CN202041233U - 一种无反馈通道的射流流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无反馈通道的射流流量计，包括射流振荡器、基底、顶盖；射流振荡器内设有相互连通的引流槽、喷嘴和带有ω形固定阻流体的振荡腔，引流槽延伸至振荡腔内，喷嘴与引流槽的末端连通，阻流体位于振荡腔内且阻流体的凹面与喷嘴开口相对；顶盖开有圆孔形入口和圆孔形出口，入口与引流槽前端连通，出口与振荡腔连通。本实用新型射流流量计采用带有ω形固定阻流体的矩形振荡腔，利用在第一振荡涡室和第二振荡涡室内交替产生的射流漩涡使射流稳定的周期振荡，相比现有技术具有更低的流量测量下限，并能够在阻流臂内侧壁产生稳定、较强的振荡信号，具有较好的信噪比。

Description

一种无反馈通道的射流流量计

技术领域

本实用新型涉及一种射流流量计，具体涉及一种无反馈通道的射流振荡器。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，市场需要廉价、稳定性和重复性良好的流量传感器，射流流量传感器在一定程度上大大满足了市场的要求。近年来，射流流量计正逐步被用作家用煤气表和家用水表，且应用范围和影响不断扩大，可以预见，射流流量计在民用业上有着很好的应用前景。然而，国内对射流流量计的研究较少，开展对新型射流流量计的研究特别是用于对微流量进行测量的微尺度射流流量计的研究具有重要意义。

目前的射流流量计多采用带反馈通道的射流流量计，它包括壳体、两个顺流件、两个反馈通道、信号检测元件及检测电路，射流流量计在壳体内设置两块对称的顺流件，当主射流从喷嘴射入时，由于附壁效应会任意依附在两个顺流件中的一个，且主射流的一部分流束进入相应的反馈通道，反馈流体作用于主射流，使之切换并依附另一个顺流件，开始了另一个反馈循环。如此循环往复产生流体振荡，通过检测电信号频率而获得流体振荡频率，从而间接得流体的流速与流量。这种射流流量计无机械可动部件，抗干扰能力好，不受外界环境的影响，在一定的场合具有一定的优势。但是由于采用带反馈通道的结构，在加工制作和应用领域方面存在不足，主要体现在以下三个方面：

（1）带反馈通道的射流流量计有高深宽比要求。射流流量计是在较宽的流体流速范围内，斯特劳哈数基本恒定，射流流量计中流体的振荡频率与流速呈一定比例来获得流体的体积流量。对于带反馈通道的射流流量计，当射流喷嘴的深宽比过低时，射流的自由表面面积减小到不能提供足够动力使流量计中的流体振荡。尤其在微系统中，某些加工材料和加工工艺并不能满足高深宽比的设计要求，极大的限制了流量计在微系统中的应用领域。

（2）不适合用于微系统中检测微流量，对于微系统，带反馈通道的射流流量计内部的不规则结构相对来说比较复杂，对加工的材料和加工技术要求比较高，不便于加工制造，以致制造成本比较昂贵。

（3）相对于主射流，反馈通道内压力信号的强度比较弱，因为反馈通道内的流体是主射流的一小部分流束，检测到的信号不明显，容易受到外界干扰，信噪比较低。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无反馈通道的射流流量计，以用于宏观尺度或微观尺度下的流体流量的测量。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种无反馈通道的射流流量计，包括从上至下设置的顶盖、射流振荡器和基底。射流振荡器内设有引流槽、喷嘴和带有ω形固定阻流体的矩形振荡腔；所述的引流槽、喷嘴和矩形振荡腔相互连通；引流槽通过喷嘴与振荡腔连通，阻流体位于振荡腔内且阻流体的凹面与喷嘴的开口相对，阻流体的凹面内设置有流体振荡传感器；所述的顶盖开有圆孔形入口和圆孔形出口，入口与引流槽前端连通，出口与振荡腔连通。

