CN201476817U - 具有一体化抗振动结构的涡街流量计 - Google Patents

Abstract

具有一体化抗振动结构的涡街流量计，表体通过管道法兰与测量管道连接，发生体垂直于测量管道的轴向方向，发生体的上端与表体紧固连接；发生体的后端面上设置一矩形凹槽，压电元件位于矩形凹槽中，并与矩形凹槽固定连接；信号增强体设置在发生体后面。本实用新型最大特点是发生体与信号检测探头合二而一为一体，不只是节约一部分原材料，更为重要的是改变了测量方式，增强了抗干扰的性能，提高了测量精度。本实用新型适宜相关流体的测量。

Description

具有一体化抗振动结构的涡街流量计

技术领域

本实用新型涉及的是涡街流量计仪表，具体的是具有抗振的结构形式，能减小或消除振动噪声的，发生体又与信号测量探头合二而一的涡街流量计传感器。

背景技术

涡街流量计是利用测量管道中流体在发生体两侧分离出的卡曼涡街旋涡列，而旋涡频率与流速成正比，通过测量传感器输出信号的频率来测量流体流速的。在涡街流量计的发展中，振动问题、电磁干扰问题、测量下限问题是阻碍涡街流量计发展、应用的主要因素。

在各种检测涡街频率信号方式中，以应力式涡街流量计对测量流体和工艺条件的适应性最强，其应用最为广泛，而对应力式涡街流量计，振动问题更显得尤为突出，可以说解决振动问题是应力式涡街流量计，乃至所有涡街流量计的关键技术所在。

目前应力式涡街流量计普遍采用压电陶瓷做为应力的检测元件。应用它可检测压力、加速度、振动等。由此可见，如何从根本减小或消除振动的干扰，是涡街流量检测中的核心技术。

目前，国内外专家、学者、制造商提出了许多解决振动问题的方法。如：

采用简支梁结构，将压电陶瓷贴在振动弯矩零点处。但这里存在着由于生产加工和使用中发生体的沾污等因素，使振动弯矩零点偏移而不能很好地解决振动问题。

采用一体型悬臂梁防振结构。即在信号测量探头伸入管道中和引出的部分各贴两片压电元件，用信号测量探头引出部分的压电元件受到振动产生的形变，来补偿测量管道中压电元件有振动产生的形变。但这种方法，由于测量体和引出部分的压电元件所处的流体状态不同、管道内外部分的形状、质量不同，而不可能对振动引起的干扰噪声进行很好的补偿。

采用双探头检测结构，这种检测方法由于前后两个探头上的压电元件压电特性、温度特性不可能完全相同，且由于前后两个探头处旋涡相位差不可能是准确的180度，所以不能完全抵消由振动产生的噪声。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前使用的应力式涡街流量计抗振性能较差，而提供一种从理论和实际应用角度来讲可极大限度地解决其振动噪声问题，提高流量信号信噪比，利用压电元件垂直与流体流动方向的结构方式，使得振动噪声所引起的压电元件电荷的变化大幅度减少，检测出压电元件的电荷变化量完全反映出由流体的流动而产生的真实流量信号的具有一体化抗振动结构的涡街流量计。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

具有一体化抗振动结构的涡街流量计，包括表体及装设在表体内的发生体和信号增强体；表体通过管道法兰与测量管道固定连接，所述发生体截面为梯形的柱体，发生体垂直于测量管道的轴向方向，发生体的上、下端与表体紧固连接；其结构特点是：

上述发生体的后端面上设置一矩形凹槽，在矩形凹槽的底部和四周设置有绝热材料，压电元件位于底部和四周均有绝热材料的矩形凹槽中，将矩形凹槽焊接密封；

上述信号增强体设置在发生体后面，相互间距离的大小、信号增强体的外形尺寸和发生体的外形尺寸均依据被测流量的大小、被测介质的黏度等具体情况通过计算而定。

上述发生体截面为梯形的柱体、三角形柱体或对称的多边形柱体。

本实用新型的原理：

如图1、图2、图3所示，按经典发生体设计方法，设计一个梯型发生体，发生体两端固定。在发生体后端面上开设一个矩形凹槽将矩形压电元件粘贴在矩形凹槽中。

当信号增强体与发生体的几何尺寸与距离选择合适时，流体流动时可产生强烈、稳定的卡曼涡街(如图4所示)。当旋涡从发生体两边交替分离时，在发生体两侧及后面产生的交变压力，该压力会使发生体后面的压电元件受到压力作用。而做为水平安装的涡街流量计，其振动方向为垂直方向，垂直振动对压电元件不能产生交变压力，只有流体流动产生的旋涡能在后面压电元件上产生交变压力。压电元件随着交变压力会产生周期性交变的电荷变化，通过测得压电元件电荷变化的频率，可测得流体的平均流速，而管道的振动，不能对压电元件产生交变压力，当然这些振动也不会在压电元件上产生电荷变化，本实用新型一体化结构用于检测旋涡的脉冲信号。从原理上讲，能完全消除振动噪声的影响，利用上述涡街流量传感器，测出旋涡在发生体上产生的交变的升力F_L；

