CN100424475C - 一种外置式多点感应流量传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流量传感器，尤其涉及一种利用差动原理测量涡街交变压力的外置式联动感应流量传感器。其包括一个结构本体和设于结构本体底面上的检测单元，检测单元有2n个，n≥2，检测单元沿流体流动方向处于同一水平面的并列的两个检测单元为一对，同一对检测单元的通孔设置弹性膜片端相反；检测单元上的通孔方向与流体流动方向一致；弹性膜片的一侧设有压电陶瓷片，压电陶瓷片内设有电极片，电极片连接着引线，引线由出线孔引出；压电陶瓷片与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片。本发明提供一种结构简单合理，通用性好，测量的灵敏度高的外置式多点感应流量传感器；解决了现有技术中存在的输出信号混入大量的噪声，通用性不好的技术问题。

Description

一种外置式多点感应流量传感器

技术领域

本发明涉及一种流量传感器，尤其涉及一种利用差动原理测量涡街交变压力的外置式联动感应流量传感器。

背景技术

涡街流量传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型流量测量仪表，它们通过热敏、应变、电容、超声波等检测方式的流量传感器，检测出与体积流量成正比的流体振动频率信号。对于涡街流量传感器来说，抗振性能是衡量一台涡街流量计工业应用好坏的一个重要指标。工业中的振动是普遍存在的，例如流体紊流状态下速度脉动、流体振荡，以及工业管道振动、阀门开闭与阀心振动等随机因素，这都会使检测到的频率信号受到极大的噪声干扰。目前国内外较先进的涡街流量传感器都有一定的抗振动能力。但这些传感器的检测元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振动的能力有限，多为感应杆形式，而且对于不同的管道直径通用性差。另外对于流体振动的干扰，当振动噪声的振动方向与所测频率信号的振动方向平行(即同向振动)的时候，这些流量传感器的抗干扰能力都比较弱，输出信号会混入大量的噪声。这种现象在小流量测量的时候尤其明显。为此，也有人申请了专利：“一种固定式自减振差动流量传感器”(ZL03228292.3)，其包括对称固定在平板两面的检测单元，每个检测单元包括壳体，壳体内设有通孔，通孔中间有一个把通孔等分为上下两个对称区间的凸台，通孔的两端分别有弹性膜片密封，每个区间内分别有压电陶瓷片和环形绝缘质量块，压电陶瓷片的一端与弹性膜片固定，上下两个压电陶瓷片的引线相接经通道从平板出线孔引出。固定式自减振差动流量传感器是将平板深入管道内，置于钝体的后面，检测单元的放置是垂直于管道的轴线的。这种结果的流量传感器由于将平板深入到管道内，所以其通用性不好，当管道直径变化时，就不能使用了，同时，检测单元竖直放置，不利于信号的采集，对于小流量的测量上不够精确，容易产生混入大量的噪声。

发明内容

本发明提供一种结构简单合理，通用性好，测量的灵敏度高的外置式多点感应流量传感器；解决了现有技术中存在的输出信号混入大量的噪声，通用性不好的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种外置式多点感应流量传感器，包括一个结构本体和设于结构本体底面上的检测单元，结构本体上设有出线孔，出线孔内设有引线；所述的检测单元包括壳体，壳体内设有通孔，通孔的一端由弹性膜片密封，检测单元有2n个，n为偶数且n≥2，检测单元沿流体流动方向处于同一水平面的并列的两个检测单元为一对，同一对检测单元的通孔设置弹性膜片端相反；检测单元上的通孔方向与流体流动方向一致；弹性膜片的一侧设有压电陶瓷片，压电陶瓷片内设有电极片，电极片连接着引线，引线由出线孔引出；压电陶瓷片与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片。结构本体整体设于流量计的管道壁内，管道壁对应于结构本体处设有导出孔，通过在管道上的导出孔，使得结构本体底面的弹性膜片能感应到涡流的振动，从而将产生信号。将其设在管道壁内，使得对应于不同的管道直径都能够通用。检测单元内的通孔的开口方向沿着流体流动方向，即管道的轴线方向，两个弹性膜片构成的感应面呈水平布置，有利于信号的采集，而且稳定性也更好。并列的一对检测单元的两个弹性膜片相对焊接在两个检测单元的不同端，即如果左侧的检测单元的弹性膜片焊接在通孔的左边，那么右侧的检测单元的弹性膜片就焊接在通孔的右边。同理，左侧的检测单元的弹性膜片焊接在通孔的右边，那么右侧的检测单元的弹性膜片就焊接在通孔的左边。此种结构的设置才能利用差动原理，抵消左右端相同的信号，得出正确的结论。将弹性膜片设置在不同的检测单元上，从而才能利用差动原理，因此检测单元的数目一定是2n个。

作为优选，在所述的结构本体的底面沿流体流动方向设有隔板，隔板的两侧分别固定有m对检测单元，m对检测单元水平并列设置在结构本体的底面上，n是m的整数倍。检测单元通过焊接在底面和隔板上而固定，隔板的两侧的m对检测单元一字排开，m的数目可以是1，2，3…，所有的检测单元都位于底面上，隔板的高度与检测单元的宽度相等或略大于检测单元的宽度，隔板的一侧一字排开m对检测单元，此时隔板的长度大于m对检测单元的总长度。

