱形筒體16的底部向外延伸，其中，承壓板16a面對兩個壓力引入孔口15和15。
板形彈性基體材料17沿圓柱形筒體16的軸線方向插入到圓柱形筒體16并且與承壓板16a齊平。壓電元件18貼到彈性基體材料17的兩側表面上，因此，利用一具有高絕緣性能和由玻璃類制的填充劑或密封劑19整體固定到圓柱形筒體16上。
當待測流體沿與圖1(A)的紙面垂直的方向流動時，在渦流發生器體12的下游側產生卡門渦流，并在渦流發生器體12的兩側產生交變壓力。將經過形成在圖1(A)中渦流發生器體12的較高和較低部分提供的兩個壓力引入孔口15和15的該交變壓力引入到測量室14，以便使承壓板16a交替地向右和向左位移。交變的位移傳遞到貼在懸臂的振蕩管20內側的壓電元件18上，這樣由連接端22輸出一響應由卡門渦流引起的交變壓力產生的且和流速成正比的渦流信號。
雖然，將根據渦流流量計的孔口確定尺寸的渦流發生器體固定到渦流流量計，對于具有各種不同尺寸的渦流發生器體采用相同尺寸的振蕩管20。然而由于采用裝有相同形狀的振蕩管(呈懸臂狀并插入到渦流發生器體12的測量室14中)的渦流流量計檢測器，其效果是使形成結構合理化，因此，以低成本提供渦流流量計。
如上所述，該渦流液量計具有簡單的結構，它包含圓柱形流體管道11、固定在圓柱形流體管道11內側的渦流發生器體12以及安裝在渦流發生器體12內側的振蕩管20，是一種推理式的流量計，能夠測量按照雷諾數表示的預定范圍的流速(量)、而不必考慮流體的種類，即氣體還是液體。然而，為了高精度地在很寬的雷諾數范圍內的流速，渦流發生器體12的形狀和渦流發生器體12與圓柱形流體管道11的內徑之間的相互關系也是很重要的，關于這個問題，迄今已經提出很多方案。
在滿足上述條件的各種渦流流量計中，有一種含斷面為等腰三角形的渦流發生器體12，其中在其上游側形成一個基體，在渦流發生器體12的面向流體的部分的寬度d與圓柱形流體通通11的內徑的比(d/D)約設定為0.28，該內徑D和等腰三角形的高L之間的比(L/D)設定為1.5到3.5。
在圖2(A)和2(B)中表示滿足這樣條件的一種現有技術的渦流流量計主體。圖2(A)和圖2(B)是分別解釋理有技術的渦流流量計的第二實例的斷面圖，其中圖2(A)是沿圖2(B)中的箭頭A-A所取的斷面圖，圖2(B)是沿圖2(A)中的箭頭B-B所取的斷面圖。31柱注流體管道，32是一通道，33是渦流發生器體，34是外端面，35和36是O形環，37是壓力環，38是螺釘，箭頭F代表流體流動方向。
渦流發生器體33的寬度和流體管道的直徑D之間的比(d/D)在圖2(A)和2(B)所示的現有技術的渦流流量計中設定為0.28。渦流發生器體33固定到圓柱形流體通道上，并沿流體管道31的直徑方向貫穿流體管道31。相應地，流體管道31具有徑此平行的端面31a和直徑為D的圓形通道32。流體管道31還具有徑向延伸的孔31b、31c和31d。要適配裝入這些孔31b、31c和31d的渦流發生器體33在兩端具有圓柱形部分33b、33c和33d，它們利用嵌入孔31b、31c和31d中的O形環35和36密封。渦流發生器體33在通道32中的斷面為指定的等腰三角形，其中在它的上游側有一基體，以及在斷面的外端面34有各種形狀多個臺階，并且該渦流發生器體利用在一端處的套環33a以及在另一端處利用螺釘38壓緊的壓環37由流體管道31所夾持。因此，在圖2(A)所示的情況下，當由通道32的上游側看渦流發生器體33時，在通道32中的渦流發生器體33包含由一三角棱柱的基體形成的矩形區部分33f，以及由在該矩形部分的兩端處的通道32的部分壁表面32a形成的弧形部分以及矩形部分的矩側33e形成的弧形區部分34a。
