CN108225469A - 一种并联式流量传感器 - Google Patents

Abstract

一种并联式流量传感器，包括传感器敏感端总成和外壳，外壳为圆柱形，管道壁上开有测量接口，所述的外壳与测量接口内壁通过密封垫连接，所述的传感器敏感端总成包括测量端和信号输出端，所述的测量端穿过外壳内部、插入到管道内，其信号输出端位于外壳外部，所述的测量端包括基体，所述的基体的为分叉的结构，该结构上安装有应变片，应变片外层有防腐蚀保护层，基体连接有信号输出线缆，测量液体流速时，应变片的变形量转为电信号输入到处理电路中，从而获得液体的流速。本发明实现了流量传感器并联接入测量管道内，方便快捷，对操作人技术要求明显降低，并且有效保护了原有流体系统的完整性。结构简单，维修方便，使用便捷，成本低的特点。

Description

一种并联式流量传感器

技术领域

本发明涉及一种并联式液体流量传感器。

背景技术

流量传感器为一种测量流体在一定时间内流经某一截面流体多少的一种传感器，根据其具体的测量原理的不同，目前存在的流量传感器可以分为叶片式、量芯式、热线式、热膜式、卡门漩涡式流量传感器等，根据其测量的流体的不同可有气体式、液体式、气液混合式以及特种流体测量等。目前流量传感器广泛应用在当代工业体系内，对当代工业以及各种依靠液体传动、控制的领域产生了巨大的影响。

目前存在的各种形式的流量传感器，根据其设计的工作原理，传感器必须要串联接入流体流经的管道内，根据分子运动学原理以及流体力学原理，流体在流经传感器后会产生相应的热量、冲击力等变化。流体流速不同，流体流经充分串联在管道内的传感器所产生的热量、冲击力变化就不同，热线、热膜就会感应热量变化根据对应的关系将热量变化转化成电量变化从而实现测量，此外液体流速不同对处在液体中的物体即叶轮或叶片造成的冲击力也不同，冲击力和液体流速存在确定的数学关系，冲击力和叶片或叶轮转速有确定的数学关系，那么根据测量的叶片或叶轮的转速就可以根据确定的数学关系换算出液体的流速。但上述流量传感器存在着巨大的缺陷，在测量系统中某一根管道内液体的流速的时候必须将管道从测量位置剪开或者在接头处打开接头然后将流量传感器串联接入打开的管道内，然后再使用管道接口将管道联通起来。这样不但浪费人力，而且对管道的密封性能也造成了影响，其次操作过程麻烦，易带来不安全因素。其次在上述的流量传感器中没有存在可以调节其浸入液体深度的概念，其测量的都是液体的平均流速，自然地上述流量传感器也不能调节自身感应部件与液流方向的角度，其都是串联在管道内部，所有液体均全部作用在相应的传感器感应部件上。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联式流量传感器，解决目前流量传感器需要剪开管道后串联进入管道系统才能测量液体流速的问题，能够在所需测量液体流量的管道外侧并联式连接，并且附加可实现液体内部某一点流速的测量。

为了解决以上问题，本发明专利技术方案为：一种并联式流量传感器，包括传感器敏感端总成和外壳，外壳为圆柱形，管道壁上开有测量接口，所述的外壳与测量接口内壁通过密封垫连接，所述的传感器敏感端总成包括测量端和信号输出端，所述的测量端穿过外壳内部、插入到管道内，其信号输出端位于外壳外部，所述的测量端包括基体，所述的基体的一端为分叉的结构，该结构上安装有应变片，应变片外层有防腐蚀保护层，基体连接有信号输出线缆，测量液体流速时，应变片的变形量转为电信号输入到处理电路中，从而获得液体的流速。本发明还具有如下技术特征：

