CN114964391B - 一种抗震型涡街流量计探头结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涡街流量计技术领域，具体为一种抗震型涡街流量计探头结构，包括壳体，所述壳体内固定安装有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片两侧分别固定安装有第一绝缘陶瓷块和第二绝缘陶瓷块；该抗震型涡街流量计探头结构，结构简单，生产成本低，安装使用方便，通过粘结在压电陶瓷片两个分断的正极金属层上的两片带外接信号线的金属片上就能够很好的相互提供干扰信号的参数，以此能够区分流量信号和干扰信号，这样可以为过滤和屏蔽干扰信号提供有力的保障，使得在后续的信号处理中直接将干扰信号过滤和屏蔽掉，达到了净化筛滤检测到的流量信号的作用。

Description

一种抗震型涡街流量计探头结构

技术领域

本发明涉及涡街流量计技术领域，具体为一种抗震型涡街流量计探头结构。

背景技术

涡街流量计是目前国际上主要流行的流量仪表产品之一，广泛应用于石油、冶金、化工、食品、造纸、城市供热、供水等领域，涡街流量计是根据卡门涡街原理研究生产的，主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸气等多种介质，其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响，无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，仪表参数能长期稳定，涡街流量计采用压电应力式传感器,可靠性高，可在-20℃～+250℃的工作温度范围内工作。有模拟标准信号,也有数字脉冲信号输出，容易与计算机等数字系统配套使用，是一种比较先进、理想的流量仪表，在管道内流动的流体中置入一个断面为非流线型的柱体，如三角柱型漩涡发生体，在柱体后部两侧就会产生两列交错排列的漩涡。

涡街流量计是一种根据“卡门涡街”原理制成的一种检测流体振荡信号的流量仪表，如气体、液体、蒸汽等多种介质，在管道内流动的流体中置入一个断面为非流线型的柱体（即漩涡发生体），如三角柱(如图3所示)，在柱体后部两侧就会产生两列交错排列的漩涡；漩涡的分离频率f与柱侧的流速V成正比，与柱体阻流面的宽度d成反比。通过测量漩涡的分离频率f即可计算出流体的流速V，流速V乘以管道的截面积A即可计算出流过管道截面的体积流量。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可靠性高，维护量小，因此涡街流量计是目前国际上主要流行的流量仪表产品之一，广泛应用于石油、冶金、化工、食品、造纸、城市供热、供水等领域。

涡街流量计流量的获得是通过探头获取模拟连续信号实现的，增益放大后进行滤波处理，通过门限电路进行整形后调理成脉冲信号输出，到二次仪表进行采集，这就要求接收信号的探头灵敏度越高越好，但是探头灵敏度越高，接收到的干扰信号也就相对的明显，在干扰信号很大的情况下，增益放大后如不能有效的区分有效的流量信号和干扰信号，并加以过滤的话，将会导致测量误差过大，影响测量精度。

目前传统的应力式涡街流量计探头(如图4所示)主要由两片长方体压电晶片16、不锈钢导电条、导电铜片、铜线引脚17及固化填充料组成，其封装方法是用导电胶将导电晶片按极性粘接与于不锈钢导电条和导电铜片之间，清理掉多余的导电胶，用环氧树脂胶15填充缝隙，然后涂在外围，使其成圆柱型，粗细接近探头外壳的孔，然后放入烘箱内烘干成型，放入壳体10内，再将缝隙灌入环氧树脂胶15，放入烘箱烘干使其成为一体；但由于现场工况条件不一，就会由于壳体10、压电晶片16、固化填充材料(环氧树脂胶15)的膨胀系数不同而相互产生应力，从而产生干扰信号，甚至会损伤压电晶片16，使得灵敏度降低，大大缩短了探头的使用寿命。鉴于此，我们提出一种抗震型涡街流量计探头结构。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种抗震型涡街流量计探头结构。

本发明的技术方案是：

一种抗震型涡街流量计探头结构，包括壳体，所述壳体内安装有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片两侧分别安装有第一绝缘陶瓷块和第二绝缘陶瓷块；

所述压电陶瓷片上设有正负极且具有两个分断式正极，所述压电陶瓷片的负极上连接有第一金属片，所述第一绝缘陶瓷块和压电陶瓷片二者之间安装有两个第二金属片，两个所述第二金属片一侧分别与压电陶瓷片上对应的两个分断式正极连接，两个所述第二金属片的另一侧连接在第一绝缘陶瓷块上。

