CN1177737A - 具有非流线形圆柱体的涡流流量传感器 - Google Patents

Abstract

为了提高一用于测量通过测量管流动的流体的流速和/或体积流率的涡流流量传感器的精度,涡流流量传感器包含一安装在测量管中的圆形截面的非流线形圆柱体,该非流线形体具有粗糙化的表面。单一的漩涡传感元件响应于由漩涡列引起的压力脉动。可以利用各浅的凹坑来实现一定粗糙度,这些凹坑形状相同,均匀地或非均匀地特别是以不确定的方式分布在非流线形体的表面上。

Description

具有非流线形圆柱体的涡流流量传感器

本发明涉及一种涡流流量传感器，用于测量通过测量管流动的流体的流速和/或体积流速，所述涡流流量传感器包含一安装在测量管中的非流线形圆柱体。

在这样一种涡流流量传感器的工作过程中，在非流线形体的下游侧形成卡曼涡街。其形成的压力脉动利用漩涡传感元件变换为频率与体积流速成比例的电信号。

在涡流流量传感器中的非流线形圆柱体在这种传感器的早期阶段就已研究，例如在US专利3720104中所示。然而，可能是由于利用这种圆柱体可达到的测量精度太低，技术开发由非流线形圆柱体转向三角形和梯形体。

仅在最近再次提出非流线形圆柱体，如用英文摘要在JP-A8-5419中所表示的，其介绍了一种涡流流量传感器，用于测量通过测量管流动的流体的流速和/或体积流速，所述涡流流量传感器包含：

具有圆形截面的非流线形圆柱体，安装在测量管内，具有平滑的表面；

均匀地分布在非流线形体高度方向范围内的3个通孔，它们各自的轴线平行于流体流动的方向；以及

5个漩涡传感元件，其中的3个安装在非流线形体内且每个与相应的其中一个通孔相连通，而另外2个安装在沿着与流体流动方向垂直和与非流线形体纵向轴线相垂直的轴线的非流线形体的表面上，彼此位置相对。

这种设计的目的在于，一方面通过将来自安装在非流线形体内的3个漩涡传感元件的信号进行平均来提高在低流速下的测量精度，另一方面，通过利用来自处在高流速下的位于非流线形体表面的2个漩涡传感元件的信号，使得能够在宽的流速范围内进行测量。

在非流线形体中的内孔会带来一定危险，因为它们内腔很小，包含在流体中的各种物质会沉积在内孔中。随着时间的推移，这种沉积会导致内孔阻塞。如果像在JP-A8-5418中所介绍的先有技术装置中那样漩涡传感元件与这些内孔相连通的话，这一点是特别有害的。

本发明的目的是增加涡流流量传感器的精度，这样一种传感器包含不同于在先有技术中的非流线形圆柱体，并且所需的漩涡传感元件的数量少于先有技术。

为了实现这一目的，本发明提供一种涡流流量传感器，用于测量通过测量管流动的流体的流速和/或体积流速，所述涡流流量传感器包含：

具有圆形截面的非流线形圆柱体，它的表面至少部分地是粗糙的；以及

单一的漩涡传感元件，响应于由漩涡引起的压力脉动。

在本发明的第一优选实施例中，非流线形体的表面形成有各浅的凹坑。

在本发明的第二优选实施例中，各浅的凹坑形状相同，均匀分布在非流线形体的表面上。

在本发明的第三优选实施例中，各浅的凹坑形状相同，非均匀地以不确定方式分布在非流线形体表面上。

在本发明的第四优选实施例中，各浅的的凹坑仅形成在迎着工作时流体流动的非流线形体的那一侧。

根据对这一实施例的改进，各浅的凹坑仅形成在中心角小于180°的扇形表面上。

根据本发明的第一种改进，非流线形体在其各端沿圆周与测量管的内表面永久性地连接。

根据本发明的第二种改进，非流线形体在其各端沿圆周利用一底座固定连接到测量管内表面上。

根据本发明的第三种改进，非流线形体在其各端部形成有缩径的圆柱形端部，沿其圆周与测量管的内表面相连接。

结合附图通过对各实施例的如下介绍使本发明及其各种优点将变得更加清楚，其中：

图1是具有非流线形圆柱体的涡流流量传感器的示意纵断面图；

图2是均匀分布各浅的凹坑使表面粗糙化的非流线形体的圆柱形表面的示意侧视图；

图3是具有非均匀分布的各浅的凹坑使表面粗糙化的非流线形体的圆柱形表面的示意侧视图；

图4是仅在部分圆柱形表面上具有浅的凹坑的非流线形体的示意断面图；

图5是具有缩径的端部的非流线形体的示意透视图；

图6是一端有底座的非流线形体的示意透视图。

参照图1，该图以示意纵断面图方式表示涡流流量传感器的一个实施例，其包含一测量管2，沿用箭头3表示的预定方向通过该测量管流过待测流体，例如液体，气体或蒸汽，特别是水蒸汽。

