CN112577554A - 液体或气体用高灵敏度流量检测器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体或气体用高灵敏度流量检测器，包括管体、横板、行程杆、检测箱以及定位装置、摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器。管体相对设置的端面上分别设置有堵头，在两个堵头之间设置孔板，孔板上开有多个喷嘴一，喷嘴连通气/液管；横板横置在所述气/液管外壁上方；行程杆一端铰接在横板上，另一端固定有静触头和定位弹簧；行程杆的中段位置与一销轴铰接；摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器在外冲击力作用下，受冲层发生形变，带动整个摩擦发电组件形变，弹性层阻尼振动，使第一和第二摩擦层对应表面相互接触与分离产发电荷。本发明基于摩擦发电原理、结构简单、具有自供电特性的优点，可以检测微小冲击力信号，提高了流量检测灵敏度。

Description

液体或气体用高灵敏度流量检测器

技术领域

本发明涉及电控流量检测技术领域，具体为一种液体或气体用高灵敏度 流量检测器。

背景技术

目前，喷嘴流量计最常用的喷嘴形式有标准喷嘴，长颈喷嘴，文丘里喷 嘴等，这些节流形式普遍存在如下缺点：测量的重复性、精确度在流量计中 一般水平，由于许多的因素影响错综复杂，精度难以提高；现场安装条件要 求较高，需要较长的直管段，一般难以满足，压力损失比较大。所以需要对 管道的测量方式进行改进。同时，现在的流量检测大部分采用磁感应式流量 检测，磁感应检测造价比较高，安装复杂，不适用于对限定流量大小的常规 检测，所以本申请提出一种冲击力检测传感器的方式，将流量变化产生的外 界冲击力按照一定规律转化为电荷或电压输出信号的器件，擦发电作用发生 在两种不同性质的材料之间，材料表面相互摩擦产生电荷转移，从而在两个 表面上产生电势差，该电势差与两个表面的接触面积和接触频率相关，因此， 可以通过摩擦发电过程中产生的瞬时电流信号对相关冲击力进行检测从而对 流量进行高灵敏度的检测。

发明内容

针对现有的技术方案存在的问题，本发明的目的在于提供一种液体或气 体用高灵敏度流量检测器。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

液体或气体用高灵敏度流量检测器，用于液体或气体通道的流量检测， 包括：

管体，所述管体端部由螺栓连接成一体，管体外端通过法兰盘与外部直 管段连接，在所述管体相对设置的端面上分别设置有堵头，在两个堵头之间 设置孔板，孔板上开有多个喷嘴一，且在堵头一侧开有与管体内部连通的气/ 液道，在堵头另一侧内壁上开有与管体内部连通的缓冲槽，且两个缓冲槽与 两个气/液道相对应且对称分布在孔板的两侧；两个气/液道分别连通气/液 管；所述气/液管上开设喷嘴二；

横板，其两端分别通过弹簧一连接横置在所述气/液管外壁上方，且所述 的喷嘴喷射方向正对横板底璧；

行程杆，其一端铰接在所述横板上，另一端固定有静触头和定位弹簧； 所述行程杆的中段位置与一销轴铰接，该销轴安装在一固定座上并用密封垫 与所述固定座密封；

检测箱，所述检测箱内设有定位装置、定向杆和摩擦发电高灵敏度冲击 检测传感器，所述定位装置包括定位桩支座、横支撑、定位桩；定位桩支座 固定在检测箱内壁上，横支撑一端固定在定位桩支座上，另一端连接定位桩， 所述定位桩在行程杆竖直位置时与所述行程杆上段接触；所述定向杆通过固 定杆横向固定在检测箱内腔，所述定位弹簧环绕在所述定向杆上；所述摩擦 发电高灵敏度冲击检测传感器包括受冲层、内部具有腔室的保护壳体、弹性 层、摩擦发电组件；所述受冲层设置于所述保护壳体的顶部；摩擦发电组件 从上至下依次包括：第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层， 弹性层置于所述第一摩擦层、第二摩擦层中间，当所述受冲层在静触头冲击 力作用下，弹性层使第一摩擦层和第二摩擦层对应表面相互接触与分离；所 述第一摩擦层和第二摩擦层之间间隔一段距离，所述第一电极层和第二电极 层分别通过导电胶与外接引线相连、并且所述外接引线从保护壳体引出；

上述检测传感器在静触头冲击力作用于受冲层时，所述弹性层做往复运动 使第一摩擦层和第二摩擦层对应表面相互接触与分离从而产发电荷，并通过 分别与第一电极层和第二电极层相连的外接引线引出电信号。