作为优选，在所述的结构本体的底面沿流体流动方向设有隔板，隔板的两侧分别固定有m对检测单元，m对检测单元竖直并列设置，n是m的整数倍。隔板的高度大于检测单元的宽度的m倍，这样在隔板的一侧沿竖直方向焊接有m对检测单元，隔板的长度略大于一对检测单元的总长度。

作为优选，所述的检测单元的个数n为2，m为1。由四个检测单元构成，成本相对较低，制造简单，效果也不错。

通孔的另一端可以直接封闭，也可以设置预紧装置封闭。作为优选，通孔的另一端设有金属预紧块，金属预紧块与壳体间螺纹连接，压电陶瓷片设在金属预紧块与弹性膜片之间。弹性膜片焊接在通孔的一端，另一端采用金属预紧块拧紧，金属预紧块可以是通过螺纹固定在通孔的另一端，然后再焊接固定。采用了金属预紧块便于装配，而且采用了预紧，令压电陶瓷片更紧密与弹性膜片相接。

作为优选，一对并列设置的检测单元中左边的检测单元的右端设置有弹性膜片，右边的检测单元的左端设置有弹性膜片。两个检测单元之间留有一定的空隙，两个弹性膜片相对设置的位置是两个检测单元的内侧，这样金属预紧块就置于两个检测单元的外侧，方便了将金属预紧块拧入通孔内，方便预紧装置的安装。

作为优选，所述的检测单元为圆柱体状，2n个检测单元内的压电陶瓷片的尺寸、质量和灵敏度系数都相同，绝缘片为陶瓷片或云母片，呈圆环状。

因此，本发明的外置式多点感应流量传感器具有结构简单，设计合理，将传感器置于管道内壁内，采用膜片感应，对不同的管道具有通用性；而且本发明的外置式多点感应流量传感器设置预紧装置，使得弹性膜片与压电陶瓷片紧密连接，从而有较高的测量灵敏度，在小流量时利用差动原理仍可以输出较强的检测信号，其内部四个检测单元的安装结构具有自减振功能，有较强的抗干扰性和较大的量程范围，可靠性高。

附图说明：

图1是本发明的外置式多点感应流量传感器的主视图。

图2是本发明的外置式多点感应流量传感器的仰视图。

图3是本发明的外置式多点感应流量传感器的应用原理图。

图4是本发明的外置式多点感应流量传感器的应用原理图的侧视图。

图5是本发明的外置式多点感应流量传感器隔板两侧各设有多对检测单元的示意图；

图6是本发明的外置式多点感应流量传感器另一种隔板两侧各设有多对检测单元的示意图。

其中流体流动方向为X。

具体实施事例：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如附图1、2、3和4所示，一种外置式多点感应流量传感器，包括一个结构本体7和设于结构本体7底端上的两对检测单元6，结构本体7置于传感器的管道11壁内，管道11壁上设有两个导压孔12，检测单元6通过导压孔12感受旋涡发生体的交变应力，结构本体7置于传感器管道11壁内，使得传感器的通用性更好。结构本体7的底面13上设有一块沿流体流动方向X，也就是沿管道11的轴线方向设置的隔板10，隔板10的两侧对称的各分布着一对检测单元6，检测单元6呈圆柱状，隔板10的高度与检测单元6的直径相同。检测单元6包括壳体9，在壳体9内设有通孔，通孔的轴线方向与流体流动方向X平行。隔板10一侧的两个检测单元6沿流体流动方向X并列焊接在隔板10上，两个检测单元6间设有间隙14。构成间隙14的是两个检测单元6的通孔的两个端面，此两端端面上设有弹性膜片8。通孔上与弹性膜片8相对的另一端设有金属预紧块4，金属预紧块4通孔螺纹拧接在通孔上，然后焊接固定。在金属预紧块4和弹性膜片8间设有压电陶瓷片3，压电陶瓷片3的中部设有电极片2，电极片2的上端连接着出线孔1，将由弹性膜片8感应到的信号输出。在压电陶瓷片3与壳体9间设有间隙，间隙内填充有绝缘片5，绝缘片5呈圆环状包裹着压电陶瓷片3，绝缘片5采用云母片构成。

本发明的外置式多点感应流量传感器B安装在涡街流量计中旋涡发生体A上方略偏后的位置，隔板与旋涡发生体的中轴线平行。当一恒稳流流经旋涡发生体时，在其后侧会产生旋涡，从两侧交替发出，形成两列并排的涡街，称为卡门涡街。该涡街会产生交替的P1、P2交变压力，通过导压孔12使P1、P2交变压力直接作用在该涡街流量传感器的两个检测单元5的弹性膜片2上，使压电陶瓷片3产生交变电荷。这时四个电极片8会分别输出正弦信号，设左侧单元输出信号为S1和S1’，右侧为S2和S2’，这四个信号有以下关系：

