CN103234588B - 在线更换型隐形感应式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线更换型隐形感应式流量计，其包括有管道表体、旋涡发生体、感应探头、表头，所述感应探头通过探头座安装在管道表体上，所述感应探头的底端面位于旋涡发生体上部，并与旋涡发生体的上端面相对应。感应探头中可更换安装有一感应检测传感器或感应元件。本发明感应探头在管道表体中不外露，避开了流体的冲击力，流体通过旋涡的作用力由介质引升到隐形感应探头的振动杆或感振片。其结构简单、体积小、安装和施工简便、测量精度高、工作可靠性高、适用性广、耐高温高压，能实现不停流检测、维修、更换感应探头的感应检测传感器或感应元件。其适用于安装在各种不同管径的管道中对各种介质进行流量测量。

Description

在线更换型隐形感应式流量计

技术领域

本发明涉及一种管道内流体流量的测量装置，具体地说是一种在线更换型隐形感应式流量计。可用于测量管道中各类流动介质如：蒸汽、气体、液体的流量。

背景技术

我们知道，上世纪70年代第一台涡街流量计的诞生，轰动世界流量行业，美国专家预言不久的将来会取代已大量应用了上百年的节流装置。几十年来，各国科学家，流量行业科技人员，广大用户在科研、生产、应用中经历了不懈努力，相继出现了热敏电阻、压电晶体、差动电容、超声波等原理及器件制造的涡街流量计，由于其核心部件检测流量信号的涡街传感器，当其出现损坏和泄露等故障时，需要停流才能更换检修。但上述流量计大多不能实现在线不停流更换检修传感器。

停流检修意味着生产线要停产，停产是现代化生产中的一个大忌，如石化厂停产一小时就可能损失上百万元，甚至更多，供热管网不仅影响生产，还将影响百姓的正常生活。因此广大用户极为期盼性能优良，安装和方便的在线可更换的流量计。目前在线可更换的涡街流量计存在的问题有：（一）、结构设计存在的缺陷如专利号为01205954.4和专利号为101979964A均采用插接结构，其共同点是将装有感应元件的探头的振动杆插接在另一个类似的金属振动杆或弹性体与支撑腔插接，另一个共同点都是采用长条形压电晶体感应元件。他们的缺点是生产制造复杂，加工和组装难度大，难以批量生产，特别是其接触点易产生振动噪声，影响旋涡作用力的传递，信号质量远不如单体探头结构，抗振动性能很差，因此信噪比较差，严重时无法正常工作，更难以测量小流量。信噪比的好坏是直接影响流量计性能优劣的重要指标。（二）、感应元件压电晶体电原理与结构存在的缺陷上述大多是将压电晶体封装在探头壳体中或紧固焊封成一体如专利号为01261173.5，01205954.4，一旦损坏，无法在线拆换。专利号为01261173.5，其圆片形压电陶瓷采用一端面电极板是紧贴在探头金属壳体的底面，即与大地连在一起并由机壳或压块引出信号线，另一端面电极板与探头金属壳体绝缘并引出另一信号线，这种信号引线由于未与大地悬空，易受地电流干扰的影响。上述压电晶体电原理是并联方式，信号较弱，信噪比差，当有机械振动时，流量信号上会叠加振动信号，当振动信号大于流量计信号时流量信号发生奇变，造成漏波或增波，这就造成测量结果误差很大，严重时无法正常工作，无流体流动时的空管更是如此。信噪比是衡量一台流量计重要的性能指标。由于信噪比差，流量较小时信号太弱检测不出来，可测最小流量，也称下限流量，是衡量一台流量计的又一重要性能指标。