进一步的，所述受冲层下表面设有凹槽，受冲层边沿设有缓冲垫。

进一步的，，所述凹槽的深度为0.1mm-3mm；所述缓冲垫为橡胶垫。

进一步的，保护壳体为金属材料、或为金属/非金属复合材料；所述第一 电极层和第二电极层均为风干或固化的导电银浆、导电碳浆，其厚度为0.02-5 μm；所述弹性层为三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、聚酰胺 弹性体、聚苯乙烯弹性体。

进一步的，所述孔板上的喷嘴一为螺旋喷嘴。

进一步的，所述保护壳体、受冲层及摩擦发电组件之间通过螺栓固定连 接，所述螺栓为绝缘螺栓。

进一步的，所述第一摩擦层和第二摩擦层，其中一摩擦层所用材料为负 极性材料，其厚度为5-500μm；另一摩擦层所用的材料为正极性材料，其厚 度为5-500μm。

进一步的，所述导电胶为导电银浆；所述外接引线为导电铜线或导电镀 银铜线。

进一步的，所述喷嘴二为直射喷嘴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明流体由外部直管段进入到 管体中，经过孔板板上的多个喷嘴进入到管体中，通过气/液管上开设喷嘴二 对横板进行冲击，从而带动行程杆转动，冲击摩擦发电高灵敏度冲击检测传 感器，通过将流量变化转化成电信号的强弱，快速的反应出来，利用弹性层 对摩擦层的来回分离产生电信号，避免了对摩擦发电组件的直接冲击，降低 了冲击检测传感器受损的风险，可以有效提高灵敏度，保护摩擦发电组件。 开设在堵头侧壁中的缓冲槽能够将冲击到孔板前后两侧上的流体引导开，降 低孔板前后两侧端面上的冲击力度，降低喷嘴的缩小段以及扩大段上受到的 絮流剪切力，实现延长孔板使用寿命的目的。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明液体或气体用高灵敏度流量检测器整体结构示意图；

图2是图1中管体结构示意图；

图3是图1中A处结构放大示意图；

图4是本发明摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器结构示意图；

图5是液体或气体用高灵敏度流量检测器行程杆动态时的结构示意图。

图中标注：1-管体；101-法兰盘；102-螺栓一；103-孔板，104-气/液道； 105-缓冲槽；106-堵头；2-气/液管；21-喷嘴二；22-弹簧一；3-横板；4-行 程杆；5-销轴；51-安装座；6-摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器；60-受冲 层；61-第一电极层；62-第一摩擦层；63-弹性层；64-第二摩擦层；65-第二 电极层；66-保护壳体；67-凹槽；68-缓冲垫；7-静触头；8-定向杆；9-定位 桩支座；10-检测箱，11-定位桩；12-横支撑；13-定位弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1、图2、图3、图4、图5，本实施例提供一种液体或气体用高灵 敏度流量检测器，用于液体或气体通道的流量检测，包括管体1、横板3、行 程杆4、检测箱10以及设置在检测箱10中的定位装置、定向杆8和摩擦发电 高灵敏度冲击检测传感器6。

见图1、图2；所述管体1端部由螺栓102连接成一体，管体1外端通过 法兰盘101与外部直管段连接，在所述管体1相对设置的端面上分别设置有 堵头106，在两个堵头106之间设置孔板(103)，孔板103上开有多个喷嘴 一，且在堵头106一侧开有与管体1内部连通的气/液道104，在堵头106另 一侧内壁上开有与管体1内部连通的缓冲槽105，且两个缓冲槽105与两个气 /液道104相对应且对称分布在孔板103的两侧；两个气/液道104分别连通气/液管2；所述气/液管2上开设喷嘴二21。

当流体经过外部直管段进入管体1后，通过孔板103进入气/液道104， 而开设在堵头106侧壁中的缓冲槽105能够将冲击到孔板103前后两侧上的 流体引导开，降低孔板103前后两侧端面上的冲击力度，降低喷嘴的缩小段 以及扩大段上受到的絮流剪切力，实现延长孔板103使用寿命的目的。流体 通过气/液道104过渡到气/液管2通过直射喷嘴二21将力作用于上方的横板 3。

见图1、图3；横板3两端分别通过弹簧一22连接横置在所述气/液管2 外壁上方，且所述的喷嘴21喷射方向正对横板3底璧。当直射喷嘴二21将 流体流动的力喷射传递到横板3上，此时弹簧一22伸长，横板3上方铰接的 行程杆4在销轴5的作用下发生转动。

