CN111272332A - 一种基于光纤点式传感器的差压传感器 - Google Patents

一种基于光纤点式传感器的差压传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤点式传感器的差压传感器，其设置的第一限位膜片和第二限位膜片，即保证了感压膜片不会发生不可逆损坏，又保证了在量程范围内不阻碍感压膜片的形变。本发明中感压膜片、第一弧形金属片和第二弧形金属片的固定点在相同位置，避免了壳体发生形变引起的测量误差，提高了测量精度。本发明通过设置第一光纤点式传感器和第二光纤点式传感器，将压力差转化为光纤点式传感器特征值的改变，具有高灵敏度和长期稳定的特点。本发明因为设置了限位膜片，所以感压膜片可采用的材料不止于铬镍合金，可根据使用环境选择感压膜片的材料，能够适用于高静压以及高温环境。

Description

一种基于光纤点式传感器的差压传感器
技术领域
本发明属于流体压力测试领域，具体涉及一种基于光纤点式传感器的差压传感器。
背景技术
差压传感器是过程控制系统的重要组成部分。通过流经节流装置时所产生的压力差来测流量，广泛用于石油、化工、冶金、轻纺、电力、航海、航空、机电等工业部门生产过程中的流体流量测量和控制以及调节。现有技术中常用的差压传感器为电子式(电阻式、电压式等)，有较多应用局限性，易受电磁干扰、通信和供电线缆过多、无法忍受高静压、高温环境等。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于光纤点式传感器的差压传感器解决了现有技术无法适用于高静压、高温环境的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于光纤点式传感器的差压传感器，包括壳体、第一引压管、第二引压管、第一光纤点式传感器、第二光纤点式传感器、第一保护管和第二保护管，所述壳体为圆柱体，其内部设置为空腔结构；
所述第一引压管和第一保护管的一端分别与壳体的一端连接，所述第二引压管和第二保护管的一端分别与壳体的另一端连接，所述第一保护管的另一端和第二保护管的另一端分别与阀门的两端连接，所述壳体内部中间位置设置有感压膜片，所述感压膜片的两侧分别设置有第一限位膜片和第二限位膜片，其两面的中心分别设置有第一金属方片和第二金属方片，所述感压膜片的两侧还分别设置有第一弧形金属片和第二弧形金属片；所述第一光纤点式传感器一端与第一金属方片连接，其另一端通过第一限位膜片与第一弧形金属片连接，所述第二光纤点式传感器一端与第二金属方片连接，其另一端通过第二限位膜片与第二弧形金属片连接。
进一步地，所述感压膜片为中间薄且边缘加厚的圆形膜片。
进一步地，所述第一限位膜片的中心和第二限位膜片的中心均设置有圆孔。
进一步地，所述第一弧形金属片穿过第一限位膜片垂直固定于感压膜片一面的边缘上，所述第二弧形金属片穿过第二限位膜片垂直固定于感压膜片另一面的边缘上，所述第一弧形金属片的中线和第二弧形金属片的中线均穿过感压膜片的圆心；
所述第一弧形金属片不与第一限位膜片接触，所述第二弧形金属片不与第二限位膜片接触。
进一步地，所述第一金属方片垂直固定于感压膜片的一面上，其上设置有凹槽，所述第一弧形金属片的中线上设置有凹槽，所述第一光纤点式传感器的一端与第一金属方片的凹槽连接，其另一端通过第一限位膜片的圆孔并穿设于第一弧形金属片的凹槽；
所述第二金属方片垂直固定于感压膜片的另一面上，其上设置有凹槽，所述第二弧形金属片的中线上设置有凹槽，所述第二光纤点式传感器的一端与第二金属方片的凹槽连接，其另一端通过第二限位膜片并穿设于第二弧形金属片的凹槽。
进一步地，所述第一金属方片的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片的圆心；所述第二金属方片的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片的圆心；
所述第一金属方片、第二金属方片、所述第一弧形金属片和第二弧形金属片均在同一平面上。
进一步地，所述差压传感器关于感压膜片对称。
本发明的有益效果为：
(1)本发明设置的第一限位膜片和第二限位膜片，即保证了感压膜片不会发生不可逆损坏，又保证了在量程范围内不阻碍感压膜片的形变。
(2)本发明中感压膜片、第一弧形金属片和第二弧形金属片的固定点在相同位置，避免了壳体发生形变引起的测量误差，提高了测量精度。
(3)本发明通过设置第一光纤点式传感器和第二光纤点式传感器，将压力差转化为光纤点式传感器特征值的改变，具有高灵敏度和长期稳定的特点。
(4)本发明因为设置了限位膜片，所以感压膜片可根据使用环境选择感压膜片的材料，能够适用于高静压以及高温环境。
(5)本发明设置的对称双传感器结构可以校准辐射、温度等共模干扰，提高了精度；采用一体化的感压膜片机构及双传感器结构可以不受外力、振动的干扰。
(6)本发明设置的第一保护管、第二保护管和阀门可通过控制阀门保护感压膜片在单侧注入液体压力较大时不受损坏；也可在感压膜片两侧压力差较大超出传感器量程时，打开阀门，平衡压力避免传感器受到损坏。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于光纤点式传感器的差压传感器示意图。
图2为本发明中差压传感器的内部结构示意图。
图3为本发明中感压膜片、第一金属方片、第一弧形金属片和第一光纤点式传感器的位置关系示意图。