①隔板同侧的两个信号幅值和相位都相等，即S1＝S1’，S2＝S2’；

②隔板不同侧的两组信号相位相差180°；

③四个信号的频率相等。

通过后端调理电路把这四个信号处理成(S1+S1’)-(S2+S2’)，这样利用差动输出就可以获得规则的正弦信号，即使是在小流量的时候，输出信号也较强，扩大了流量传感器的量程范围。

当流体由于管道振动、阀门开启等随机因素的影响，发生流体振荡时，会导致弹性膜片8或传感器壳体产生跟随振动。因为隔板10同侧两个检测单元6的弹性膜片8的安装方向是相反的，所以同侧两个检测单元6中的压电陶瓷片3会分别受压和受拉，这使得两个压电陶瓷片3分别产生相等的正负电荷信号，假设为X1(+)和X2(-)。在信号合成时，同侧的两个信号相加X1+X2，干扰振动所产生的电荷信号会相互抵消，从而传感器起到了自减振作用。

另外，对于流体脉动引起的流体振动，它在管道中是一列随着流动方向传播的平面波，它引起的压力以相同的方向同时作用在流量传感器隔板10两侧的检测单元6上，属于同向振动干扰，同向振动的干扰信号会在输出信号合成(S1+S1’)-(S2+S2’)中相互抵消，这样有效的消除了流体脉动对检测信号的干扰。因此，本发明的外置式多点感应流量传感器具有很高的抗振性，适用于液体、气体、蒸汽等流体的流量测量。

实施例2：

如附图5所示，一种外置式多点感应流量传感器，包括结构本体7，结构本体7的底面13设有隔板10，隔板10的两边的水平方向各焊接有两对检测单元6，两对检测单元6沿管道11轴线方向列在一排，相邻两个检测单元6间均设有间隙，隔板的长度大于四个检测单元的总长度，隔板的高度与检测单元的直径相同。其余与实施例1同。

实施例3：

如图6所示，一种外置式多点感应流量传感器，包括结构本体7，结构本体7的底面13设有隔板10，隔板10的两边的垂直方向各焊接有两对检测单元6，这两对检测单元6沿管道11的径向方向排列，隔板的长度略大于两个检测单元6的总长度，隔板的高度大于检测单元6的直径的2倍。其余与实施例1同。

Claims (10)

1. 一种外置式多点感应流量传感器，包括一个结构本体(7)和设于结构本体(7)底面(13)上的检测单元(6)，结构本体(7)上设有出线孔(1)，出线孔(1)内设有引线；检测单元(6)包括壳体(9)，壳体(9)内设有通孔，通孔的一端由弹性膜片(8)密封，其特征在于：所述的检测单元(6)有2n个，n为偶数且n≥2，检测单元(6)沿流体流动方向处于同一水平面的并列的两个检测单元(6)为一对，同一对检测单元(6)的通孔设置弹性膜片(8)端相对或相反；检测单元(6)上的通孔方向与流体流动方向一致；弹性膜片(8)的一侧设有压电陶瓷片(3)，压电陶瓷片(3)内设有电极片(2)，电极片(2)上连接着引线，引线由出线孔(1)引出；压电陶瓷片(3)与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片(5)。

2. 根据权利要求1所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：在所述的结构本体(7)的底面(13)沿流体流动方向设有隔板(10)，隔板(10)的两侧分别固定有m对检测单元(6)，m对检测单元(6)水平并列设置在结构本体(7)的底面(13)上，n是m的整数倍。

3. 根据权利要求1所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：在所述的结构本体(7)的底面沿流体流动方向设有隔板(10)，隔板(10)的两侧分别固定有m对检测单元(6)，m对检测单元(6)竖直并列设置，n是m的整数倍。

4. 根据权利要求1或2或3所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：所述的n为2，m为1。

5. 根据权利要求1或2或3所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：通孔的另一端设有金属预紧块(4)，金属预紧块(4)与壳体(9)间螺纹连接，压电陶瓷片(3)设在金属预紧块(4)与弹性膜片(8)之间。

6. 根据权利要求4所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：通孔的另一端设有金属预紧块(4)，金属预紧块(4)与壳体(9)间螺纹连接，压电陶瓷片(3)设在金属预紧块(4)与弹性膜片(8)之间。

7. 根据权利要求1或2或3所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：一对并列设置的检测单元(6)中左边的检测单元(6)的右端设置有弹性膜片(8)，右边的检测单元(6)的左端设置有弹性膜片(8)。

8. 根据权利要求6所述的所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：一对并列设置的检测单元(6)中左边的检测单元(6)的右端设置有弹性膜片(8)，右边的检测单元(6)的左端设置有弹性膜片(8)。

9. 根据权利要求1或2或3所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：所述的检测单元(6)为圆柱体状，2n个检测单元内(6)的压电陶瓷片(3)的尺寸、质量和灵敏度系数都相同，绝缘片(5)为陶瓷片或云母片，呈圆环状。

10. 根据权利要求6所述的一种外置式多点感应流量传感器，其特征在于：所述的检测单元(6)为圆柱体状，2n个检测单元内(6)的压电陶瓷片(3)的尺寸、质量和灵敏度系数都相同，绝缘片(5)为陶瓷片或云母片，呈圆环状。

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