本申请发明人曾提出了一种更换型感应式涡街流量计，专利号为201120029273.0，其由管道表体、旋涡发生体、感应探头、表头组成，感应探头安装在管道表体上，所述感应探头设有一振动杆，振动杆上部为与振动杆一体设置的套筒，套筒的底为一封闭的感振片，感振片和与其垂直的振动杆组成“T”形悬臂结构，套筒中感振片的上平面贴合安装有感应元件。因感应元件压电陶瓷片被紧固在探头壳体中，很难掌控压紧螺母对感应元件压电陶瓷片的压力，稍有不当就会将感应元件压电陶瓷片压碎损坏，另外感应元件压电陶瓷片与探头底平面贴合不好和受压不均都会造成感应元件压电陶瓷片碎裂损坏。另外，上述流量计探头大多采用的是法兰安装结构，其与表体间采用密封垫，时有发生泄漏事故。流量计的探头振动杆一般深入到管道表体内径内且在旋涡发生体之中。在一定流速下由于振动杆产生二次涡流，故这种结构会产生非线性失真，影响测量精度，是涡街流量计至今不可逾越的难题，精度是衡量一台流量计又一重要性能指标。鉴于上述所述结构，易受高流速的冲击，在一定振荡频率下会使探头杆断裂。难以实现高温介质的测量，受压电陶瓷特性限制一般只能满足300℃左右的范围内使用，超过温度范围则会使压电效应消失。温度范围窄，特别是大于450℃以上的高温介质目前世界尚无法检测。

另外，现有技术检测旋涡信号的探头设置在旋涡发生体的尾部，要承受流体的冲击力，在一定流速和频率下使探头的振动杆产生共振造成振动杆断裂。同时，在一定流速下由于振动杆产生二次涡流，故这种结构会产生非线性失真，影响测量精度。

发明内容

本发明所要解决的上述技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、体积小，安装和维修简便，测量精度高，抗振动性能好，可测小流量、量程宽、耐高温高压，安全可靠，可实现不停流检修并方便更换感应检测传感器的在线更换型隐形感应式流量计。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种在线更换型隐形感应式流量计，其包括有管道表体、旋涡发生体、感应探头、表头，其特征在于：所述感应探头通过探头座安装在管道表体上，所述感应探头的底端面位于旋涡发生体上部，并与旋涡发生体的上端面相对应。

所述旋涡发生体上端面中间设有一隔离台，所述感应探头的扁形振动杆底端或感应探头的感振片外平面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

所述感应探头中安装有一感应检测传感器，所述感应检测传感器包括有连接基体、感应元件、信号引线，所述感应元件通过绝缘胶固定在连接基体上，连接感应元件的信号引线从连接基体上部引出。

所述感应元件为组合式压电晶体片，其中的陶瓷片上下两端平面上对称设有两对电极板，同一平面上的两个电极板的极性相同，上下两个平面上的正负电极板错位交叉联接，而后分别连接一信号引线，所述陶瓷片中间设有信号引线穿孔。

所述连接基体由壳体、中间连接体、弹性压盖和活动压紧体组成，感应元件紧贴壳体的底板封装在壳体内，中间连接体位于壳体内感应元件上部，其与感应元件固定连接，弹性压盖分别与壳体、活动压紧体焊接在一起，中间连接体通过弹性压盖与活动压紧体压紧，所述壳体外侧还设有导向销。

所述感应探头中安装有一感应元件，所述感应元件为组合式压电晶体片，其中的陶瓷片上下两端平面上对称设有两对电极板，同一平面上的两个电极板的极性相同，上下两个平面上的正负电极板错位交叉联接，而后分别连接一信号引线。

所述感应探头设有一扁形振动杆，振动杆上部为与振动杆一体设置的套筒，套筒的底为感振片，感振片和与其垂直的振动杆组成“T”形悬臂结构，所述扁形振动杆下部还连接有一桨板，桨板底端面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

所述感应探头设有一套筒，套筒的底为感振片，感振片外平面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

本发明所述管道表体和表头之间设有一开放式支撑连接体，开放式支撑连接体下部连接固定在管道表体上，上部连接并支撑表头。

本发明所述感应探头通过探头座安装在管道表体上，探头座外部安装有散热片。通过散热片可降低感应检测传感器处的温度，有利于高温散热，为测量高温介质提供了基础。流量计检测介质的温度提高到450℃以上。