行程杆4一端铰接在所述横板3上，另一端固定有静触头7和定位弹簧 13；所述行程杆4的中段位置与一销轴5铰接，该销轴5安装在一固定座51 上并用密封垫与所述固定座51密封；当行程杆4发生转动时，行程杆4的上 段挤压定位弹簧13；并且静触头7产生一个冲击力。

见图1；检测箱10内设有定位装置、定向杆8和摩擦发电高灵敏度冲击 检测传感器6，所述定位装置包括定位桩支座9、横支撑12、定位桩11；定 位桩支座9固定在检测箱10内壁上，横支撑12一端固定在定位桩支座9上， 另一端连接定位桩11，所述定位桩11在行程杆4竖直位置时与所述行程杆4 上段接触；所述定向杆8通过固定杆横向固定在检测箱10内腔，所述定位弹 簧13环绕在所述定向杆8上。

当行程杆4转动时，定位弹簧13在定向杆8上被压缩，当恢复到没有流 体时，行程杆4复位，此时设置的定位装置，利用定位桩11很好的限制了行 程杆4的极限位置，防止行程杆4反向旋转。

见图1、图4，所述摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器6包括受冲层60、 内部具有腔室的保护壳体66、弹性层63、摩擦发电组件；所述受冲层60设 置于所述保护壳体66的顶部；摩擦发电组件从上至下依次包括：第一电极层 61、第一摩擦层62、第二摩擦层64、第二电极层65，弹性层63置于所述第 一摩擦层62、第二摩擦层64中间，当所述受冲层60在静触头7冲击力作用 下，弹性层63使第一摩擦层62和第二摩擦层64对应表面相互接触与分离； 所述第一摩擦层62和第二摩擦层64之间间隔一段距离，所述第一电极层61 和第二电极层65分别通过导电胶与外接引线相连、并且所述外接引线从保护 壳体66引出；

上述检测传感器在静触头7冲击力作用于受冲层60时，所述弹性层63做 往复运动使第一摩擦层62和第二摩擦层64对应表面相互接触与分离从而产 发电荷，并通过分别与第一电极层61和第二电极层65相连的外接引线引出 电信号。

具体的，所述受冲层60下表面设有凹槽67，受冲层60边沿设有缓冲垫 68。所述凹槽67的深度为0.1mm-3mm；所述缓冲垫68为橡胶垫。保护壳体 66为金属材料、或为金属/非金属复合材料；所述第一电极层61和第二电极 层65均为风干或固化的导电银浆、导电碳浆，其厚度为0.02-5μm；所述弹 性层63为三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、聚酰胺弹性体、 聚苯乙烯弹性体。所述保护壳体66、受冲层60及摩擦发电组件之间通过螺栓固定连接，所述螺栓为绝缘螺栓。所述第一摩擦层62和第二摩擦层64，其中 一摩擦层所用材料为负极性材料，其厚度为5-500μm；另一摩擦层所用的材 料为正极性材料，其厚度为5-500μm。所述导电胶为导电银浆；所述外接引 线为导电铜线或导电镀银铜线。

本实施例中该冲击检测传感器的受冲层60与保护壳体66相互连接组成密 闭腔体，其材质为304不锈钢。保护壳体66，用于保护传感器内部结构不受 破坏；受冲层60厚度为3mm，底部外侧带有凹槽67，其深度为1.5mm，其中 受冲层60用于承担外部受到的冲击力，凹槽67部分有利于受冲层60发生形 变，以带动摩擦发电组件运动。

本实施例中上述冲击检测传感器在静触头7冲击力作用于受冲层60时， 所述弹性层63做往复运动使第一摩擦层62和第二摩擦层64对应表面相互接 触与分离从而产发电荷，并通过分别与第一电极层61和第二电极层65相连 的外接引线引出电信号。

本实施例中第一摩擦层62选用静电纺丝方法制备的聚偏氟乙烯共聚物 (PVDF-TrFE)纳米纤维膜，第二摩擦层64采用静电纺丝法制备的聚乙烯醇纳 米纤维膜，其厚度分别为100μm和70μm；第一电极层61和第二电极层65 选用固化的导电银浆，该导电银浆采用丝网印刷的方式分别印刷在两种纳米 纤维膜的背面，其厚度为5μm；选用导电银浆为粘结剂将第一电极层61和第 二电极层65与外接引线连接，外接引线选用镀银铜线，并从保护壳体66中 引出。