进一步地说，所述ω形的阻流体包括分流尖、L形第一阻流臂、L形第二阻流臂；分流尖位于喷嘴的中轴线上且分流尖与喷嘴开口正对；第一阻流臂和第二阻流臂分别位于分流尖两侧且以喷嘴的中轴线为对称轴呈对称设置；第一阻流臂的一端与分流尖的一侧连接，第二阻流臂的一端与分流尖的另一侧连接；第一阻流臂与分流尖半包围形成第一振荡涡室，第二阻流臂与分流尖半包围形成第二振荡涡室；所述的流体振荡传感器分别设置在第一阻流臂和第二阻流臂内侧壁。

更进一步地说，所述入口的中心线、出口的中心线与喷嘴的中轴线处于同一平面内，入口的直径与引流槽的宽度相等，出口的中心线位于阻流体的后方，出口直径为入口直径的1.2～1.5倍。

与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

1）本实用新型射流流量计采用带有ω形固定阻流体的矩形振荡腔，利用在第一振荡涡室和第二振荡涡室内交替产生的射流漩涡使射流稳定的周期振荡，相比现有技术具有更低的流量测量下限；

2）本实用新型射流流量计的流体振荡传感器安装于ω形固定阻流体的阻流臂内侧壁，射流直接交替作用于第一阻流臂和第二阻流臂，能够在阻流臂内侧壁产生稳定、较强的振荡信号，具有较好的信噪比；

3）本实用新型射流流量计结构简单、无可动部件、没有严格的深宽比要求，便于各种尺寸尤其是微尺寸下的加工和制作，特别适合用于微电子机械（MEMS）系统的微小流量测量。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1中沿A-A线的剖视图。

图3是本实用新型第一种实施例的分解示意图。

图4是本实用新型第二种实施例的分解示意图。

图中：1.射流振荡器，2.入口，3.引流槽，4.喷嘴，5.阻流体，50.分流尖，51.第一阻流臂，52.第二阻流臂，53.第一振荡涡室，54.第二振荡涡室，55.流体振荡传感器，6.振荡腔，7.出口，8.顶盖，9.基底。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示，本实用新型提供一种无反馈通道的射流流量计，它包括：

1）射流振荡器1、基底9、顶盖8；射流振荡器1内设有引流槽3、喷嘴4和带有ω形固定阻流体5的矩形振荡腔6，引流槽3、喷嘴4和矩形振荡腔6相互连通；喷嘴4为渐缩喷嘴，喷嘴4与引流槽3光滑连接。引流槽3、喷嘴4、阻流体5以及振荡腔6的中轴线重合，引流槽3、喷嘴4、振荡腔6的深度与阻流体5的高度相同；引流槽3延伸至振荡腔6内，引流槽3与喷嘴4连通，喷嘴4与振荡腔6连通；阻流体5位于振荡腔6内且阻流体5的凹面与喷嘴4的开口相对；顶盖8开有圆孔形入口2和圆孔形出口7，入口2与引流槽3前端连通，出口7与振荡腔连通；阻流体5与基底9固定连接，射流振荡器1分别与基底9和顶盖8密封连接。

2）ω形的阻流体5包括分流尖50、L形第一阻流臂51、L形第二阻流臂52；分流尖50位于喷嘴4的中轴线上且分流尖50与喷嘴4开口正对；第一阻流臂51和第二阻流臂52分别位于分流尖50两侧且第一阻流臂51和第二阻流臂52分别与分流尖50相连；第一阻流臂51与分流尖50半包围形成第一振荡涡室53，第二阻流臂51与分流尖50半包围形成第二振荡涡室53；第一振荡涡室53、第二振荡涡室54以及振荡腔6之间相互连通；第一阻流臂51和第二阻流臂52内侧壁安装有感测流体振荡频率的流体振荡传感器55。

3）入口2的中心线、出口7的中心线与喷嘴4的中轴线处于同一平面内，入口2的直径与引流槽3的宽度相等，出口7的中心线位于阻流体5的后方，出口7直径为入口2直径的1.2～1.5倍。