优选的，所述壳体包括内孔，所述内孔内部设有第一铜管和第二铜管，所述第二绝缘陶瓷块固定连接在所述内孔的内部底面上。

优选的，所述内孔内部固定安装有两个第二固定柱和第一固定柱且二者呈对称安装，两个所述第一固定柱和两个所述第二固定柱之间设有压缩弹簧，两个所述第一固定柱之间固定安装有第一绝缘瓷管，两个所述第二固定柱之间固定安装有第二绝缘瓷管。

优选的，所述第一绝缘瓷管和第二绝缘瓷管均设有内螺纹结构，所述第一绝缘瓷管和第二绝缘瓷管二者之间填充有绝缘材料，所述第一绝缘瓷管外侧螺纹连接有锁紧螺母，所述第二绝缘瓷管固定安装在所述第一绝缘陶瓷块上。

优选的，所述第一铜管和第二铜管均横向的插接安装在对应位置上第一固定柱和第二固定柱与所述第一绝缘瓷管和第二绝缘瓷管之间留有的间隙内，所述锁紧螺母锁紧后对第一铜管和第二铜管起到限位固定作用，所述锁紧螺母锁紧后外部涂上耐高温密封性能好的材料。

优选的，所述压电陶瓷片与第一金属片和第二金属片之间通过耐高温导电性能好的材料固定连接。

优选的，所述第一金属片和第二金属片自身均固定连接有外接信号线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

该抗震型涡街流量计探头结构，结构简单，生产成本低，安装使用方便，通过粘结在压电陶瓷片两个分断的正极金属层上的两片带外接信号线的金属片上就能够很好的相互提供干扰信号的参数，以此能够区分流量信号和干扰信号，这样可以为过滤和屏蔽干扰信号提供有力的保障，使得在后续的信号处理中直接将干扰信号过滤和屏蔽掉，达到了净化筛滤检测到的流量信号的作用。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明的局部结构示意图；

图3为涡街流量计工作原理示意图；

图4为传统的涡街流量计探头结构示意图。

图中各个标号的意义为：

1、锁紧螺母；2、第一绝缘瓷管；3、第一固定柱；4、第一铜管；5、压缩弹簧；6、第二固定柱；7、第一绝缘陶瓷块；8、压电陶瓷片；9、第二绝缘陶瓷块；10、壳体；101、内孔；11、第一金属片；12、第二金属片；13、第二绝缘瓷管；14、第二铜管；15、环氧树脂胶；16、压电晶片；17、铜线引脚。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-4，本发明通过以下实施例来详述上述技术方案：

一种抗震型涡街流量计探头结构，包括壳体10，壳体10内固定安装有压电陶瓷片8，压电陶瓷片8两侧分别固定安装有第一绝缘陶瓷块7和第二绝缘陶瓷块9；

压电陶瓷片8上设有正负极且具有两个分断式正极，压电陶瓷片8的负极上固定连接有第一金属片11，第一绝缘陶瓷块7和压电陶瓷片8二者之间固定安装有两个第二金属片12，两个第二金属片12一侧分别与压电陶瓷片8上对应的两个分断式正极固定连接，两个第二金属片12的另一侧固定连接在第一绝缘陶瓷块7上，第一金属片11和第二金属片12自身均固定连接有外接信号线。

壳体10包括内孔101，内孔101内部设有第一铜管4和第二铜管14，第二绝缘陶瓷块9固定连接在内孔101的内部底面上，内孔101内部固定安装有两个第二固定柱6和第一固定柱3且二者呈对称安装，两个第一固定柱3和两个第二固定柱6之间设有压缩弹簧5，两个第一固定柱3之间固定安装有第一绝缘瓷管2，两个第二固定柱6之间固定安装有第二绝缘瓷管13，第一绝缘瓷管2和第二绝缘瓷管13均设有内螺纹结构，第一绝缘瓷管2和第二绝缘瓷管13二者之间填充有绝缘材料，第一绝缘瓷管2外侧螺纹连接有锁紧螺母1，第二绝缘瓷管13固定安装在第一绝缘陶瓷块7上，绝缘材料可以避免与内部的导电结构之间相互导电。

第一铜管4和第二铜管14均横向的插接安装在对应位置上第一固定柱3和第二固定柱6与第一绝缘瓷管2和第二绝缘瓷管13之间留有的间隙内，锁紧螺母1锁紧后对第一铜管4和第二铜管14起到限位固定作用，锁紧螺母1锁紧后外部涂上耐高温密封性能好的材料，起到防护作用避免液体进入内部。

压电陶瓷片8与第一金属片11和第二金属片12之间通过耐高温导电性能好的材料固定连接，该实施例采用耐高温导电胶连接，使得不影响导电性能可以正常传递检测信号的同时起到粘连固定作用。

