CN1760677A - 靶式流体速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于测量流体速度的靶式流体速度传感器。包括有靶(1)、两片应变片(2)、靶杆固定座(5)，其中靶(1)包括有靶面(1A)及靶杆(1B)，靶杆(1B)固定在靶杆固定座(5)上，两片应变片(2)分别贴在靶杆(1B)的上下两侧，套筒(3)套置在靶杆(1B)的外侧，靶面(1A)露置在套筒(3)的端部。本发明在检测时，运动流体作用于矩形靶面，使靶杆产生弹性变形，使原来平衡的电桥变得不平衡，从而输出电压信号。本发明可以对任意管道(满管、明渠)、任意深度流体的速度进行动态测量，是一种响应灵敏，经济可靠，既可测量稳态，也可测量非稳态流场速度的靶式流体速度传感器。

Description

靶式流体速度传感器

1、技术领域：

本发明是一种用于测量流体速度的靶式流体速度传感器，属于测试计量领域所用传感器的创新技术。

2、背景技术：

流场中任意点流体速度的测量在工程实际中具有十分重要的意义。其中明渠、非恒定流的测量具有较大的难度，准确测量十分困难。采用热线(膜)法，虽然简单易行，但是由于其热容的影响，响应时间长(热膜式在4秒以上)，无法用于非恒定流的测量。激光多普勒法激光测量可以较准确地获得流场分布，但是价格昂贵，使用不便。其它如CCD法、超声波法也有同样的问题。

现有涡轮流量计、靶式流量计等诸多流量测试装置，它们只能测量封闭满管流体流量，对于管道中，尤其是非满管中任意深度流体速度点的测量则无能为力。

3、发明内容：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种可以对任意管道(满管、明渠)任意深度流体的速度进行动态测量的靶式流体速度传感器。本发明响应灵敏，经济可靠，既可测量稳态，也可测量非稳态流场速度。

本发明的结构示意图如附图所示，包括有靶(1)、两片应变片(2)、套筒(3)、靶杆固定座(5)，其中靶(1)包括有靶面(1A)及靶杆(1B)，靶杆(1B)固定在靶杆固定座(5)上，两片应变片(2)分别贴在靶杆(1B)的上下两侧，套筒(3)套置在靶杆固定座(5)的外侧，靶面(1A)露置在套筒(3)的端部。

上述靶杆(1B)的外侧套有套筒(3)，靶面(1A)露置在套筒(3)的端部，靶面(1A)露置在套筒(3)端部的面积与测量量程及靶杆(1B)的刚度相匹配。

本发明由于采用靶杆固定在靶杆固定座上，应变片贴在靶杆的上下两侧，套筒套置在靶杆固定座的外侧，靶面露置在套筒的端部结构，应变片的输出端通过输出电缆线与检测电路连接的结构，检测电路为平衡电桥，本发明在检测时，运动流体作用于矩形靶面，使靶杆产生弹性变形，使原来平衡的电桥变得不平衡，从而输出电压信号。本发明可以对任意管道(满管、明渠)、任意深度流体的速度进行动态测量，是一种响应灵敏，经济可靠，既可测量稳态，也可测量非稳态流场速度的靶式流体速度传感器。

4、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明与其他仪器组成测试系统的原理图；

图4为本发明安装在冲落式坐便器中的结构示意图；

图5为图4中P处的放大图。

5、具体实施方式：

实施例：

本发明的结构示意图如图1所示，包括有靶1、两片应变片2、靶杆固定座5，其中靶1包括有靶面1A及靶杆1B，靶杆1B固定在靶杆固定座5上，两片应变片2分别贴在靶杆1B的上下两侧。

为使该传感器测得的速度为靶面中心所处位置的速度，上述靶杆1B的外侧套有套筒3，靶面1A露置在套筒3的端部，靶面1A露置在套筒3端部的面积与测量量程及靶杆1B的刚度相匹配。由于靶1的外面套有套筒3，故可确保被测流体的冲击力仅作用在靶面露出套筒部分的面积上。另外，由于靶面1A露出套筒3的面积与测量量程及靶杆1B的刚度相匹配，故可保证靶杆在最大变形时，也不会与套筒接触，在最小量程时，也有足够的信号输出。