$F_L=\frac{1}{2}{C}_L{\mathrm{\ρU}}^2---\left(1\right)$

f＝s_rU/md            (2)

$\frac{F_L}{f}=\frac{\mathrm{mdA}}{2}\frac{C_L}{S_r}\mathrm{\ρU}---\left(3\right)$

C_L-升力系数

m，d，A-与测量管径、发生体有关的几何参数；

S_r-斯特劳哈尔数(在精度保证区是近似常数)；

ρ-介质密度；

f-涡街流量计输出的旋涡频率；

U-流体流速

则只要测出旋涡频率和发生体受到的升力，从公式(3)可知：F_L/f之比与流体质量流量成正比，从而测得流体质量流量。

本实用新型设置一个圆柱形信号增强体，信号增强体的位置如图3所示，以增强旋涡对压电元件产生的压力，提高测量信号的灵敏度。

本实用新型的特点：

1、本实用新型的最大特点是发生体与信号检测探头合二而一为一体，不只是节约一部分原材料，更为重要的是改变了测量方式，增强了抗干扰的性能，提高了测量精度。

2、通过多批次重复实验证明，应用本实用新型进行流量测量抗振能力强，精度高，在最大流量、最小流量和常用量测量范围内性能稳定，可靠。

3、本实用新型结构简单，成本低廉，安全可靠。

本实用新型设计合理、构思巧妙、用料少、制作容易，使用方便，实用性很强，本实用新型适宜相关流体的测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构主视示意图。

图2是图1的A-A剖视示意图。

图3是图1的B-B剖视示意图。

图4是本实用新型涡街信号产生示意图。

具体实施方式

具有一体化抗振动结构的涡街流量计，包括表体4及装设在表体4内的发生体7和信号增强体1；表体4通过管道法兰5与测量管道8固定连接，所述发生体7截面为梯形的柱体，发生体7垂直于测量管道8的轴向方向，发生体7的上、下两端分别与表体4紧固连接；

上述发生体7的后端面上设置一矩形凹槽6，在矩形凹槽6的底部和四周设置有绝热材料9，压电元件2位于底部和四周均有绝热材料9的矩形凹槽6中，然后再将矩形凹槽6焊接密封。

压电元件2的两根信号引线分别焊接在压电元件2的正反面，由发生体7内引出，压电元件2的信号引线3外接涡街流量计转换器。压电元件2采用垂直表面应力极化方向的压电晶体。

上述信号增强体1设置在发生体7后面8～10mm处，相互间距离的大小、信号增强体1的外形尺寸和发生体7的外形尺寸均依据被测流量的大小、被测介质的黏度等具体情况通过计算而定。信号增强体1的作用以增强旋涡对压电元件2产生的压力。

因此，具有一体化抗振动结构的涡街流量计传感器，能精确检测出旋涡脉冲频率信号而没有垂直振动的噪声信号。

在实际应用中信号发生体及信号增强体1的形状，对本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.具有一体化抗振动结构的涡街流量计，包括表体(4)及装设在表体(4)内的发生体(7)和信号增强体(1)；所述表体(4)通过管道法兰(5)与测量管道(8)固定连接，发生体(7)垂直于测量管道(8)的轴向方向，发生体(7)的上、下两端分别与表体(4)紧固连接；其特征在于：

上述发生体(7)的后端面上设置一矩形凹槽(6)，在矩形凹槽(6)的底部和四周设置有绝热材料(9)，压电元件(2)位于底部和四周均有绝热材料(9)的矩形凹槽(6)中，将矩形凹槽(6)焊接密封；

上述信号增强体(1)设置在发生体(7)的后面。

2.根据权利要求1所述的具有一体化抗振动结构的涡街流量计，其特征在于：上述发生体(7)截面为梯形的柱体、三角形柱体或对称的多边形柱体。

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