CN101603846A - 非接触式位移传感器靶式流量计 - Google Patents

Abstract

一种非接触式位移传感器靶式流量计，在壳体(3)内装有弹性元件(4)，在弹性元件内(4)装有靶杆(2)，下端装有靶片(1)，在靶杆(2)上部装有机械阻尼装置(5)，在靶杆(2)顶端装有检测位移磁钢(6)，在检测位移磁钢(6)相对应位置装有霍尔线性位移传感器(7)，霍尔线性位移传感器(7)信号输出端联接微处理器(8)、显示器(9)。霍尔线性位移传感器不与靶杆直接接触，靶杆振动通过机械阻尼装置降低对传感器的影响，即使弹性元件端产生塑性变形，霍尔线性位移传感器也不会受到损坏，传感器远离测量介质，可以制做高温型型流量计。并延长传感器的使用寿命、提高测量精度，使靶式流量计这一产品真正做到可靠、耐用，维护量低。

Description

非接触式位移传感器靶式流量计

技术领域

本发明涉及一种液体物料计量及测控的流量仪表，具体说涉及一种靶式流量计。

背景技术

日前的靶式流量计是由靶片、靶杆、传感器、信号处理器及显示装置组成，工作原理是测量流体对靶片产生的力，采用的是测力传感器，当介质在测量管中流动时，因其自身的动能通过靶片时而产生的压差，并对靶片有一作用力，利用作用力的大小与介质流速的平方成正比的原理，将作用力通过安装在传感器筒体上的应变片、杠杆另一端安装接触式测力传感器或电容式的测力传感器，将电信号传递给微处理器，再由微处理器将计算结果传至显示器并输出4~20mA信号。

上述两种靶式流量计存在的主要缺陷是：应变片安装难于保证上下平齐和左右对称，影响测量精度。电容电极安装在传感器筒体内，筒体下通孔通常是进行密封，但振动导致密封破损，流体介质进入筒体，使电容电极受到损坏。而且这种方式由于流体水锤作用力比较大，测力传感器受频繁冲击极易将测力传感器击坏，目前靶式流量计采用的的弹性元件或为薄金属片或为特制薄壁圆管受介质内部工作压力影响，尤其高压工作状态薄壁圆筒或薄金属片受内部工作压力作用产生变形，导致测量数据产生变化，影响测量精度。除上述两种传感器靶式流量计外，近年一种以霍尔线性位移传感器的靶式流量计力图解决前述问题，如ZL200520092803.0，但该专利由于结构上的缺陷，主要存在以下问题：200520092803.0采用双弹片做弹性元件，弹性元件不是密封元件，同样存有传感器受介质腐蚀损坏问题，传感器紧贴在与介质直接接触的壳体的外壁，而靶式流量计检测介质多为粘稠介质，为了提高介质的流动性，需要对介质加温，所以被检测介质温度大部分为高温型，高于100℃，霍尔线性位移传感器在高温介质下容易发生漂移，进一步导致损坏，不适合在高温下进行测量。另外检测位移磁钢安装在双弹片间，检测的位移是一种平行位移，受介质动态影响，测量精度低。

发明内容

针对现有靶式流量计存在的缺陷，本发明提供一种传感器不与弹性元件相接触，避免水流作用力造成传感器损坏，使用寿命长，密封性能更可靠的，可以做成高温型的靶式流量计。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：一种非接触式位移传感器靶式流量计，包括信号处理及显示装置，其特征是：在壳体(3)内装有弹性元(4)，在弹性元件内(4)装有靶杆(2)，在靶杆(2)的下端装有靶片(1)，在靶杆(2)上部装有机械阻尼装置(5)，在靶杆(2)顶端装有与靶片(1)位置方向相一致的检测位移磁钢(6)，在检测位移磁钢(6)相对应位置装有霍尔线性位移传感器(7)，霍尔线性位移传感器(7)信号输出端联接微处理器(8)、显示器(9)。

