CN106841667A - 一种弹性应变片式管道流速计以及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹性应变片式管道流速计以及使用方法，基板包括挂装面和位于挂装面两边的固定面，其中在挂装面上对称设有两个挂装架，在挂装架上阵列设有若干挂装孔，在两个挂装架对应的两个挂装孔之间安装有振动片，相邻两个振动片之间安装有应变电阻丝，在两个振动片的轴向两端设有限位凸起部，在挂装面的上部设有若干支撑杆，在挂装面上部还设有若干与挂装架轴线平行的滑动套，支撑杆插接在滑动套内，固定面包括与管道外壁面对应的贴合面，贴合面紧密贴附在管道外壁上；弹性应变片式管道流速计还包括数据处理电路，数据处理电路包括与各个电阻应变片连接的将应变电阻丝的电阻数值转换成电信号的转换器，以及与各电阻应变片的转换器连接的数据处理器。

Description

一种弹性应变片式管道流速计以及使用方法

技术领域

本发明涉及一种弹性应变片式管道流速计以及使用方法，属于管道流速传感器领域。

背景技术

流速计作为一个测量水流速度的设备，按领域，可以分为机械式、光学式、声波学式等几大类，其中：

光学式和声波学式具有数据采集精度高，流速反馈及时、对管道流速不存在衰减等影响广泛被使用在一些高精密的使用领域，比如：制药、精密化工、流体模型建立、管道和水泵等精密流体输送设备测试等；光学式和声学式主要通过声波、电磁波等介质，利用其在不同流速的介质下，对声波、电磁波衰减影响不同、传播速度不同的理念进行制造，其主体包括发射器和接收器，均为高精密的设备；

在对环境的要求较高，很难使用在诸如电厂、化工厂等粉尘含量高、水汽含量高的环境，且此类设备成本也较高，对于一些环境较差的使用工况，需要对设备进行经常性的保养和维护，不是很适合这些单位产品利润较低的工厂使用；

机械式的流速计一般安装于管道内部，从结构上来说，外界环境对机械式的流速计影响不大，而且机械式的流速计一般采用一个在流体中不断旋转的驱动叶轮，通过驱动叶轮的转速来获取流速，其主体结构包括叶轮和一个转动的发电机结构，结构简单、成本低廉，适合一些利润低、使用量大、对数据精度要求不高的工厂，但机械式的流速计也存在较大的缺点，为了降低数据模拟的难度，一般叶轮的转动轴线与管道的轴线同轴，流体迎面朝向叶轮流动，所以叶轮给管道中流体流速带来的衰减十分巨大，不仅可能使得管道内的流速无法达到工作指标，同时此种结构的流速也不是非常准确，一般只能按照在管路结构的尾管位置，使用范围也很小；

如ZL201110251948.0提出的一种机械式的流速计，其采用一个大型叶轮实现对流速的检测，此流速计流阻较大，对流体驱动泵的扬程要求较高，且对整个管路带来的流速衰减也较大，此外，此流速计一般需要串联到管道内，如果需要对现有管路进行安装，那么需要将现有管路进行拆卸，整体工程量较大，此外转动式的流速计如果叶轮的品质不高的话，转动时也会给管道带来一定的抖动，影响管路的寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中光学、声学式流速计成本高、使用环形要求高，叶轮式流速计流阻大、安装困难等技术问题，提供一种弹性应变片式管道流速计以及使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种弹性应变片式管道流速计，包括基板，所述基板包括一个挂装面和位于挂装面两边的固定面，在所述挂装面上通过螺杆固定有若干弹性应变片，所述弹性应变片包括一个扁平状的弹性外壳，在所述弹性外壳中部镶嵌有一个电阻应变片，所述电阻应变片的两端设置有导线，所述导向通过中空的螺杆穿过挂装面，所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，贴合面紧密贴附在管道外壁上；

所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，在所述固定面的端部加工有环形开口，构成一个固定环，在两个固定面的固定环之间设置有一个固定带；