為了測量寬溫度范圍，即由深冷的LNG(液化的天然氣)到高溫的氣流等的流體使用該渦流流量計。然而，在圖1(A)中所示的現有技術的渦流流量計檢測器，在振蕩管20中采用玻璃作為填充劑或密封劑。因此，產生如在(1)到(6)中所述的問題。
如圖2(A)中所示的現有技術的渦流流量計的渦流發生器體33在兩端是圓柱形的，并且具有各種形狀的多個臺階，在面向流動流體的部分形狀為等腰三角形。為了安裝與高成本的渦流發生器體33的形狀相對應的渦流發生器體，流體管道31必須開有孔口。因此，存在的一個缺點是，現有技術的渦流流量計即使具有簡單的結構，成本也是高的。
圖3(A)到3(C)是解釋根據本發明的第一實施例的渦流流量計檢測器的斷面圖，其中圖3(A)表示整體結構，圖3(B)是沿圖3(A)中的箭頭B-B所取的放大的斷面圖，圖3(C)是沿圖3(A)中的箭頭C-C所取的斷面圖。標號41標注振蕩管，42是彈性基體材料，43a和43b分別是壓電元件(振蕩檢測元件)，44a和44b分別是電極板，45是彈性板，46和47分別是輸出連接端，48是蓋帽，49是保護管，50是各引線，51是一終端部件，52是密封端，53是外部引線，54是各連接端，60是渦流流量計殼體(流體管道)，61是渦流發生器體，62是一通道，63是測量室，64a和64b分別是壓力引入孔口。
在圖3(A)中表示的渦流流量計檢測器是一個安裝在渦流流量計器體上的渦流檢測器，該流量計器體包含圓柱形的流體管道60和兩端支承在流體管道60中的渦流發生器體61。凹入的測量室63在渦流發生器體61中開有孔口，以便從發生器體的一端軸向延伸，以及分別開在渦流發生器體61兩側的壓力引入孔口64a和64b與測量室63連通。同軸貫穿測量室63的一個孔開在流體管道60中，它具有的一個檢測器固定表面60a的位置垂直于測量室63的軸線。
振蕩管41是一圓柱形筒體，它的一端是開通的，另一端有底部41c，并且還包含一位于在其開通端的外圓周處的法蘭41a。振蕩管41插入到測量室63，呈懸臂狀，并利用法蘭41a固定到檢測器固定面60a上。承壓板41b設在該插入到測量室63中的振蕩管41的底部41c的外側，其中利用承壓板41b可以接受由渦流引起的交變壓力，這個壓力是由渦流發生器體61的壓力引入孔口64a向測量室63引入的。
彈性基體材料具有一金屬柱形的主體并插入到振蕩管41中，其中彈性基體材料42的一端壓力并固定到振蕩管42上，它的另一端由一個板45支承，下文將介紹。因此，彈性基體材料42承受由于作用在振蕩管41上的卡門渦流引起的可變的差分壓力，并且將交替位移的振蕩管41的位移高精確度地傳輸到振蕩檢測器元件上。彈性基體材料42在振蕩管41的開通的上端的一部分處具有上壓力配合部分42a，在振蕩管41的底部41c處的端部42c，其中端部42c具有一小的(直徑)尺寸的平整表面，例如朝向下端面截成錐形并在端面處是平直的。彈性基體材料42的中間部分的外徑稍小于振蕩管41的內徑，與振蕩管41不相接觸。
兩個斜削部42b形成在上壓配合部分42a，振蕩檢測器元件例如壓電元件43a和43b貼到如圖3(B)所示的上壓配合部分42a的每個表面上。壓電元件43a和43b具有壓電常數d33并沿它的厚度方向極化。分別由孔板構成的電極板44a和44b貼到未貼有壓電元件43a和43b的表面上，因此形成一平行式的雙壓電晶片。壓電元件43a和43b具有一個由彈性基體材料42構成的輸出端和由彼此連接的電極板44a和44b形成的另一輸出端46。替代壓電元件43a和43b可以裝另外的應變檢測器。