本发明感应探头的振动杆或感振片位于旋涡发生体上部，在管道表体中不外露，避开了流体的冲击力，流体通过旋涡的作用力由介质引升到隐形感应探头的振动杆或感振片，改变了传统的设计模式，使探头的振动杆或感振片避开了流体的冲击力，振动杆免遭断裂，同时有较好的线性度和重复性，对提高测量精度具有重要意义。所述感应检测传感器或感应元件具有良好的抗干扰性能和定位导向功能。在同样的旋涡力作用下，它的信号最强，并能获得不同大小的灵敏度，实现最佳信噪比。另外可不断流情况下方便拆卸压紧螺母或压紧法兰，更换、检修探头中的感应检测传感器或感应元件。对照现有技术，本发明克服了现有检测旋涡信号的探头设在旋涡发生体的尾部，要承受流体的冲击力，在一定流速和频率下使探头的振动杆产生共振造成振动杆断裂，在一定流速下由于振动杆产生二次涡流，会产生非线性失真，影响测量精度等不足，其结构简单、体积小、安装和施工简便、测量精度高、工作可靠性高、适用性广、耐高温，同时有较好的线性度和重复性，对提高测量精度具有重要意义，能实现不停流检测、维修、更换感应探头的感应检测传感器或感应元件，是一种理想的在线更换型隐形感应式涡街流量计，其适用于安装在各种不同管径的管道中对各种介质进行流量测量。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明的组成结构示意图。

图2是本发明的一种感应探头的结构示意图。

图3是本发明的另一种感应探头的结构示意图。

图4是本发明中的旋涡发生体的结构示意图。

图5是本发明中的感应检测传感器的结构示意图。

图6是本发明中的感应元件的结构和电原理示图。

图1中的标号是：1．旋涡发生体，1-1.隔离台，2.探头座，3.感应探头，4.散热片，5．压紧螺母，6．引线护套，7．管道表体，8.信号引线，9．开放式支撑连接体，10.接插件，11．表头。31.感应检测传感器，32.套筒，33.振动杆，34.感振片，35.浆板。311.壳体，312.导向销，313.绝缘胶，314.感应元件，315.中间连接体，316.活动压紧体，317.弹性压盖。

具体实施方式

从图1中可以看出，一种在线更换型隐形感应式流量计，其包括有管道表体7、旋涡发生体1、感应探头3、开放式支撑连接体9、表头11等。管道表体7是连接流体管道和安装旋涡发生体1、感应探头3、开放式支撑连接体9等部件的基体。旋涡发生体1作用主要是使流体流经该发生体时分离出有规则的旋涡，该旋涡对感应探头3的产生振荡力。旋涡发生体1、表头11的组成结构属于现有技术，不在赘述。开放式支撑连接体9下部连接固定在管道表体7上，上部连接并支撑表头11，感应探头3通过接插件10与表头11连接。也可以不用开放式支撑连接体9，安装成分体式，感应探头3直接通过引线与表头11连接。感应探头3得到的流量信号通过信号引线8传递到带智能放大器的表头11上，显示瞬时流量和累积流量等参数，并输出标准信号。感应探头3外部的信号引线8通过引线护套6进行保护。

图4是本发明中的旋涡发生体的结构示意图。所述旋涡发生体1上端面中间设有一隔离台1-1，所述感应探头1的扁形振动杆底端或感应探头的感振片外平面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

本发明所述感应探头3可以是带受力振动杆的感振片式感应探头；也可以是无受力振动杆的感振片式的感应探头。

图2是本发明的一种感应探头的结构示意图。如图2所示，所述感应探头3设有一扁形振动杆33，振动杆33上部为与振动杆一体设置的套筒32，套筒32的底为感振片34，感振片34和与其垂直的振动杆33组成“T”形悬臂结构。所述感应检测传感器31或感应元件314贴合安装在感振片34上，上部通过压紧螺母5或压紧法兰安装固定。感应探头的工作原理是：旋涡产生的作用力作用在振动杆33的一侧，将升力传递到感振片34。因感应检测传感器31或感应元件314被压紧螺母5压装在受力杆型感应探头3的套筒32中，故感应检测传感器31或感应元件314接受到来自感振片34的振动信号即流量信号，该流量信号传递到带智能放大器的表头11上，显示瞬时流量和累积流量等参数，并输出标准信号。扁形振动杆33下部一体连接有一桨板35，桨板35底端面与旋涡发生体1上端面设有的隔离台1-1相对应。桨板35较原振动杆扁形平面的面积大，振动杆缩短，是两体合一的结构，其目的是为了增加受力面积，减少整个振动杆的质量，获得最佳信号，灵敏度高，信噪比好，可测最小流量，故量程比宽。