所述弹性应变片式管道流速计还包括数据处理电路，所述数据处理电路包括与各个电阻应变片连接的将电阻应变片的电阻数值转换成电信号的转换器，以及与各电阻应变片的转换器连接的数据处理器，通过数据处理器将各个转换器输出的电信号进行计算和转换，并通过数据显示器显示出实际流速。

作为本发明的进一步创新，所述弹性应变片的表面设置有连续的弧面状凸起。

作为本发明的进一步创新，弹性应变片由两片不锈钢片拼合组成，在弹性应变片之间填充有密封胶。

作为本发明的进一步创新，所述振动片横向分为中间区和沿层区，所述沿层区位于中间区的两侧即位于弧形两边，所述应变电阻丝分为中间区和沿层区，所述沿层区的弹性应变片的厚度大于中间区的厚度。

作为本发明的进一步创新，在所述变形面和固定面之间设置有减振区，所述减振区的厚度小于变形面、固定面的厚度，减振区为连续的之字形缓冲结构。

作为本发明的进一步创新，在所述变形面和固定面的交界位置设置有一个条形的密封胶块，所述密封胶块与管道壁面接触。

作为本发明的进一步创新，所述固定板的背部安装有一个封闭外壳，在所述封闭外壳上安装有一个加气嘴，在所述固定板的背部还安装有一个矫正顶块，所述矫正顶块上固定有一个顶压在固定板上的顶杆，在所述封闭外壳上对称安装有两个顶压螺杆，矫正顶块为梯形，顶压螺杆顶压在矫正顶块的两侧壁上。

一种弹性应变片式管道流速计的使用方法，包括如下若干个步骤：

第一步，安装，在待测流量的管道壁面上切开一个方形的开口，开口面积根据变形面的在平面上的投影面积进行设置，将本流速计装入到开口内，使得振动片伸入到管道内，将固定面通过粘合剂或者螺钉固定到管道的壁面上；

第二步，测试，打开管道的通路，使得管道内填充有一定流速的流体，且保证振动片至少有百分之50,处于流体介质内，且开口与流速计之间不发生泄漏；

第三步，数据采集，将流体的速度增大至正常工作状态，使得弹性应变片处于一定的流体压力和扰动之下，弹性应变片在受扰动下发生抖动，使得电阻应变片发生变形，电阻应变片受到拉伸或者放松，从而可以获得弹性应变片的扰动幅度，通过对电阻应变片变化数据的收集，可以获得单位面积的弹性应变片的扰动幅度，通过相关计算式即可获得流体在不同流层位置的流速。

有益效果

本发明的有益效果有：

1、本结构通过在管道内安装若干个弹性应变片，通过不同流速流体对弹性应变片扰动影响不同的原理，实现对流速的测量，相比于叶轮式的流速计，对流体流速的衰减更小，除了振动片表面的沿层阻力外，给管路带来的流速影响较小，不会因为单个流速计而影响到整个管路的流速。

2、本流速计可以通过切割机对现有管道进行开口并安装，简单方便，不需要拆卸某些管路段，相比于叶轮式，安装复杂度更低。

3、本流速计的减振区可以有效降低振动片给整体管路带来的抖动影响，相比于叶轮式流速计，更加稳定性。

4、厚度不同的弹性应变片考虑到了管路内不同位置管道沿层阻力不同，流速也不同的问题，为了保证流速，不同位置的弹性应变片厚度不同，将本流速计对管路流速的影响降至最低。

5、分体结构的弹性应变片维修简单，制造也比较简单，方便电阻应变片的更换。

7、封闭外壳可以在流速计处于一些环境较差的工况时，保证电阻应变片不受水汽、空气和一些活性气体的腐蚀，也不容易受外界压力的影响。

8、本结构主要利用电阻应变片扰动时压力的变化区间大小来识别流速，所以对于电阻应变片的制造时的精度要求更低，相比于质量平衡要求度较高的叶轮式流速计，本结构品控要求更低，可以有效降低制造成本，缩短制造时间。

9、固定带结构可以方便固定，降低施工复杂度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的剖面示意图。