其中：1-壳体、2-第一引压管、3-第二引压管、4-感压膜片、5-第一金属方片、6-第二金属方片、7-第一限位膜片、8-第二限位膜片、9-第一弧形金属片、10-第二弧形金属片、11-第一光纤点式传感器、12-第二光纤点式传感器、13-第一保护管、14-第二保护管、15-阀门。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1-图3共同所示，一种基于光纤点式传感器的差压传感器，包括壳体1、第一引压管2、第二引压管3、第一光纤点式传感器11、第二光纤点式传感器12、第一保护管13和第二保护管14，所述壳体1为圆柱体，其内部设置为空腔结构；
所述第一引压管2和第一保护管13的一端分别与壳体1的一端连接，所述第二引压管3和第二保护管14的一端分别与壳体1的另一端连接，所述第一保护管13的另一端和第二保护管14的另一端分别与阀门15的两端连接，所述壳体1内部中间位置设置有感压膜片4，所述感压膜片4的两侧分别设置有第一限位膜片7和第二限位膜片8，其两面的中心分别设置有第一金属方片5和第二金属方片6，所述感压膜片4的两侧还分别设置有第一弧形金属片9和第二弧形金属片10；所述第一光纤点式传感器11一端与第一金属方片5连接，其另一端通过第一限位膜片7与第一弧形金属片9连接，所述第二光纤点式传感器12一端与第二金属方片6连接，其另一端通过第二限位膜片8与第二弧形金属片10连接。
在本实施例中，光纤点式传感器可为光纤布拉格光栅传感器或光纤珐珀传感器，且不局限于某一种。弧形金属片的作用仅为固定光纤点式传感器，其形状不限于弧形。
在本实施例中，在光纤点式传感器及其两端光纤的外侧设置有波纹管，防止液体直接与其接触，增加了光纤点式传感器的使用寿命。
所述感压膜片4为中间薄且边缘加厚的圆形膜片。
所述第一限位膜片7的中心和第二限位膜片8的中心均设置有圆孔。
所述第一弧形金属片9穿过第一限位膜片7垂直固定于感压膜片4一面的边缘上，所述第二弧形金属片10穿过第二限位膜片8垂直固定于感压膜片4另一面的边缘上，所述第一弧形金属片9的中线和第二弧形金属片10的中线均穿过感压膜片4的圆心；
所述第一弧形金属片9不与第一限位膜片7接触，所述第二弧形金属片10不与第二限位膜片8接触。
所述第一金属方片5垂直固定于感压膜片4的一面上，其上设置有凹槽，所述第一弧形金属片9的中线上设置有凹槽，所述第一光纤点式传感器11的一端与第一金属方片5的凹槽连接，其另一端通过第一限位膜片7的圆孔并穿设于第一弧形金属片9的凹槽；
所述第二金属方片6垂直固定于感压膜片4的另一面上，其上设置有凹槽，所述第二弧形金属片10的中线上设置有凹槽，所述第二光纤点式传感器12的一端与第二金属方片6的凹槽连接，其另一端通过第二限位膜片8并穿设于第二弧形金属片10的凹槽。
所述第一金属方片5的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片4的圆心；所述第二金属方片6的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片4的圆心；
第一金属方片5、第二金属方片6、所述第一弧形金属片9和第二弧形金属片10均在同一平面上。
所述差压传感器关于感压膜片4对称。
在本实施例中，所述感压膜片4为中间薄且边缘加厚的膜片，其采用的材料为铬镍合金。
在本实施例中，感压膜片4为直径60mm的圆形膜片，其中间厚度为0.8mm，第一金属方片5和第二金属方片6的长均为5mm，宽均为5mm，厚度均为0.8mm，所述第一金属方片5和第二金属方片6的凹槽均为半圆形凹槽，其直径为0.3mm。
在本实施例中，本发明工作时，在感压膜片4的两侧形成的压力差ΔP为：
ΔP＝P1-P2＝K(T1-T2)
其中，P1为感压膜片4的左侧压力，P2为感压膜片4的右侧压力，K为与感压膜片4材料和光纤点式传感器相关的特定常数，T1为第一光纤点式传感器11的特征值，T1为第二光纤点式传感器12的特征值。
本发明的工作原理为：打开阀门15，通过第一引压管2和第二引压管3引压，待液体充满壳体1时关闭阀门15，在感压膜片4的两侧形成压力，此时感压膜片4发生形变，而第一弧形金属片9和第二弧形金属片10不发生形变，通过感压膜片4的形变引起第一光纤点式传感器11和第二光纤点式传感器12特征值改变，通过解调设备解调出第一光纤点式传感器11和第二光纤点式传感器12特征值的改变值，并将改变值转化为感压膜片4的形变量，最终将感压膜片4的形变量转换为压力差；当被测量管道出现故障，感压膜片4两侧的压力差超过范围时，打开阀门15，使得感压膜片两侧的压力差消失，保护差压传感器不受损坏。
本发明的有益效果为：
(1)本发明设置的第一限位膜片7和第二限位膜片8，即保证了感压膜片4不会发生不可逆损坏，又保证了在量程范围内不阻碍感压膜片4的形变。
(2)本发明中感压膜片4、第一弧形金属片9和第二弧形金属片10的固定点在相同位置，避免了壳体1发生形变引起的测量误差，提高了测量精度。
(3)本发明通过设置第一光纤点式传感器11和第二光纤点式传感器12，将压力差转化为光纤点式传感器特征值的改变，具有高灵敏度和长期稳定的特点。
(4)本发明因为设置了限位膜片，所以感压膜片4可根据使用环境选择感压膜片4的材料，能够适用于高静压以及高温环境。
(5)本发明设置的对称双传感器结构可以校准辐射、温度等共模干扰，提高了精度；采用一体化的感压膜片机构及双传感器结构可以不受外力、振动的干扰。
(6)本发明设置的第一保护管13、第二保护管14和阀门15可通过控制阀门15保护感压膜片4在单侧注入液体压力较大时不受损坏；也可在感压膜片4两侧压力差较大超出传感器量程时，打开阀门15，平衡压力避免传感器受到损坏。