具有與彈性基體材料42的軸線相垂直的表面的彈性板45如通過點焊固定到端部42c上。板45是圓盤狀的并且它的外徑稍大于振蕩管41的直徑，如圖3所示，另外包括多個徑向分布的凹槽45a和支承件45b。支承件45b由于這樣一種方式而具有彈簧的作用，那它的外端部沿彈性基體材料42的軸線方向相對于端部42c可以位移，其中當支承件45b壓入振蕩管41中時，它可易于彎曲并沿插入方向插入振蕩管41中，因此，將振蕩管41的振蕩位移高精確度地傳輸到彈性基體材料42。
振蕩管41的開通的上端用蓋帽48覆蓋，用以保護振蕩檢測器元件，保持絕緣性能。保護管49貫穿蓋帽48的中心并固定到蓋帽48上，保護管49的另一端貫穿并固定到具有密封端52的端接部件51上。兩條引線50插入到保護管49中并連接在外部連接端46、47和密封端52之間。外引線53和53的二連接端54和54連接到密封端52。當在密封端52固定到端接組件51之前，將干燥氣體例如氮氣封入端接組件51中時，在蓋帽48內側的氣體由通過保護管49的這種干燥氣體所置換，因此，即使壓電元件43a和43b處于高溫或低溫條件下，壓電元件43a和43b也維持良好絕緣。
具有如圖3(A)所示配置的渦流流量計檢測器可以利用彈性板45(具有凹槽和固定到彈性基體材料的底端上的，將振蕩管的位移傳輸到彈性基體材料，設有利用填充劑或密封劑例如玻璃，同時，在振蕩管中的彈性基體材料利用玻璃密封，以便將振蕩管的位移傳輸到彈性基體材料，在現有技術的渦流流量計檢測器中，振蕩檢測器元件貼到該彈性基體材料，這樣可以易于組裝渦流流量計檢測器，并可以減少制造時間。然而，由于振蕩管41和彈性基體材料42，在上部壓力部分42a上彼此固定而不是彼此分開，所以存在的一個缺點是，當檢查渦流流量計檢測器或用另一個替換時，渦流流量計必須停止工作，以防止流體由渦流發生器體61的測量室63涌出。
圖4(A)到4(C)用于解釋根據本發明的第二實施例的渦流流量計檢測器，其中圖4(A)是渦流流量計的縱向斷面圖，圖4(B)是渦流檢測器部分的斷面圖，圖4(C)是沿圖4(b)中的箭頭C-C所取的斷面圖。標號55柱注渦流檢測部分，56是元件頂蓋，57是將元件頂蓋56固定到振蕩管41上的固定法蘭。功能與在圖3(A)到3(C)中的各元件相同的元件使用相同的數字符號標注。
在圖4(A)到4(C)中所示的渦流流量計檢測器具有這樣一種結構，那振蕩管41和渦流檢測部分55是彼此可卸開的，使得單獨取出渦流檢測部分55時不會中止流體的流動。即振蕩管41以密封方式固定到流體管道上，以及利用元件頂蓋56將渦流檢測部分55以可卸方式固定到振蕩管41上。
在區域P和Q利用元件頂蓋56密封渦流檢測部分55，其中置有分別貼到彈性基體材料42的兩個溝槽42b上的壓電元件43a和43b，以及將惰性氣體密封在渦流檢測部分55。固定到振蕩管41的開通端的固定法蘭57形成在元件頂蓋56的外周邊。由彈性板45和固定法蘭57支承振蕩管41，該彈性板45具有徑向上的凹槽45a并固定到彈性基體材料42的末端42d。
由于元件頂蓋56和彈性基體材料分別由兩個斜削部42b的圓周部分P和兩個斜削部42b的較低部分Q支承，如圖4(C)所示，假如在元件頂蓋56的較下部分的圓柱形部分55a做得較薄以降低它的剛性，則作用在振蕩管41上的交變壓力就會借助彈性板45傳遞到，分別貼到彈性基體材料42上的壓電元件43a和43b上。
由于提供了具有元件頂蓋56的渦流檢測部分55，不必取下振蕩管41就可由流體管道卸下渦流檢測部分55，這樣無須中止工廠的運行就可單獨檢查渦流檢測部分55。并可取下和用另一個來替換。