图3是本发明的另一种感应探头的结构示意图。如图3所示，所述感应探头3设有一套筒32，套筒的底为感振片34，感振片34外平面与旋涡发生体1上端面的隔离台1-1相对应。旋涡产生的作用力直接作用在感振片34上，将升力传递到感应检测传感器31或感应元件314上，并输出流量信号。

所述隔离台1-1的宽度和厚度与探头检测旋涡的扁形振动杆或桨板底端面的宽度和厚度相对应。隔离台1-1可以根据感应探头的大小作适当延伸，以和扁形振动杆及桨板相对应。

本发明所述感应探头3中可更换安装有一感应检测传感器31。图5是本发明中一种感应检测传感器的结构示意图。所述感应检测传感器31包括有连接基体、感应元件314、信号引线8，所述感应元件通过绝缘胶313固定在连接基体上，感应元件314周围用绝缘胶313绝缘密封，连接感应元件的信号引线8从连接基体上部引出。所述连接基体由壳体311、中间连接体315、弹性压盖317和活动压紧体316组成，感应元件314紧贴壳体311的底板封装在壳体311内，中间连接体315位于壳体内感应元件314上部，其与感应元件通过绝缘胶313固定连接，绝缘胶313将感应元件314与壳体311和中间连接体315结合成一体，同时也起到封闭防潮作用。弹性压盖317分别与壳体311、活动压紧体316焊接在一起，中间连接体315通过弹性压盖317与活动压紧体316压紧。因弹性压盖317的弹性作用，来自上部的压紧螺母5的压力通过活动压紧体316将压力作用到中间连接体315上，使感应元件紧贴壳体311的底板，进而使整个感应检测传感器紧贴在感振部件上。连接感应元件的信号引线8从壳体311上部引出。所述壳体311可以是金属屏蔽壳体，也可以是或非金属壳体。金属屏蔽壳体起到屏蔽电磁干扰作用，并具有防水防潮性能。

感应元件314是感应检测传感器31的核心部件。如图6所示，所述感应元件314为组合式压电晶体片，其中的陶瓷片上下两个平面上对称设有两对电极板，同一平面上的两个电极板的极性相同，即一个平面上的两个电极板的极性同为“正”，另一平面的两个电极板的极性同为“负”，且正负极板上下对应，对称分布。它等效于两个压电晶体片组成的测量信号元件。陶瓷片上下两个平面上的正负电极板错位交叉联接，而后分别连接一信号引线8，最后引出一对输出信号端子。感应元件314陶瓷片中间设有信号引线穿孔。所述压电晶体片是力敏元件，当探头的振动杆将旋涡产生的作用力传递到感应元件压电晶体片时，便会将应力转换成电荷信号。探头的工作原理是旋涡产生的作用力作用在探头振动杆的一侧，将升力传递到感振片。感应检测传感器被压紧螺母压装在探头壳体腔体中感振片的上平面，感应检测传感器接受到来自感振片的振动信号即流量信号，该流量信号传递到智能放大器表头上，显示瞬时流量和累积流量等参数，并输出标准信号。所述壳体311外侧还设有导向销312。其起导向和定位的作用，以保证感应检测传感器安装时的正确方向。相应地安装感应检测传感器的感应探头3腔体内侧有导向槽。导向销312在感应探头3导向槽中上下移动，不能左右移动，这种结构设计除了保证安装人员不会发生错装外，还防止了因旋转上部的压紧螺母5时，因旋转摩擦中使感应检测传感器发生位移，导致信号不正常。