图中：1、电阻应变片；2、固定板；3、固定面；4、减震区；5、顶杆；6、封闭外壳；7、加气嘴；8、螺杆；9、弹性应变片；10、密封胶块；11、顶压螺杆；12、固定环；13、固定带；14、矫正顶块；A、中间区；B、沿层区。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1，一种弹性应变片式管道流速计，包括基板，所述基板包括一个挂装面和位于挂装面两边的固定面，在所述挂装面上通过螺杆固定有若干弹性应变片，所述弹性应变片的表面设置有连续的弧面状凸起，所述弹性应变片包括一个扁平状的弹性外壳，在所述弹性外壳中部镶嵌有一个电阻应变片，弹性外壳由两片不锈钢片拼合组成，在弹性应变片之间填充有密封胶，所述电阻应变片的两端设置有导线，所述导向通过中空的螺杆穿过挂装面，所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，贴合面紧密贴附在管道外壁上；

所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，在所述固定面的端部加工有环形开口，构成一个固定环，在两个固定面的固定环之间设置有一个固定带；

所述弹性应变片式管道流速计还包括数据处理电路，所述数据处理电路包括与各个电阻应变片连接的将电阻应变片的电阻数值转换成电信号的转换器，以及与各电阻应变片的转换器连接的数据处理器，通过数据处理器将各个转换器输出的电信号进行计算和转换，并通过数据显示器显示出实际流速。

所述振动片横向分为中间区和沿层区，所述沿层区位于中间区的两侧即位于弧形两边，所述应变电阻丝分为中间区和沿层区，所述沿层区的弹性应变片的厚度大于中间区的厚度。

在所述变形面和固定面之间设置有减振区，所述减振区的厚度小于变形面、固定面的厚度，减振区为连续的之字形缓冲结构。

在所述变形面和固定面的交界位置设置有一个条形的密封胶块，所述密封胶块与管道壁面接触。

所述固定板的背部安装有一个封闭外壳，在所述封闭外壳上安装有一个加气嘴，在所述固定板的背部还安装有一个矫正顶块，所述矫正顶块上固定有一个顶压在固定板上的顶杆，在所述封闭外壳上对称安装有两个顶压螺杆，矫正顶块为梯形，顶压螺杆顶压在矫正顶块的两侧壁上。

一种弹性应变片式管道流速计的使用方法，包括如下若干个步骤：

第一步，安装，在待测流量的管道壁面上切开一个方形的开口，开口面积根据变形面的在平面上的投影面积进行设置，将本流速计装入到开口内，使得振动片伸入到管道内，将固定面通过粘合剂或者螺钉固定到管道的壁面上；

第二步，测试，打开管道的通路，使得管道内填充有一定流速的流体，且保证振动片至少有百分之50,处于流体介质内，且开口与流速计之间不发生泄漏；

第三步，数据采集，将流体的速度增大至正常工作状态，使得弹性应变片处于一定的流体压力和扰动之下，弹性应变片在受扰动下发生抖动，使得电阻应变片发生变形，电阻应变片受到拉伸或者放松，从而可以获得弹性应变片的扰动幅度，通过对电阻应变片变化数据的收集，可以获得单位面积的弹性应变片的扰动幅度，通过相关计算式即可获得流体在不同流层位置的流速。

本发明主要利用不同流速流体对的扰动不同，通过在不同流速下扰动幅度和频率均不同的弹性应变片，实现对管道内流体流速的检测，结构简单，无需其余精密的传感器件，制造成本低，维护成本低；