在测量管2中，固定有特别是通过焊接到测量管内表面上的非流线形体4。非流线形体4用于产生卡曼涡且是圆柱形的。即其截面是圆形的，并且根据本发明，表面被粗糙化，即具有预定的粗糙度。为了简化描绘，本图未示出这种粗糙表面。

在图1所示实施例中，响应于漩涡形成的流体压力波动的漩涡传感元件5安装在非流线形体4下游侧的测量管的壁中。对于漩涡传感元件。在涡流流量传感器中使用的任何常规的机电式变换器都可以采用，例如电容式，压电式、或电感式特别是电动式变换器。

代替将漩涡传感元件5设置在非流线形体4下游侧，可以将其定位在表面41处，特别是在其中以密封方式与表面相齐平，漩涡传感元件的电引线通过一不与流体相连通的非流线形体中的孔。

表面41的粗糙度可以在制造过程中形成，例如利用其颗粒大小可以根据所需粗糙度选择的研磨器具进行研磨。

图2表示非流线形圆柱体的表面41的粗糙度分布类型的一个优选实施例：表面41整体由各浅的凹坑42所覆盖。它们最好形状是相同的，均匀分布在表面41上，彼此之间不相接触或汇合。

图3表示非流线形圆柱体的表面41的粗糙度分布类型的另一优选实施例。这里，表面41整体由各浅的凹坑42覆盖，它们也具有相同的形状，但它们非均匀分布在表面41上。它们彼此不相接触或汇合。特别有利的是，在这一实例中各凹坑是按不确定方式分布的。

如图4所示，凹坑42不必覆盖整个表面41。仅在工作时迎着流体流动的非流线形体4的那一侧形成凹坑42可能就足够了。因此，在这种情况下，仅在面向运动的流体的半部表面形成凹坑。

仅在中心角α小于180°特别是约140°-160°的表面41的扇形部分43形成凹坑42也可能就足够了，这一扇形部分相对于流体流动的中心轴线44是对称的。

凹坑的优选形状是球形的。

利用根据图2到图4解释的凹坑和根据如下的作用实现如上所述的涡流流量传感器的预期增加的精度。

沿平滑表面的非流线形圆柱体脱离的或其遮蔽的漩涡的位置不是恒定的而是不规则波动的。这种波动使漩涡频率产生变化。对照起来，根据本发明，非流线形体的粗糙表面，特别是它的凹坑产生局部限定的漩涡，它们稳定了在非流线形体表面上的漩涡脱离或遮蔽位置。因此，漩涡总是在相同的位置脱离。

图5表示本发明的一种改进，其中非流线形体4在其每一端形成有相应的缩径圆柱形端部45，沿着端部的圆周与测量管的内表面相连接。为了简化表示，在图5中仅表示了一个端部，并像图1中一样，在表面中的凹坑已被略去。

图6表示本发明的另一种改进，其中非流线形体4在其每一端沿其圆周利用底座46固定连接到测量管的内表面上。为了简化表示，仅表示其中一个底座，并且在表面中的凹坑也被略去。

这样构成的端部45和底座46用于将邻近测量管内表面的流动部分与接近管中心的流动部分去耦合，以便提高涡流流量传感器的精度。在非流线形体与测量管壁接触的位置处产生的流体扰动、不是对于流体流动中心而是对于管壁按指数关系偏移的脱离的漩涡，都不再扰动用于测量的漩涡。

Claims (9)

1.一种涡流流量传感器，用于测量通过测量管流动的流体的流速和/或体积流速，所述涡流流量传感器包含：

非流线形圆柱体，具有圆形截面，安装在测量管中，它的表面至少部分地被粗糙化；及

单一漩涡传感元件，响应于由漩涡引起的压力脉动。

2.如权利要求1所述的涡流流量传感器，其特征在于非流线形体的表面有各浅的凹坑。

3.如权利要求2所述的涡流流量传感器，其特征在于各浅的凹坑形状相同，均匀分布在非流线形体的表面上。

4.如权利要求2所述的涡流流量传感器，其特征在于各浅的凹坑形状相同，且不均匀地特别是以不确定方式分布在非流线形体表面上。

5.如权利要求2所述的涡流流量传感器，其特征在于各浅的凹坑仅形成在工作时迎着流体流动的非流线形体的表面上。

6.如权利要求5所述的涡流流量传感器，其特征在于各浅的凹坑仅形成在该表面上中心角小于180°的扇形部分内。

7.如权利要求1所述的涡流流量传感器，其特征在于非流线形体在其各端沿圆周与测量管的内表面相永久连接。

8.如权利要求1所述的涡流流量传感器，其特征在于非流线形体在其各端沿其圆周方向利用底座固定连接到测量管的内表面上。

9.如权利要求1所述的涡流流量传感器，其特征在于非流线形体在其各端形成有缩径圆柱形端部，沿其圆周连接到测量管的内表面上。

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