本发明所述感应探头3中还可以直接安装一可更换的感应元件314。所述感应元件314如图6所示。上段已做详细描述，这里不再赘述。

本发明所述感应探头3通过探头座2安装在管道表体7上，探头座2外部安装有散热片4。安装散热片4，可降低感应检测传感器31处的温度，有利于高温散热，为测量高温介质提供了基础。使流量计检测介质的温度提高到450℃以上。所述探头座2与感应探头3壳体焊接，减少密封环节，极大地提高了应用压力等级和安全性能。也可以采用法兰连接，方便脏污介质的清洗。探头座还为隐藏式探头提供空间。

本发明所述开放式支撑连接体9下端与管道表体7连接固定，上端与表头11连接固定，其中间两侧呈两根窄体扁形支体，便于散热，而且便于从两侧面操作更换装卸感应检测传感器，并且该支撑体还能调节方向，适用现场不同位置的安装要求。

本发明感应探头3的振动杆或感振片位于旋涡发生体1上部，在管道表体中不外露，避开了流体的冲击力，流体通过旋涡的作用力由介质引升到隐形感应探头的振动杆或感振片，改变了传统的设计模式，使探头的振动杆或感振片避开了流体的冲击力，振动杆免遭断裂，同时有较好的线性度和重复性，对提高测量精度具有重要意义。所述感应检测传感器或感应元件具有良好的抗干扰性能和定位导向功能。在同样的旋涡力作用下，它的信号最强，并能获得不同大小的灵敏度，实现最佳信噪比。另外可不断流情况下方便拆卸压紧螺母或压紧法兰，更换、检修探头中的感应检测传感器或感应元件。本发明克服了现有检测旋涡信号的探头设在旋涡发生体的尾部，要承受流体的冲击力，在一定流速和频率下使探头的振动杆产生共振造成振动杆断裂的不足。其结构简单、体积小、安装和施工简便、测量精度高、工作可靠性高、适用性广、耐高温，能实现不停流检测、维修、更换感应探头的感应检测传感器或感应元件，是一种理想的在线更换型隐形感应式涡街流量计，其适用于安装在各种不同管径的管道中对各种介质进行流量测量。

Claims (8)

1.一种在线更换型隐形感应式流量计，其包括有管道表体、旋涡发生体、感应探头、表头，其特征在于：所述感应探头通过探头座安装在管道表体上，所述感应探头的底端面位于旋涡发生体上部，感应探头的底端面与旋涡发生体的上端面相对应；所述感应探头中安装有一感应元件，所述感应元件为组合式压电晶体片，其中的陶瓷片上下两端平面上对称设有两对电极板，同一平面上的两个电极板的极性相同，上下两个平面上的正负电极板错位交叉联接，而后分别连接一信号引线。

2.一种在线更换型隐形感应式流量计，其包括有管道表体、旋涡发生体、感应探头、表头，其特征在于：所述感应探头通过探头座安装在管道表体上，所述感应探头为无受力振动杆的感振片式的感应探头，其感振片的底端面与旋涡发生体上端面相对应，由介质引升的旋涡作用力作用在探头的感振片；所述感应探头中安装有一感应元件，所述感应元件为组合式压电晶体片，其中的陶瓷片上下两端平面上对称设有两对电极板，同一平面上的两个电极板的极性相同，上下两个平面上的正负电极板错位交叉联接，而后分别连接一信号引线。

3.根据权利要求1所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述旋涡发生体上端面设有一隔离台，所述感应探头的扁形振动杆的底端面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

4.根据权利要求2所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述旋涡发生体上端面设有一隔离台，所述无受力振动杆的感振片式的感应探头的感振片的外平面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应。

5.根据权利要求2所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述无受力振动杆的感振片式的感应探头设有套筒，套筒的底为感振片，感振片外平面与旋涡发生体上端面的隔离台相对应，感应元件安装在套筒内的感振片上。

6.根据权利要求1或2所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述旋涡发生体上端面设有一隔离台，隔离台可根据感应探头大小作适当延伸。

7.根据权利要求1或2所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述管道表体和表头之间设有一开放式支撑连接体，开放式支撑连接体下部连接固定在管道表体上，上部连接并支撑表头。

8.根据权利要求1或2所述在线更换型隐形感应式流量计，其特征在于：所述感应元件可替换为与组合式压电晶体片等效的两个压电晶体片组成。