在封装方式上，本实施例采用如下方式：用耐高温绝缘胶将第一铜管4粘结到壳体10的内孔101里，用耐高温绝缘胶将第二绝缘陶瓷块9粘结到壳体10的内孔101底面上，用耐高温绝缘胶将带外接信号线的第一金属片11粘结到第二绝缘陶瓷块9上，用耐高温导电胶将压电陶瓷片8负极粘结到带外接信号线的第一金属片11上，用耐高温导电胶将带外接信号线的第二金属片12(2片)对称地粘结到压电陶瓷片8分断的两个正极上，用耐高温绝缘胶将第一绝缘陶瓷块7粘结到2片带外接信号线的第二金属片12上，在壳体10内孔放入第二固定柱6、压缩弹簧5、第一固定柱3，拧上锁紧螺母1，涂上耐高温密封胶。该种轴向压封的方式相对于传统侧封方式而言，侧封会受到震动信号的干扰，对流量的测定不准确，而轴向压封方式的采用圆金属片只对旋涡的上升敏感而对物理震动（非流量信号）不敏感，提高了抗震性能和测量精度。

本实施例的抗震型涡街流量计探头结构，管道内流动的流体在漩涡发生体后部两侧会产生两列交错排列的漩涡一和漩涡二，当漩涡一撞击该探头结构尾部时，探头结构向漩涡一的反方向摆动变形，继而漩涡一反侧部分受挤压变形，由此发生电荷变化，产生流量信号，同时会混杂着管道机械振动、电机振动等干扰信号，此时漩涡一的同侧会产生相同的干扰信号，但没有流量信号，这样漩涡一同侧检测到的干扰信号的参数就可以作为参考样本，从漩涡一反侧检测到的信号中过滤和屏蔽掉干扰信号，从而达到净化检测到的有效流量信号，同理，反之当漩涡二撞击探头尾部时，使其探头结构向漩涡二的反方向摆动变形，压电陶瓷片8的漩涡二反侧部分受挤压变形，产生电荷变化，产生流量信号，从中过滤、屏蔽掉干扰信号即可得到净化后的有效流量信号，完成准确测量，从而实现了探头的抗振性能，既扩大了涡街流量计的测量范围，也提高了精度等级。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种抗震型涡街流量计探头结构，包括壳体（10），其特征在于：所述壳体（10）内安装有压电陶瓷片（8），所述压电陶瓷片（8）两侧分别安装有第一绝缘陶瓷块（7）和第二绝缘陶瓷块（9）；

所述压电陶瓷片（8）上设有正负极且具有两个分断式正极，所述压电陶瓷片（8）的负极上连接有第一金属片（11），所述第一绝缘陶瓷块（7）和压电陶瓷片（8）二者之间安装有两个第二金属片（12），两个所述第二金属片（12）一侧分别与压电陶瓷片（8）上对应的两个分断式正极连接，两个所述第二金属片（12）的另一侧连接在第一绝缘陶瓷块（7）上；壳体（10）包括内孔（101），所述内孔（101）内部设有第一铜管（4）和第二铜管（14），所述第二绝缘陶瓷块（9）固定连接在所述内孔（101）的内部底面上；所述内孔（101）内部固定安装有两个第二固定柱（6）和第一固定柱（3）且二者呈对称安装，两个所述第一固定柱（3）和两个所述第二固定柱（6）之间设有压缩弹簧（5），两个所述第一固定柱（3）之间固定安装有第一绝缘瓷管（2），两个所述第二固定柱（6）之间固定安装有第二绝缘瓷管（13）；所述第一绝缘瓷管（2）和第二绝缘瓷管（13）均设有内螺纹结构，所述第一绝缘瓷管（2）和第二绝缘瓷管（13）二者之间填充有绝缘材料，所述第一绝缘瓷管（2）外侧螺纹连接有锁紧螺母（1），所述第二绝缘瓷管（13）固定安装在所述第一绝缘陶瓷块（7）上；所述第一铜管（4）和第二铜管（14）均横向的插接安装在对应位置上第一固定柱（3）和第二固定柱（6）与所述第一绝缘瓷管（2）和第二绝缘瓷管（13）之间留有的间隙内，所述锁紧螺母（1）锁紧后对第一铜管（4）和第二铜管（14）起到限位固定作用，所述锁紧螺母（1）锁紧后外部涂上耐高温密封性能好的材料。

2.如权利要求1所述的抗震型涡街流量计探头结构，其特征在于：所述压电陶瓷片（8）与第一金属片（11）和第二金属片（12）之间通过耐高温导电性能好的材料固定连接。

3.如权利要求1所述的抗震型涡街流量计探头结构，其特征在于：所述第一金属片（11）和第二金属片（12）自身均固定连接有外接信号线。

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