CN1200253C - 悬浮式自减振差动流量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的悬浮式自减振流量传感器包括对称固定在平板两面的检测单元，每个检测单元包括壳体，壳体具有与平板轴线m-m平行的通孔，该通孔与平板的轴向出线孔有通道相连通，通孔的两端分别有弹性膜片密封，通孔内有两个压电陶瓷片，两个压电陶瓷片的一端分别与弹性膜片固定，另一端与设在压电陶瓷片之间的金属块固定，两压电陶瓷片及金属块的周边与通孔壁之间留有间隙，金属块的引线经通道从平板出线孔引出。这种传感器具有较高的测量灵敏度，在小流量时利用差动原理仍可以给出较强的检测信号，其悬浮式的内部结构具有较强的抗振动性、有较大量程范围、可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及流量传感器，尤其是自减振差动流量传感器。
背景技术
六十年代末期，相继出现了应用流体振动原理测量流量的新型仪表，例如，涡街流量计、射流流量计和旋涡进动流量计都同属于液体振动式流量计，它们通过热敏、应变、电容、超声波等检测方式的流量传感器，检测出与体积流量成正比的流体振动频率信号。对于振动式流量传感器来说，振动问题是衡量一台振动式流量计工业应用好坏的一个重要指标。工业中的振动是普遍存在的，例如流体紊流状态下速度脉动、流体振荡，以及工业管道振动、阀门开闭与阀心振动等随机因素，这都会使检测到的频率信号受到极大的噪声干扰。目前较先进的振动式流量传感器都有一定的抗振动能力。但这些传感器的检测元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振动的能力有限。另外对于流体振动的干扰，当振动噪声的振动方向与所测频率信号的振动方向平行(即同向振动)的时候，这些流量传感器的抗干扰能力都比较弱，输出信号会混入大量的噪声。这种现象在小流量测量的时候尤其明显。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量灵敏度高，抗干扰性强的悬浮式自减振差动流量传感器。
本发明的悬浮式自减振流量传感器包括对称固定在平板两面的检测单元，每个检测单元包括壳体，壳体具有与平板轴线m-m平行的通孔，该通孔与平板的轴向出线孔有通道相连通，通孔的两端分别有弹性膜片密封，通孔内有两个压电陶瓷片，两个压电陶瓷片的一端分别与弹性膜片固定，另一端与设在压电陶瓷片之间的金属块固定，两压电陶瓷片及金属块的周边与通孔壁之间留有间隙，金属块的引线经通道从平板出线孔引出，上述的两个检测单元中的四个压电陶瓷片的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。
本发明的传感器具有较高的测量灵敏度，在小流量时利用差动原理仍可以给出较强的检测信号，其内部结构具有自减振功能，有较强的抗干扰性和较大量程范围，可靠性高。
附图说明
图1为悬浮式自减振流量传感器的轴向半剖视图；
图2为本发明在涡街流量计中的应用原理图；
图3为本发明在旋涡进动流量计中的应用原理图。
具体实施方式
参照图1，悬浮式自减振流量传感器包括对称固定在平板6两面的检测单元，每个检测单元包括壳体5，为了得到更稳定的信号，一般采用半圆柱形壳体，壳体5具有与平板轴线m-m平行的通孔7，该通孔7与平板的轴向出线孔4有通道8相连通，通孔7的两端分别有弹性膜片1密封，通孔内有两个压电陶瓷片3，这两个压电陶瓷片的尺寸、质量和灵敏度系数都相同，两个压电陶瓷片的一端分别与弹性膜片1焊接，另一端与设在压电陶瓷片之间的金属块2焊接。这样，金属块2与两压电陶瓷片3组成一个刚体，这个刚体的周边与通孔壁之间留有间隙。上述金属块2最好是一个与压电陶瓷片具有相同尺寸的质量块。金属块2同时也作为压电陶瓷片的输出电极，它的引线经通道8从平板出线孔4引出。每个检测单元的上下两个压电陶瓷片3在安装时必须具有相等的受压预紧力，于是在由两压电陶瓷片3和质量块2组成的刚体中会有一个内应力的分界面，由于中间金属质量块2有一定的厚度，所以这个应力分界面一定会在金属质量块内部，而两压电陶瓷片3又是严格对称匹配的，因此可以保证在受到相等的力作用时，这两个压电陶瓷片能够产生相等的电荷。
本发明的具体应用参见图2、图3。
图2为本发明在涡街流量计中的应用，为了测量振动流体的流量，把本发明的悬浮式自减振流量传感器B安装在涡街流量计中旋涡发生体A的后面，传感器与旋涡发生体平行；而对于图3所示的旋涡进动流量计，悬浮式自减振流量传感器应安装在流道扩展段前端，传感器平板的轴线m-m与管道的轴线垂直相交。
工作时，整个传感器都沉浸在流体中。当旋涡流经传感器时，旋涡产生的交变压力直接作用在两个检测单元的弹性膜片上，使压电陶瓷片产生交变电荷。这时两个检测单元会输出规则的正弦信号S1和S2，这两个信号频率相等，相位相差180°，则两根输出线之间的输出信号为S1-S2，这样即使是在小流量的时候，利用差动输出可以得到较强的检测信号。
当流体由于管道振动、阀门开启等随机因素的影响，发生流体振荡时，会导致弹性膜片或传感器壳体产生跟随振动。由于金属块的惯性作用，检测单元中上下对称的两个压电陶瓷片会分别受压和受拉，这使得两个压电陶瓷片分别产生相等的正负电荷信号，而当上下两个压电陶瓷片的信号在金属块(电极)中相加时，干扰振动所产生的电荷信号会相互抵消，从而传感器起到了自减振作用。
另外，对于本发明的传感器来说，管道振动属于同向振动，而传感器是采用两个检测单元进行差动检测，因此同向振动的干扰信号会在输出信号S1-S2中相互抵消，这样可以有效地消除管道振动对检测信号的干扰。而对于流体脉动引起的流体振动，它在管道中是一列随着流动方向传播的平面波，它引起的压力以相同的方向同时作用在传感器的两个检测单元上，属于同向振动干扰。同理，传感器的差动检测原理可以消除流体脉动对检测信号的干扰。因此，本发明的流量传感器在流量测量中具有很高的抗干扰性。适用于液体、气体蒸汽等振动流体的流量测量。
Claims (3)
1.悬浮式自减振差动流量传感器，其特征在于包括对称固定在平板(6)两面的检测单元，每个检测单元包括壳体(5)，壳体(5)具有与平板轴线m-m平行的通孔(7)，该通孔(7)与平板的轴向出线孔(4)有通道(8)相连通，通孔(7)的两端分别有弹性膜片(1)密封，通孔内有两个压电陶瓷片(3)，两个压电陶瓷片的一端分别与弹性膜片(1)固定，另一端与设在压电陶瓷片之间的金属块(2)固定，两压电陶瓷片(3)及金属块(2)的周边与通孔壁之间留有间隙，金属块(2)的引线经通道(8)从平板出线孔(4)引出，上述的两个检测单元中的四个压电陶瓷片(3)的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。
2.按权利要求1所述的悬浮式自减振差动流量传感器，其特征是所说的金属块(2)是具有与压电陶瓷片相同尺寸的质量块。
3.按权利要求1所述的悬浮式自减振差动流量传感器，其特征是所说的壳体(5)呈半圆柱形。
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