1、本并联式流量传感器还包括安装套、深度调整螺杆、角度调整旋钮和锁死机构，所述的安装套的一端通过密封圈安装在外壳内，传感器敏感端总成安装在安装套内，安装套的中部安装在深度调整螺杆内部，安装套的中部与深度调整螺杆衔接处还设置有限位凸台，限制安装套向管道外的伸出长度；深度调整螺杆与外壳通过螺纹连接在外壳内部；安装套的另外一端固定连接有角度调整旋钮；锁死机构的一端与深度调整螺杆固定连接，在安装套上、位于角度调整旋钮和深度调整螺杆之间有一锁死环，锁死机构能够锁定该锁死环，从而固定安装套与深度调整螺杆的相对位置。

2、所述的锁死机构包括锁死柱拉杆、锁死柱、锁死柱导向套、弹簧、锁死环，锁死柱导向套固定连接在深度调整螺杆的大面上，锁死柱的一端插入在锁死柱导向套内，锁死柱拉杆穿过锁死柱导向套，并与锁死柱的一端通过螺纹连接，锁死柱的另外一端卡在锁死环上，锁死柱拉杆和锁死柱之间安装有弹簧，提供锁死力，从而使锁死柱与锁死环过盈配合，不让其转动或上下移动。

本发明的原理是：液体流速不同对处在其中的物体表面产生的冲击力不同，根据分子统计学原理，流速即为众多分子带有一定动量不断运动所产生的结果，动量定理说明带有不同动量的物质在单位时间内所产生的冲击力不同，因此通过测量冲击力就可以通过分子统计学原理获知流体的流速。根据所需测量的流速范围不同可跟就分子统计学原理计算得到流速范围对应的冲击力范围，根据测量敏感度、精度的要求，选定敏感端的微变形量以及深入液体内部的长度，最后根据材料力学原理计算得到敏感端材料的刚度特性，最后在给出的材料列表中选择相应的敏感端材料。这样利用特定设计的材料就可以对不同流速范围内的液体进行流速测量，此外根据液体的性质不同还考虑到液体的粘性、腐蚀性等问题，在材料设计中要充分考虑。就结构上而言，可以实现流量传感器并联接入，从而方便快捷测量管道内我们所关心的液体的流速。

与原有的流量传感器相比，本发明具有以下的技术优势：

1、实现了流量传感器并联接入测量管道内，方便快捷，对操作人技术要求明显降低，并且有效保护了原有流体系统的完整性。

2、采传感器与处理电路整体结构，具有结构简单，维修方便，使用便捷，成本低等特点。

3、实现了流量传感器小型化，可在一段管道上安装多个并联式流量传感器，对系统实现全方面监测。

4、针对不同液体可设计有不同形式的并联式流量传感器，使用范围广，例如可以使用四氟乙烯材料做敏感端基体测量高腐蚀性液体流量等。

5、实现了高敏感度高精度测量，使用寿命较长。

6、具有敏感端深入液体深度调整机构，可以适应不同的管道直径。

7、具有敏感端角度调整和锁死装置，角度调整装置可以调整敏感端与液体流向之间的角度，从而可实现灵敏度的调节。

附图说明

图1是传感器敏感端总成的主视剖面图。

图2是图1中A-A剖视图；

图3是传感器的立体结构示意图；

图4是传感器的主视图；

图5是图4中B-B剖视图；

图6是锁死机构与锁死环连接的剖视图；

图7是锁死机构与锁死环连接的立体图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明专利进行详细的说明。

实施例1

一种并联式流量传感器，包括传感器敏感端总成和外壳，外壳为圆柱形，管道5壁上开有测量接口，所述的外壳与测量接口内壁通过密封垫6连接，所述的传感器敏感端总成包括测量端和信号输出端，所述的测量端穿过外壳内部、插入到管道内，其信号输出端位于外壳外部，所述的测量端包括基体2，所述的基体2的为分叉的结构，该结构上安装有应变片3，应变片3外层有防腐蚀保护膜1，基体2连接有信号输出线缆4，从信号输出端伸出，测量液体流速时，应变片3的变形量转为电信号输入到处理电路中，从而获得液体的流速。