本发明的有益效果：本发明采用了传统靶式流量计流体对靶片产生作用力的大小与介质流速的平方成正比的原理，但是完全摒弃了传统的由测量靶力原理，而改为测量受靶力作用后杠杆产生位移的工作原理，由通常的应变片式或电容式测力传感器改换成霍尔线性位移传感器，霍尔线性位移传感器不与靶杆直接接触，靶杆的振动通过机械阻尼装置降低对传感器的影响，，即使弹性元件产生塑性变形，霍尔线性位移传感器也不会受到损坏，传感器远离测量介质，可以制做耐高温型靶式流量计。由于传感器不与靶杆直接接触，即使受到水锤作用使弹性元件过载，重新迁移零点及调整其他参数后仍然可以继续使用。属于免维护型，并延长传感器的使用寿命、提高测量精度。而且由于采用薄壁圆筒或厚壁圆筒做弹性元件，容易制作，密封性好，解决了以往靶式流量变送器容易渗漏的特点。现有靶式流量计采用圆筒做弹性元件必须用特制薄壁圆筒，在薄壁圆筒壁上粘贴应力传感器，检测流体对靶片产生的力，而现在的弹性元件用的圆筒可使用厚壁圆筒，增加了密封的可靠性，抗过载能力也大大提高，测量数据不受介质内部压力影响，测量精度高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的测量原理示意图

具体实施方式

结合附图说明本发明的结构和测量方法。

一种非接触式位移传感器靶式流量计，在壳体3内装有弹性元件4，弹性元件为薄壁圆筒或厚壁圆筒。弹性元件既是弹性元件又是密封体，厚壁圆筒增加了密封的可靠性，抗过载能力大。在弹性元件4内装有靶杆2，在靶杆2的下端装有靶片1，在靶杆2上部装有机械阻尼装置5，在靶杆2顶端制有与靶片1位置方向相一致的检测位移磁钢6，在检测位移磁钢6相对应位置装有霍尔线性位移传感器7，传感器放置在远离介质的地方，可制成高温型靶式流量计，靶杆位移是以支点为中心的旋转位移，测量精度高。霍尔线性位移传感器7信号输出端联接A/D和D/A转换及微处理器8，微处理器8联接液晶显示器9显示检测的流量，并输出4～20mA信号。

当流体作用于靶片时，靶片受力后带动靶杆位移，霍尔线性位移传感器测定靶杆杆头位移距离，并根据位移距离转换成与流体相对应流量值。位移的大小与介质流速的平方成正比，其数学方式表达为：

F＝C×A×ρ×V²/2g

式中：

F——靶片所受的作用力产生的力，

C——物体的阻力系数

A——靶片对测量管轴向投影面积，

ρ——况下介质密度

V——介质在测量管中的平均流速

g——重力加速度

根据悬臂梁公式，见《机械设计手册》单行本第1篇《常用设计资料》第1-128页，悬臂梁一端的挠度f_A

$f_A=\frac{{Pl}^3}{3\mathrm{EI}}$

P为悬臂梁一端受的作用力(靶力)。

由以上公式可以看出，靶片受流体作用力后，靶杆产生的位移，根据杠杆原理，靶杆另一端的位移与靶片受力端的位移成正比，也就是如下：

L＝C′F

式中：

L为靶杆另一端的位移

C′为常数

F为靶力

以上公式可以看出靶杆端头的位移与介质流速的平方成正比。

列举以下测试数据说明流量与靶杆一端位移的关系：

量程％	实际挂重值kg	理论位移距离mm	传感器检测值mV	传感器值经A/D转换后电流值(无开方)	传感器值经A/D转换电流值(开方)
						0	0	0	2	4	4.02
20	0.06	0.08	2.321	4.63	7.21
						50	0.375	0.5	2.75	8.01	12.02
70	0.735	0.98	3.48	11.83	15.19
						100	1.5	2	5.01	20.01	20.01

由以上数据可以看出，靶力与靶杆一端的位移成正比，也就是与流速(即流量)平方成正比，并且可以通过微处理器对检测的传感器位移信号进行线性修正本次测试采用的检测方法为靶式流量计传统检定方法：挂重法。

根据上述公式由位移传感器测得的位移距离转换成电信号，位移传感器发出的电信号经过A/D转换器将信号输入微处理器，经过微处理器的线性修正得出线性流量值，在显示器上显示，并输出4～20mA信号。

Claims (1)

1、一种非接触式位移传感器靶式流量计，包括信号处理及显示装置，其特征是：在壳体(3)内装有弹性元件(4)，在弹性元件内(4)装有靶杆(2)，在靶杆(2)的下端装有靶片(1)，在靶杆(2)上部装有机械阻尼装置(5)，在靶杆(2)顶端装有与靶片(1)位置方向相一致的检测位移磁钢(6)，在检测位移磁钢(6)相对应位置装有霍尔线性位移传感器(7)，霍尔线性位移传感器(7)信号输出端联接微处理器(8)、显示器(9)。

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