雖然，振蕩管41和彈性基體材料42分別是由金屬制的，但假如它們的熱膨脹系數彼此不同，就可能在振蕩管41中產生熱應用和由于熱疲勞在振蕩管41中產生裂紋，這樣當振蕩管41長時間使用時振蕩管就會損壞。當使振蕩管41的熱膨脹系數與彈性基體材料42相同時，就能防止上述可能性出現，溫度范圍能夠增加，因此增加了渦流流量計的使用范圍。
按照第二實施例的渦流流量計，由于振蕩管41和彈性基體材料42是分別形成的，可以無需填充劑或密封劑例如玻璃拆卸，以及可以單獨用另一種材料來替換彈性基體材料42，因此，提供了一種高可靠性低成本的渦流流量計檢測器。包含彼此成一體的振蕩管41和彈性基體材料42的流體管道可以簡單地低成本地裝備這種渦流流量計檢測器。
圖5(A)到5(C)用于解釋根據本發明的第一實施例的渦流流量計，其中渦流流量計裝有渦流流量計檢測器，圖5(A)是平面圖，圖5(B)是由圖5(A)中的下游側看的正視圖，圖5(C)是沿圖5(B)中的箭頭C-C所取的斷面圖。標號71標注流體管道，72是一通道，73是渦流發生器體，74是弧形凸出件。
在圖5(A)中，流體管道71是一種所謂的無法半式流體管道，它包含一具有內徑為D并與該管道的軸線O-O′同軸延伸的通道72的圓柱形主體，該主體同軸地在這一流體通道的法蘭之間固定在流有被測流體的流體管道(未表示)上，并利用螺釘之類壓緊。流體管道71包括與流體管道的法蘭表面平行的二端面71a和71a，以及包括一渦流發生器體73，它呈三(角)棱柱形，用于相對軸線O-O′按照直角劃分通道72。渦流發生器體73具有一截面呈指定的柱形體，并且由等腰三角形截面構成，該三角形的底73a面向沿方向F流動的流體，并包括傾斜的側邊73b和73c。連接到通道72的壁表面72a上的渦流發生器體73的兩端形成弧形凸出件74，該凸出件74由圓形的外端面74a和通道72的弧形部分74b所圍繞，該外端面74a沿與渦流發生器體73的軸線成直角的方向圈定該等腰三角形。此外，在渦流發生器體中形成有多對分別與測量室連通的壓力引入孔口73d和73e，其中測量室沿軸線方向在一端是開通的。
渦流流量計的渦流發生器體73沿流體流動方向的寬度d和圓柱形通道的直徑D的尺寸比以及渦流發生器體73的優選尺寸按照這樣一種方式設定，即該尺寸比(d/D)設定為0.2-0.4，相對等腰三角形的傾斜的側邊73b和73c的軸線O-O′的傾斜角處于指定的角度范圍內，并且弧形凸出件74的設置使得由渦流發生器體流出的卡門渦流產生的渦流到基本上與渦流發生器體73平行不斷脫落，因此，基本上形成二維的卡門渦流，所以，相對于儀器誤差的Re特性明顯地改進了。
在圖5(A)中所示的流體管道71、渦流發生體73和弧形凸出件74通過精確鑄造，例如利用失臘鑄造法(熔模鑄造法)整體形成。失臘鑄造法包含制備一由熱熔材料例如蜂臘制的渦流流量計檢測器的模具，利用耐火材料例如硅砂(粉末氧化鈣)覆蓋該模具，加熱該熱熔性模具，熔化該模具，向中空的模具注入鑄造材料例如不銹鋼并固化該鑄造材料并除去耐火材料。通過吹砂對渦流流量計進行表面處理，以便形成光滑表面。
經過表面處理的渦流流量計具有用于將渦流流量計檢測器固定到流量計的外壁上的檢測器固定表面71b，以及在形成在渦流發生器體73中的測量室開有一些孔口，以便沿渦流發生器體73的軸線方向由檢測器固定表面71b延伸，其中測量室的孔口與壓力引入孔口73d、73d、73e和73e相連通，因此，形成具有指定儀器誤差特性的渦流流量計。