实施例2

如图1-7所示，一种并联式流量传感器，包括传感器敏感端总成和外壳，外壳为圆柱形，所述的传感器敏感端总成位于外壳内部，外壳与管道5测量接口内壁通过密封垫6连接，传感器敏感端总成的测量端插入管道内，所述的传感器敏感端总成包括基体2，所述的基2体的一端为分叉的结构，该结构上安装有应变片3，应变片3外层有防腐蚀保护膜1，所述的基体的另外一端安装有信号输出线缆4，测量液体流速时，应变片3的变形量转为电信号输入到处理电路中，从而获得液体的流速。本流量传感器还包括安装套8、深度调整螺杆9、角度调整旋钮14和锁死机构，所述的安装套8的一端通过密封圈17安装在外壳7内，传感器敏感端总成安装在安装套8内，安装套8的中部安装在深度调整螺杆9内部，安装套8的中部与深度调整螺杆9衔接处还设置有限位凸台，限制安装套8向管道外的伸出长度；深度调整螺杆9与外壳通过螺纹连接在外壳内部；安装套8的另外一端固定连接有角度调整旋钮14；锁死机构的一端与深度调整螺杆9固定连接，在安装套8上、位于角度调整旋钮14和深度调整螺杆9之间有一锁死环16，锁死机构能够锁定该锁死环16，从而固定安装套与深度调整螺杆9的相对位置。所述的锁死机构包括锁死柱拉杆11、锁死柱13、锁死柱导向套12、弹簧18、锁死环16，锁死柱导向套12通过螺栓10固定连接在深度调整螺杆9的大面上，锁死柱13的一端插入在锁死柱导向套12内，锁死柱拉杆11穿过锁死柱导向套12，并与锁死柱13的一端通过螺纹连接，锁死片拉杆11的头部带有两个相隔一百八十度的突起，该凸起与锁死柱导向套12内的两个凹槽相对应，锁死柱13的另外一端卡在锁死环16上，锁死柱拉杆11和锁死柱13之间安装有弹簧18，提供锁死力，从而使锁死柱13与锁死环16摩擦式锁死，不让其转动或上下移动。传感器对外电气接口提供了符合标准的电气接口，其内部集成初步处理电路，可进行信号整形、滤波、函数关系转换以及AD转换，也可以向外部直接输出原信号。

深度调整机构的具体工作过程为：外壳7固定不动，调节时旋动深度调整螺杆9，那么传感器敏感端安装套8就会在跟随深度调整螺杆9上下运动，实现调整深度的目的。

角度调整的过程：首先将锁死柱拉杆11旋转九十度，锁死柱拉杆11将会带动着锁死柱13离开锁死环16，但是锁死柱13对锁死环16的上下限制并未脱离，此时安装套8不会上下运动，旋动角度调整旋钮14，那么安装套8就会跟随角度调整旋钮14运动，最后实现敏感端对液体流动的角度调节。

本装置的具体工作过程为：

将该流量传感器在管道外侧并联接入所要测量液体流量位置，当管道中有液体流经时，根据分子统计学理论，流体分子就会对传感器敏感端基体产生液体冲击力，由于传感器敏感端基体是弹性材料，根据材料力学原理，传感器敏感端基体就会在液体冲击力的作用下产生变形，当传感器敏感端基体分叉的两段变形量所产生的弹性力和液体的冲击力平衡时，传感器敏感端基体分叉端处于具有一定变形量的平衡状态，在其上粘贴的应变片也会产生和敏感端材料一致的变形，造成应变片电阻发生变化，该电阻变化通过传感器内部电缆传入到传感器的处理电路中，处理电路首先将应变片的电阻变化转变成电压，该电压信号可以通过传感器对外电气接口直接向外输出。并且该电压还可以进入位于传感器对外电气接口内部的测量主控芯片中进行AD转换，转换数据保存在测量控制芯片内部。测量主控芯片还可以对转换的电压信号进行整形、滤波并根据对应的函数关系将电压信号转换成流速信号。当管道中流速发生变化时，敏感端平衡被打破，重新建立平衡，从而测量不同的流速。