安装时，首先在管壁上切割开口，对切割口打磨后在切割口边缘涂抹树脂胶；

随后将本流速计装入到开口内，使得变形面处于管道壁面内，弹性应变片阵列伸入到管道的流体流动区域内，将固定区采用密封粘合剂固定到管道壁面；

之后打开管道内的流体通路，使得流体在工作压力的百分之50左右工作，对电阻应变片进行调整，以使得电阻应变片的灵敏度和适应流体的流速值；

最后在在变形面上部安装封闭外壳，在变形面与封闭外壳之间填充一定压力的惰性气体以防止外部气体进入到封闭外壳内导致传感器的损坏；

在因为弹性应变片长期使用而发生塑性变形时，通过调整矫正顶块对固定板的挤压力度和挤压位置，可以使得螺杆之间的间距发生微量改变，从而实现对弹性应变片的预紧；

测量时，本结构分为A、B两个区域，分别针对不同的沿层流阻，设计了中间区和沿层区，使得两个区域弹性应变片的扰动灵敏度不同，使得不同位置电阻应变片的精度不同，在保证流体流速检测的精度的同时，降低了材料的成本；

测量获得的电阻变化数据可以通过相关的扰流公式转化成实际的局部流速值，再通过相关矩阵变化就可以获得管道内流体的流速和粘度的情况。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种弹性应变片式管道流速计，其特征在于：包括基板，所述基板包括一个挂装面和位于挂装面两边的固定面，在所述挂装面上通过螺杆固定有若干弹性应变片，所述弹性应变片包括一个扁平状的弹性外壳，在所述弹性外壳中部镶嵌有一个电阻应变片，所述电阻应变片的两端设置有导线，所述导向通过中空的螺杆穿过挂装面，所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，贴合面紧密贴附在管道外壁上；

所述固定面包括一个与管道外壁面对应的贴合面，在所述固定面的端部加工有环形开口，构成一个固定环，在两个固定面的固定环之间设置有一个固定带；

所述弹性应变片式管道流速计还包括数据处理电路，所述数据处理电路包括与各个电阻应变片连接的将电阻应变片的电阻数值转换成电信号的转换器，以及与各电阻应变片的转换器连接的数据处理器，通过数据处理器将各个转换器输出的电信号进行计算和转换，并通过数据显示器显示出实际流速。

2.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征在于：所述弹性应变片的表面设置有连续的弧面状凸起。

3.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征是：弹性应变片由两片不锈钢片拼合组成，在弹性应变片之间填充有密封胶。

4.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征是：所述振动片横向分为中间区和沿层区，所述沿层区位于中间区的两侧即位于弧形两边，所述应变电阻丝分为中间区和沿层区，所述沿层区的弹性应变片的厚度大于中间区的厚度。

5.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征是：在所述变形面和固定面之间设置有减振区，所述减振区的厚度小于变形面、固定面的厚度，减振区为连续的之字形缓冲结构。

6.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征是：在所述变形面和固定面的交界位置设置有一个条形的密封胶块，所述密封胶块与管道壁面接触。

7.如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计，其特征是：所述固定板的背部安装有一个封闭外壳，在所述封闭外壳上安装有一个加气嘴，在所述固定板的背部还安装有一个矫正顶块，所述矫正顶块上固定有一个顶压在固定板上的顶杆，在所述封闭外壳上对称安装有两个顶压螺杆，矫正顶块为梯形，顶压螺杆顶压在矫正顶块的两侧壁上。

8.一种如权利要求1所述的一种弹性应变片式管道流速计的使用方法，其特征是：包括如下若干个步骤：

第一步，安装，在待测流量的管道壁面上切开一个方形的开口，开口面积根据变形面的在平面上的投影面积进行设置，将本流速计装入到开口内，使得振动片伸入到管道内，将固定面通过粘合剂或者螺钉固定到管道的壁面上；

第二步，测试，打开管道的通路，使得管道内填充有一定流速的流体，且保证振动片至少有百分之50,处于流体介质内，且开口与流速计之间不发生泄漏；

第三步，数据采集，将流体的速度增大至正常工作状态，使得弹性应变片处于一定的流体压力和扰动之下，弹性应变片在受扰动下发生抖动，使得电阻应变片发生变形，电阻应变片受到拉伸或者放松，从而可以获得弹性应变片的扰动幅度，通过对电阻应变片变化数据的收集，可以获得单位面积的弹性应变片的扰动幅度，通过相关计算式即可获得流体在不同流层位置的流速。