圖6(A)和6(B)用于解釋根據本發明的第二實施例的渦流流量計，其中的渦流流量計裝有該渦流流量計檢測器。圖6(A)是平面圖，圖6(B)是沿圖6(A)中的箭頭B-B所取的斷面圖。標號75標注渦流發生器體，76是弧形平板部分。與圖5(A)到5(C)中的各元件具有相同的功能的元件利用圖5(A)到5(C)中的相同數字標號來標注。
在圖6(A)和6(B)中所示的渦流流量計的渦流發生器體75呈等腰三角形狀，它在上游側的底75a和兩個側邊75b與75c與在圖5(C)中以斷面圖表示的渦流發生器體73按照同樣的方式表示，其中在渦流發生器體75和流體通道71之間的連接部分設有該取代弧形凸出部74的弧形平板部分76。弧形平板部分76是這樣一些平板部分，它們由鄰近渦流發生器體75的連接部分的一個部分處的主體75a到在通道72的上游側的壁表面72a，以便呈弧形凸出。
在現有技術的渦流流量計中，例如在圖2(A)和2(B)中所示的渦流流量計，包含各渦流線的馬蹄形渦流由鄰近通道的壁表面的部分的上游側和到通道下游側的渦流發生器體33產生并流出。馬蹄形渦流是當由流體流動引起的動態壓力在渦流發生器體33的上游側的表面33f的中心處較高和在渦流產生器體33的兩側較低，以及在通道壁表面32a處也很小時產生的一種渦流，這種馬蹄形渦流產生在鄰近渦流發生器體33的部分的通道壁表面32a的邊界層處。在通道壁32a的邊界層處產生的馬蹄形渦流與由渦流發生器體33的各側延伸的渦流線平行脫開去并流出。因此，它干擾了由渦流發生器體33流出的卡門渦流，故惡化了儀器誤差/雷諾數特性，使得易于受到管路系統的影響。弧形平板部分76的設置正是為除去該馬蹄形渦流。
圖7(A)到7(C)用于解釋根據本發明的第三實施例的渦流流量計，其中的渦流流量計裝有該渦流流量計檢測器。圖7(A)是由流動方向看的平面圖，圖7(B)是側視圖，圖7(C)是沿圖7(B)中的箭頭C-C所取的斷面圖。與圖6(A)和圖6(B)中的各元件功能相同的元件使用相同的數字標號標注。
在圖7(A)到圖7(C)中所示的渦流發生體75為一等腰三角形棱柱，它的長度與流體管道71的內徑D(通道)相同，面向流體流動(方向)的寬度為d，沿流動方向的長度為L，這些尺寸的范圍如下0.2＜d/D/0.4 (1)1.5＜D/L/3.5 (2)假如弧形平板部分76裝入具有這樣尺寸的渦流發生體的渦流流量計，則改進了儀器誤差/雷諾數特征，如上所述。除此之外，利用本發明申請進行的實驗表明，假如弧形平板部分76的尺寸按照如下關系0.03D＜m＜0.07D (3)0.04D＜h＜0.07D (4)設定，改進了儀器誤差特性。
即假如雷諾數(Re數)處在2×104-107的范圍內，儀器誤差為±0.5％，以及相對于計量表常數的相對儀器誤差表明假如直管的長度為5D，則誤差大于-1％，但是假如直管的長度為10D或其以上，則誤差為±0.5％或其以下，以上結果是在這樣的條件下進行測試，即在上游側的直管的長度為40D，當在下游側設有一個90°的彎頭和一個兩用彎頭時得到的。
本發明產生的效果是弧形平板部分76消除了由渦流發生器體75流出的馬蹄形渦流，產生二維的卡門渦流，因此，減少了管路系統的影響。根據本發明的第三實施例的渦流流量計可以象第一實施例一樣利用精密鑄造整體構成，因此提供了高精確度低成本的渦流流量計。
權利要求
1.一種渦流流量計檢測器，包括一個流有流體的圓柱形流體管道，相對流體流動按照直角固定到流體管道(60)上的渦流發生器體(61)、在渦流發生器體(61)的一端處沿軸線方向是開通的一個測量室(63)，所述渦流流量計檢測器檢測由卡門渦流產生的并引入測量室的交變壓力，其特征在于，還包括一個具有底部的振蕩管(41)，所述振蕩管(41)插入到所述測量室(63)中并由所述測量室的所述開通端以密封方式支承，以及一彈性基體材料，在所述振蕩管(41)內側沿軸線方向至少在兩點上支承，所述彈性基體材料具有在支承區貼到其上的振蕩檢測器元件(43a、43b)，利用所述振蕩檢測元件(43a、43b)檢測由作用在所述振蕩管(41)上的交變壓力產生的振蕩。