本实施例中，上述套筒3套置在靶杆固定座5，套筒3与靶杆固定座5之间为过盈配合，两片应变片2贴在靶杆1B的根部。

为有效地达到防水的目的，上述应变片2的表面涂覆有防水胶4。

为增加受力面积，增加输出信号强度，上述靶面1A的形状为矩形。

为减少靶杆刚度，增加其变形和输出信号强度，上述靶杆1B的宽度远窄于靶面1A的宽度。

本发明在实际使用时，上述应变片2的输出端通过输出电缆线6与检测电路连接。为方便安装，上述靶杆固定座5上设有穿过输出电缆线6的线孔。为有效地达到防水的目的，上述靶杆固定座5上设有的线孔穿线后用防水胶密封。

上述检测电路为平衡电桥，由于靶外面套有套筒，运动流体作用于矩形靶面露出套筒部分的面积，使靶产生弹性变形，使原来平衡的电桥变得不平衡，从而输出电压信号。该速度传感器响应灵敏，可用于测量非稳态速度。上述靶面1A露出套筒3的面积是一定的，因而运动流体的作用面积是一定的。由流体力学可知，靶所受流体的作用力为：

$F=\mathrm{\ξA}\frac{\mathrm{\ρ}{v}^2}{2}\·\·\·\left(1\right)$

式中：F——靶所受到的力；

      ξ——阻力系数，当雷诺数达一定值时，将趋于常数；

      A——靶的迎流面积；

      v——流体在测量点的平均流速；

      ρ——流体密度。靶杆为一矩形截面悬臂梁，靶在力F的作用下，靶杆将产生弹性弯曲变形，靶杆距靶中心距离L某点的应变为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{6\mathrm{FL}}{b{h}^{2}E}\·\·\·\left(2\right)$

b-靶杆截面宽度

h-靶杆截面厚度

E--靶杆材料弹性模量根据应力电测法，可测得靶杆某点应变ε，由式(1)和式(2)，ε和F有一定关系，从而ε和v可以建立一定关系。在实际测量中，通过标定，可确定这一数量关系。由此，根据应变仪输出电压信号大小，可获知流体速度。

本发明在实际使用时，本发明与电桥盒A、动态应变仪B及计算机C及动态信号测试系统所需的信号调理器、直流电压放大器、抗混滤波器、A/D转换器、缓冲存储器等组成的测试系统如图3所示，该测试系统还包括有采样控制和计算机通讯的全部软件，而且提供了操作方便的控制软件和分析软件。靶根部的应变片通过输出电缆线6和电桥盒A组成平衡电桥，其用于应力应变测量时，通过控制软件平衡电桥，并输入桥路方式、应变计电阻、导线电阻、应变计灵敏度系数后，软件自动完成测量并对测量结果进行自动修正，测量结果可转换为与Office及MATLAB兼容的数据格式。

本发明安装在冲落式坐便器中的结构示意图如图4所示。由理论计算知，冲落式坐便器的水包内的速度为2米/min以内，根据测量点处流经流体的深度、速度，靶杆可能产生的挠度，应变片可能输出的应变值以及防水性要求等，通过计算和设计可得到相应的速度传感器的结构尺寸。

Claims (7)

1、一种靶式流体速度传感器，其特征在于包括有靶(1)、两片应变片(2)、靶杆固定座(5)，其中靶(1)包括有靶面(1A)及靶杆(1B)，靶杆(1B)固定在靶杆固定座(5)上，两片应变片(2)分别贴在靶杆(1B)的上下两侧。

2、根据权利要求1所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述应变片(2)的表面涂覆有防水胶(4)。

3、根据权利要求1所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述靶面(1A)的形状为矩形。

4、根据权利要求1所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述靶杆(1B)的宽度远窄于靶面(1A)的宽度。

5、根据权利要求1所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述靶杆(1B)的外侧套有套筒(3)，靶面(1A)露置在套筒(3)的端部。

6、根据权利要求1所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述靶面(1A)露置在套筒(3)端部的面积与测量量程及靶杆(1B)的刚度相匹配。

7、根据权利要求1至6任一项所述的靶式流体速度传感器，其特征在于上述应变片(2)的输出端通过输出电缆线(6)与检测电路连接。

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