采用分叉段的基体，利用信号的差分原理，将共模信号剔除，实现对测量液体的温度，压力波动以及涡流效应的免疫，并且分叉两段基体由于长度差别十分小，那么测量的精度必然十分高，相应的灵敏度也会提高。当本传感器在不同直径的管道内使用时，可使用深度调整机构对传感器敏感端深入液体深度进行调节，根据等效的原理可免除再次进行更换传感器以及再次标定，可节省大量的人力物力。

使用螺纹或快接接头与管道进行连接，并带有一定的密封性能，根据测量的液体种类不同分别设计有不同的材料结构，增加了该传感器的应用范围。另外根据所测量液体流速范围的不同分别设计具有不同刚度系数的材料、传感器敏感端受力形状、传感器敏感端深入液体深度。另外根据测量精度的不同要求设计不同结构形式的传感器敏感端。根据测量管道内系统压力等级的不同设计有不同等级的密封结构。依据材料变形量所对应的载荷关系，从而得知液体对传感器敏感端造成的冲击力，通过应变片测量具有特定结构形式。具有单敏感端带有多片应变片的结构，目的为减少液体压力波动、温度变化，并提高测量精度。具有单敏感端双感应结构设计，目的在于增加敏感端的灵敏度、测量精度以及响应快速性，并可实现对液体内部点的流速测量。具有单敏感端保护层设计，在敏感端外侧贴有防腐蚀的保护膜，该保护膜还具有减缓温度传播的作用。并且具有深度调整以及角度调整和锁死的装置，可实现对不同压力等级和不同管道直径的适应，锁死的装置可以保证在调节完成之后传感器的位置不再发生变化。

Claims (3)

1.一种并联式流量传感器，包括传感器敏感端总成和外壳，外壳为圆柱形，管道壁上开有测量接口，所述的外壳与测量接口内壁通过密封垫连接，其特征在于，所述的传感器敏感端总成包括测量端和信号输出端，所述的测量端穿过外壳内部、插入到管道内，其信号输出端位于外壳外部，所述的测量端包括基体，所述的基体的为分叉的结构，该结构上安装有应变片，应变片外层有防腐蚀保护层，基体连接有信号输出线缆，测量液体流速时，应变片的变形量转为电信号输入到处理电路中，从而获得液体的流速。

2.根据权利要求1所述的一种并联式流量传感器，其特征在于，还包括安装套、深度调整螺杆、角度调整旋钮和锁死机构，所述的安装套的一端通过密封圈安装在外壳内，传感器敏感端总成安装在安装套内，安装套的中部安装在深度调整螺杆内部，安装套的中部与深度调整螺杆衔接处还设置有限位凸台，限制安装套向管道外的伸出长度；深度调整螺杆与外壳通过螺纹连接在外壳内部；安装套的另外一端固定连接有角度调整旋钮；锁死机构的一端与深度调整螺杆固定连接，在安装套上、位于角度调整旋钮和深度调整螺杆之间有一锁死环，锁死机构能够锁定该锁死环，从而固定安装套与深度调整螺杆的相对位置。

3.根据权利要求2所述的一种并联式流量传感器，其特征在于，所述的锁死机构包括锁死柱拉杆、锁死柱、锁死柱导向套、弹簧、锁死环，锁死柱导向套固定连接在深度调整螺杆的大面上，锁死柱的一端插入在锁死柱导向套内，锁死柱拉杆穿过锁死柱导向套，并与锁死柱的一端通过螺纹连接，锁死柱的另外一端卡在锁死环上，锁死柱拉杆和锁死柱之间安装有弹簧，提供锁死力，从而使锁死柱与锁死环过盈配合，不让其转动或上下移动。