Claims (7)

1.一种基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，包括壳体(1)、第一引压管(2)、第二引压管(3)、第一光纤点式传感器(11)、第二光纤点式传感器(12)、第一保护管(13)和第二保护管(14)，所述壳体(1)为圆柱体，其内部设置为空腔结构；
所述第一引压管(2)和第一保护管(13)的一端分别与壳体(1)的一端连接，所述第二引压管(3)和第二保护管(14)的一端分别与壳体(1)的另一端连接，所述第一保护管(13)的另一端和第二保护管(14)的另一端分别与阀门(15)的两端连接，所述壳体(1)内部中间位置设置有感压膜片(4)，所述感压膜片(4)的两侧分别设置有第一限位膜片(7)和第二限位膜片(8)，其两面的中心分别设置有第一金属方片(5)和第二金属方片(6)，所述感压膜片(4)的两侧还分别设置有第一弧形金属片(9)和第二弧形金属片(10)；所述第一光纤点式传感器(11)一端与第一金属方片(5)连接，其另一端通过第一限位膜片(7)与第一弧形金属片(9)连接，所述第二光纤点式传感器(12)一端与第二金属方片(6)连接，其另一端通过第二限位膜片(8)与第二弧形金属片(10)连接。
2.根据权利要求1所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述感压膜片(4)为中间薄且边缘加厚的圆形膜片。
3.根据权利要求2所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述第一限位膜片(7)的中心和第二限位膜片(8)的中心均设置有圆孔。
4.根据权利要求2所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述第一弧形金属片(9)穿过第一限位膜片(7)垂直固定于感压膜片(4)一面的边缘上，所述第二弧形金属片(10)穿过第二限位膜片(8)垂直固定于感压膜片(4)另一面的边缘上，所述第一弧形金属片(9)的中线和第二弧形金属片(10)的中线均穿过感压膜片(4)的圆心；
所述第一弧形金属片(9)不与第一限位膜片(7)接触，所述第二弧形金属片(10)不与第二限位膜片(8)接触。
5.根据权利要求3所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述第一金属方片(5)垂直固定于感压膜片(4)的一面上，其上设置有凹槽，所述第一弧形金属片(9)的中线上设置有凹槽，所述第一光纤点式传感器(11)的一端与第一金属方片(5)的凹槽连接，其另一端通过第一限位膜片(7)的圆孔并穿设于第一弧形金属片(9)的凹槽；
所述第二金属方片(6)垂直固定于感压膜片(4)的另一面上，其上设置有凹槽，所述第二弧形金属片(10)的中线上设置有凹槽，所述第二光纤点式传感器(12)的一端与第二金属方片(6)的凹槽连接，其另一端通过第二限位膜片(8)并穿设于第二弧形金属片(10)的凹槽。
6.根据权利要求1所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述第一金属方片(5)的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片(4)的圆心；所述第二金属方片(6)的凹槽设置于其中线上，且凹槽所在中线穿过感压膜片(4)的圆心；
所述第一金属方片(5)、第二金属方片(6)、所述第一弧形金属片(9)和第二弧形金属片(10)均在同一平面上。
7.根据权利要求1所述的基于光纤点式传感器的差压传感器，其特征在于，所述差压传感器关于感压膜片(4)对称。
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