见图5，流量检测时，当横板3推动行程杆4时，行程杆4在销轴5的作 用下旋转，此时静触头7冲击受冲层60，不同流量大小产生的冲击力不同， 弹性层63在第一摩擦层62和第二摩擦层64之间接触弹开的频率会产生变化， 此时第一摩擦层62和第二摩擦层64产生的电流也会发生改变，通过电流的 变化反馈流量的变化情况，第一电极层61和第二电极层65将电信号引入反 馈显示设备，实现了流量检测的高灵敏性，利用弹性层63对摩擦层的来回分 离产生电信号，避免了对摩擦发电组件的直接冲击，降低了冲击检测传感器 受损的风险，可以有效提高灵敏度，保护摩擦发电组件。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技 术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属 于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.液体或气体用高灵敏度流量检测器，用于液体或气体通道的流量检测，其特征在于，包括：

管体(1)，所述管体(1)端部由螺栓一(102)连接成一体，管体(1)外端通过法兰盘(101)与外部直管段连接，在所述管体(1)相对设置的端面上分别设置有堵头(106)，在两个堵头(106)之间设置孔板(103)，孔板(103)上开有多个喷嘴一，且在堵头(106)一侧开有与管体(1)内部连通的气/液道(104)，在堵头(106)另一侧内壁上开有与管体(1)内部连通的缓冲槽(105)，且两个缓冲槽(105)与两个气/液道(104)相对应且对称分布在孔板(103)的两侧；两个气/液道(104)分别连通气/液管(2)；所述气/液管(2)上开设喷嘴二(21)；

横板(3)，其两端分别通过弹簧一(22)连接横置在所述气/液管(2)外壁上方，且所述的喷嘴(21)喷射方向正对横板(3)底璧；

行程杆(4)，其一端铰接在所述横板(3)上，另一端固定有静触头(7)和定位弹簧(13)；所述行程杆(4)的中段位置与一销轴(5)铰接，该销轴(5)安装在一固定座(51)上并用密封垫与所述固定座(51)密封；

检测箱(10)，所述检测箱(10)内设有定位装置、定向杆(8)和摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器(6)，所述定位装置包括定位桩支座(9)、横支撑(12)、定位桩(11)；定位桩支座(9)固定在检测箱(10)内壁上，横支撑(12)一端固定在定位桩支座(9)上，另一端连接定位桩(11)，所述定位桩(11)在行程杆(4)竖直位置时与所述行程杆(4)上段接触；所述定向杆(8)通过固定杆横向固定在检测箱(10)内腔，所述定位弹簧(13)环绕在所述定向杆(8)上；所述摩擦发电高灵敏度冲击检测传感器(6)包括受冲层(60)、内部具有腔室的保护壳体(66)、弹性层(63)、摩擦发电组件；所述受冲层(60)设置于所述保护壳体(66)的顶部；摩擦发电组件从上至下依次包括：第一电极层(61)、第一摩擦层(62)、第二摩擦层(64)、第二电极层(65)，弹性层(63)置于所述第一摩擦层(62)、第二摩擦层(64)中间，当所述受冲层(60)在静触头(7)冲击力作用下，弹性层(63)使第一摩擦层(62)和第二摩擦层(64)对应表面相互接触与分离；所述第一摩擦层(62)和第二摩擦层(64)之间间隔一段距离，所述第一电极层(61)和第二电极层(65)分别通过导电胶与外接引线相连、并且所述外接引线从保护壳体(66)引出；

上述检测传感器在静触头(7)冲击力作用于受冲层(60)时，所述弹性层(63)做往复运动使第一摩擦层(62)和第二摩擦层(64)对应表面相互接触与分离从而产发电荷，并通过分别与第一电极层(61)和第二电极层(65)相连的外接引线引出电信号。

2.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述受冲层(60)下表面设有凹槽(67)，受冲层(60)边沿设有缓冲垫(68)。

3.根据权利要求2所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述凹槽(67)的深度为0.1mm-3mm；所述缓冲垫(68)为橡胶垫。

4.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，保护壳体(66)为金属材料、或为金属/非金属复合材料；所述第一电极层(61)和第二电极层(65)均为风干或固化的导电银浆、导电碳浆，其厚度为0.02-5μm；所述弹性层(63)为三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、天然橡胶、聚酰胺弹性体、聚苯乙烯弹性体。

5.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述孔板(3)上的喷嘴一为螺旋喷嘴。

6.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述保护壳体(66)、受冲层(60)及摩擦发电组件之间通过螺栓二固定连接，所述螺栓二为绝缘螺栓。

7.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述第一摩擦层(62)和第二摩擦层(64)，其中一摩擦层所用材料为负极性材料，其厚度为5-500μm；另一摩擦层所用的材料为正极性材料，其厚度为5-500μm。

8.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述导电胶为导电银浆；所述外接引线为导电铜线或导电镀银铜线。

9.根据权利要求1所述的液体或气体用高灵敏度流量检测器，其特征在于，所述喷嘴二(21)为直射喷嘴。

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