CN103983320A - 一种气液两相流检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种气液两相流检测传感器，包括传感器基体及安装在其两端的适配接头；所述传感器基体内设有红外发射管与红外检测器组、蓝宝石管和电路板；其还包括杯形密封件和接头密封圈；所述杯形密封件套在蓝宝石管两端形成密封；所述杯形密封件上设有和蓝宝石管内径大小一致，位置对应的圆孔；所述适配接头的内孔和蓝宝石管内径大小一致；所述适配接头外径设有接头密封圈。本发明显著提高了传感器检测准确度、漏率、可靠性等指标。

Description

一种气液两相流检测传感器

技术领域

本发明涉及在线监测系统领域，特别涉及一种气液两相流检测传感器。

背景技术

气液两相流检测传感器是一种在在线监测系统领域广泛使用的传感器，其结构特性决定了传感器的检测准确度、漏率、耐环境应力等性能指标。目前的气液两相流检测传感器存在标定误差较大，漏率较高，可靠性不足的问题，其原因主要是传感器结构不合理所致。

图1示出了根据现有技术气液两相流检测传感器的结构示意图。该传感器的主要组成包括检测气态流的红外发射管与红外检测器组1，保证蓝宝石管内检测介质密封的径向密封圈2，蓝宝石管3，进行信号处理与转换的电路板4，保证适配接头密封的轴向密封圈5，传感器基体6，适配接头7。

传感器的检测准确度直接取决于出厂前的调试与标定，标定误差受两相流体所经过的传感器内管道结构特性影响较大，现有结构为保证检测介质密封，适配接头7内孔处不可避免存在孔径突变。气液两相流体通过传感器时，其流型和流态在管道内孔径突变位置时，有一定几率会发生改变。目前气液两相流传感器的标定技术，采用的是对标准流型进行高速摄像、图像采集处理及比对计算分析的方式，如果标准流型通过传感器期间发生变化，将影响数据处理的准确性及稳定性，造成标定值偏离真实值，进而导致传感器检测不准确。

传感器的漏率主要取决于径向密封圈2和轴向密封圈5两处密封结构。蓝宝石管3的制造工艺性决定了其外径大小以及圆柱面全跳动公差较差、切割长度线性误差大、两端切割面不平整等，均难以满足国标GB/T 3452.3-2005对径向及轴向密封结构中关于配合公差的要求，导致传感器整体密封性能较差。

与此同时，为保证轴向密封圈5处的密封效果，适配接头7与蓝宝石管3的设计间隙较小，而传感器相关零配件的加工、装配等累计误差导致上述间隙分布不均衡，根据几何特性，间隙最小处位于蓝宝石管两端，现有结构在极端情况下可能出现蓝宝石管端面和适配接头不锈钢面的局部硬接触，降低了传感器对环境应力（如振动、冲击等）的耐受性能以及整体可靠性。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种气液两相流检测传感器，其检测准确度高，漏率低，耐环境应力性能显著增强。

为解决上述技术问题，本发明提供一种气液两相流检测传感器，包括传感器基体及安装在其两端的适配接头；所述传感器基体内设有由红外发射管与红外接收器件组成的红外检测器组、蓝宝石管和电路板；各适配接头与对应的蓝宝石管端部之间设有包套在蓝宝石管端部的杯形密封件，由此形成蓝宝石管与传感器基体内腔的径向密封，以及蓝宝石管端部与适配接头之间的轴向密封；适配接头设有接头密封圈而形成适配接头与传感器基体内腔之间的径向密封；所述杯形密封件设有和蓝宝石管内径相同且位置对应的圆形通孔，所述适配接头的内孔和蓝宝石管内径相同，形成了由蓝宝石管内腔以及它两端的杯形密封件圆形通孔、适配接头的内孔组成的内径一致的通道。

作为本发明一种气液两相流检测传感器在一方面的改进：在各杯形密封件的端口与传感器基体内腔的内端台阶之间的蓝宝石管外周依次设有大截面密封圈、聚四氟乙烯垫、小截面密封圈，在所述杯形密封件的挤压下于蓝宝石管外周与传感器基体内腔之间形成密封。

本发明利用杯形密封件的肖氏硬度大于密封圈和大、小截面密封圈受压时由于直径不同而产生的不同的变形量以及挤压作用力，配合聚四氟乙烯垫，消除了由于蓝宝石管尺寸误差带来的密封配合间隙大的影响；

作为本发明一种气液两相流检测传感器在一方面的改进：所述聚四氟乙烯垫其两端直径分别和小截面密封圈和大截面密封圈直径一致；所述聚四氟乙烯垫在直径过渡处设计有倒角，便于安装。

本发明适合在电解制氧装置等需要在线检测液体中所含气体体积的应用。与现在技术相比具有的优点主要有：

1、减少传感器标定误差从而提高其检测准确度。传感器内导流管结构为直通，消除管径突变引起的流型和流态变化，经标定系统实践测试，所述气液两相流检测传感器进、出口介质流型和流态一致。