2.根據權利要求1所述的渦流流量計檢測器，其中還包括一圓柱形的元件蓋帽(48)，用于密封所述振蕩檢測器元件(43a、43b)的引線，使引線通過貼有所述振蕩檢測元件的區域引到所述彈性基體材料(42)上，所述彈性基體材料(42)利用所述元件蓋帽(48)以可卸方式由所述振蕩管(41)支承。
3.根據權利要求1或2所述的渦流流量計檢測器，其中一個彈性板(45)固定到所述彈性基體材料(42)的末端，在所述彈性基體材料(42)支承在所述振蕩管(41)中的區域，所述彈性板稍大于所述振蕩管(41)的內徑，所述彈性板具有沿徑向延伸的凹槽(45a)，并且還有與所述彈性基體材料(42)的軸線基本上成直角形成的表面，并且所述彈性基體材料(42)利用所述彈性板(45)以可卸方式支承在所述振蕩管(41)內。
4.根據權利要求1或2所述的渦流流量計檢測器，其中所述振蕩管(41)材料的熱膨脹系數與所述彈性基體材料(42)基本相同。
5.一種渦流流量計，包括根據權利要求1到4中之一所述的，裝有所述流體管道(60)和所述渦流發生器體(61)的所述渦流流量計檢測器，其特征在于所述流體管道(60)具有圓柱形的主體，所述渦流發生器體(61)由等腰三角形棱錐構成，該等腰三角形截面的底在上游側，該渦流發生器體兩端附著到所述流體管道(60)上，所述兩端是圓形的帶有一圈定所述等腰三角形的相對所述等腰三角形棱柱形成的一個臺階，以及其中所述的流體管道(60)和所述渦流發生器體(61)是彼此整體形成的。
6.根據權利要求5所述的渦流流量計，其中還包括設在固定到所述流體管道(60)上的所述渦流發生器體(61)的固定端上的弧形平板部分(76)，所述弧形平板部分(74、76)每個都由一個朝向沿所述流體管道(60)的內壁的所述等腰三角形棱柱的上游側的基面伸出，以及其中所述流體管道(60)和所述渦流發生器體(61)是彼此整體構成的。
7.根據權利要求6所述的流量計，其中所述的流量計滿足如下的尺寸范圍；0.2＜d/D＜0.41.5＜D/L＜3.50.03D＜m＜0.07D0.04D/h＜0.07D此處D是所述流體管導(60)的內徑，d是所述渦流發生器體(61)面向流動流體部分的寬度，L是所述渦流發生器體(61)沿所述流體流動方向的長度，m是伸出構成所述渦流發生器體(61)的端部的所述弧形平板部分(74、76)的最大長度，h是所述弧形平板部分的高度。
全文摘要
一種渦流流量計檢測器，可裝到一測量流速(量)用的渦流發生器體上并可卸下。該渦流流量計檢測器包含一具有底部的圓柱形振蕩管(41)以及一個利用振蕩管(41)的固定法蘭(57)固定的渦流檢測部分(55)，其中該振蕩管(41)以可卸方式插入到在渦流發生器體的一端處開的孔(未表示)中，利用法蘭(41a)固定振蕩管(41)。由卡門渦流產生的交變壓力由渦流發生器體的兩側引入到該孔中，以便振蕩該振蕩管(41)。這一振蕩借助一元件蓋帽(56)由一彈性板(45)所承受有傳遞到該貼到彈性基體材料(42)的兩個斜削部(42b)上的壓電元件(43a、43b)上。
文檔編號G01F1/32GK1156820SQ9611325
公開日1997年8月13日 申請日期1996年8月7日 優先權日1995年8月7日
發明者松原直基, 谷本淳, 高井賢一, 今井信介 申請人:株式會社橢圓