2、传感器的漏率大幅降低，实测氦质谱检漏可达1×10^-10 Pa·m³/s。传感器内部与两相流介质之间为双级径向密封，即由U形橡胶垫、大截面O型圈、聚四氟乙烯垫、小截面O型圈组成，利用U形橡胶垫与O型圈肖氏硬度不同，以及大、小截面O型圈受压时的变形量以及挤压作用力不同，配合聚四氟乙烯垫，消除了由于蓝宝石管尺寸误差带来的密封配合间隙大的影响；传感器适配接头部分采用径向密封，其间隙配合和沟槽尺寸公差设计按国标GB/T3452.3-2005，即可满足传感器适配接头的密封要求。

3、传感器耐环境应力性能得到增强。所述结构保证了蓝宝石管两端均由U形橡胶垫包覆，从根本上消除了传感器相关零配件加工、装配等累计引发导致蓝宝石管与金属面硬接触的可能性，提高了传感器对振动、冲击等环境应力的耐受性能。

下面结合附图详细说明本发明,其作为本说明书的一部分,通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为现有技术中传感器的结构示意图；

图2为本发明的传感器的结构示意图

图1-2中附图标记的对应关系为：

1-红外检测器组；2-径向密封圈；3-蓝宝石管；4-电路板；5-轴向密封圈；6-传感器基体；7-适配接头；8-杯形密封件；9-小截面密封圈；10-聚四氟乙烯垫；11-大截面密封圈；12-接头密封圈。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图2所示，一种气液两相流检测传感器，包括传感器基体6及安装在其两端的适配接头7；所述传感器基体6内设有红外检测器组1、蓝宝石管3和电路板4；其还包括杯形密封件8和接头密封圈12；所述杯形密封件8套在蓝宝石管3两端形成密封；所述杯形密封件8上设有和蓝宝石管3内径大小一致，位置对应的圆孔；所述适配接头7的内孔和蓝宝石管3内径大小一致；所述适配接头7外径设有接头密封圈12。

上述传感器中还包括设于蓝宝石管3两端外径上的小截面密封圈9、聚四氟乙烯垫10和大截面密封圈11；所述聚四氟乙烯垫10位于小截面密封圈9和大截面密封圈11之间，其两端直径分别和小截面密封圈9和大截面密封圈11直径一致；所述杯形密封件8依次对大截面密封圈11、聚四氟乙烯垫10和小截面密封圈9产生挤压形成密封。

上述聚四氟乙烯垫10在直径过渡处为倒角设计。

本发明传感器的密封结构为蓝宝石管两端由杯形密封件8固定，杯形密封件8挤压大截面密封圈11、聚四氟乙烯垫10、小截面密封圈9完成对流经传感器的两相流介质的密封；传感器适配接头7采用径向密封，其间隙配合和沟槽尺寸公差按国标GB/T3452.3-2005。该结构充分保证了传感器密封性。

本发明传感器通过GJB150.16A-2009《军用装备实验室环境试验方法 振动试验》、GJB150.18A-2009《军用装备实验室环境试验方法 冲击试验》等鉴定试验，性能满足要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种气液两相流检测传感器，包括传感器基体（6）及安装在其两端的适配接头（7）；所述传感器基体（6）内设有由红外发射管与红外接收器件组成的红外检测器组（1）、蓝宝石管（3）和电路板（4）；其特征在于，各适配接头（7）与对应的蓝宝石管（3）端部之间设有包套在蓝宝石管（3）端部的杯形密封件（8），由此形成蓝宝石管（3）与传感器基体（6）内腔的径向密封，以及蓝宝石管（3）端部与适配接头（7）之间的轴向密封；适配接头（7）设有接头密封圈（12）而形成适配接头（7）与传感器基体（6）内腔之间的径向密封；所述杯形密封件（8）设有和蓝宝石管（3）内径相同且位置对应的圆形通孔，所述适配接头（7）的内孔和蓝宝石管（3）内径相同，形成了由蓝宝石管（3）内腔以及它两端的杯形密封件（8）圆形通孔、适配接头（7）的内孔组成的内径一致的通道。

2.根据权利要求1所述的气液两相流检测传感器，其特征在于：在各杯形密封件（8）的端口与传感器基体（6）内腔的内端台阶之间的蓝宝石管（3）外周依次设有大截面密封圈（11）、聚四氟乙烯垫（10）、小截面密封圈（9），在所述杯形密封件（8）的挤压下于蓝宝石管（3）外周与传感器基体（6）内腔之间形成密封。

3.根据权利要求2所述的气液两相流检测传感器，其特征在于：所述聚四氟乙烯垫（10）其两端直径分别和小截面密封圈（9）和大截面密封圈（11）直径一致；所述聚四氟乙烯垫（10）在直径过渡处设计有倒角。