当测量流体时，本实用新型无反馈通道的射流流量计安装在待测流体的管路中，流体经过顶盖8上的入口2垂直进入射流振荡器1的引流槽3中，然后流体经喷嘴4射入振荡腔6；进入振荡腔6的主射流被分流尖50分为两股射流，两股射流分别进入第一振荡涡室53和第二振荡涡室54，两股射流随后受到L形第一阻流臂51和L形第二阻流臂52的作用分别在第一振荡涡室53和第二振荡涡室54形成与主射流反向的两股射流；主射流与两股反向的射流形成对流，对流的不稳定性会引起主射流的轻微偏转，且偏转方向是随机的（假设主射流首先朝第二阻流臂52方向偏转），进入第一振荡涡室53的一股射流逐渐减小并且在分流尖50的作用下在第一振荡涡室53形成逆时针旋转的漩涡，随着漩涡的增大主射流的偏转逐渐加剧；当主射流偏转至第二阻流臂52末端的凸起时，漩涡同时受到第二阻流臂52末端的凸起和分流尖50的干扰逐渐消失，这时主射流开始朝相反方向偏转；当主射流反向偏转返回至分流尖50附近时，在第二振荡涡室54开始形成顺时针旋转漩涡，在漩涡的推动下主射流继续偏转，逐渐偏转至第一阻流臂51末端的凸起……如此循环往复，主射流在第一阻流臂51和第二阻流臂52之间来回振荡，第一阻流臂51和第二阻流臂52内侧壁上周期变化的压力信号被安装在第一阻流臂51和第二阻流臂52内侧壁的流体振荡传感器55所接受，从而得到射流振荡的频率                                               

。

射流振荡的频率

与流量计喷嘴处的流体流速

呈如下线性关系：

         (1)

其中，

为斯特劳哈数，

为特征长度（可取喷嘴4的宽度作为特征长度）。

设喷嘴4的高度为

，管道流量为

，则有：

         (2)

本实用新型射流流量计的仪表系数

为：

            (3)

将(1)和(2)代入(3)得：

            (3)

对于给定结构尺寸的本实用新型射流流量计，斯特劳哈数、喷嘴4的高度

以及喷嘴4的宽度

都是可以确定的，因此本实用新型射流流量计的仪表系数

也是可以确定的。

实施例1：

对于管道直径为30mm的流量测量，本例采用如图3所示结构加工本实用新型无反馈通道的射流流量计。以铝作为材料，利用精密线切割技术在射流振荡器1上加工出镂空的引流槽3（引流槽宽度为30mm）、喷嘴4以及振荡腔6，切割出相同厚度ω形阻流体5并在第一阻流臂51和第二阻流臂52内侧壁安装片式压电晶体传感器作为流体振荡传感器55，以及在铝制顶盖8上加工出直径为30mm的通孔作为入口2、40mm的通孔作为出口7以及相应的压电晶体传感器的引线通道。阻流体5焊接在同为铝制材料的基底9上，并用密封垫圈和螺钉依次将射流振荡器1和顶盖8密封固定在基底9上。

实施例2：

对于管道直径为500μm的微通道流量测量，本例采用如图4所示结构加工本实用新型无反馈通道的微射流流量计，与实施例1不同的是本例射流振荡器1直接加工在基底9内部。以硅片作为材料，利用硅的湿法刻蚀技术在基底9上加工出射流振荡器1的结构，具体加工工艺流程为：在基底9的上表面生长SiO₂掩蔽层，涂光刻胶，光刻，显影，腐蚀SiO₂，湿法腐蚀硅，最后去除SiO₂掩蔽层。将压阻式压力传感器通过键合技术安装在第一阻流臂51和第二阻流臂52内侧壁作为流体振荡传感器55，并利用集成电路技术加工出压阻式压力传感器的引线。用打孔机在硅片顶盖8上加工出500μm的通孔作为入口2、600μm的通孔作为出口7。最后通过键合技术将硅片顶盖8与加工有射流振荡器1的基底9封接。

Claims (3)

1.一种无反馈通道的射流流量计，包括从上至下设置的顶盖（8）、射流振荡器（1）和基底（9），其特征在于：射流振荡器（1）内设有引流槽（3）、喷嘴（4）和带有ω形固定阻流体（5）的矩形振荡腔（6）；所述的引流槽（3）、喷嘴（4）和矩形振荡腔（6）相互连通；引流槽（3）通过喷嘴（4）与振荡腔（6）连通，阻流体（5）位于振荡腔（6）内且阻流体（5）的凹面与喷嘴（4）的开口相对，阻流体（5）的凹面内设置有流体振荡传感器（55）；所述的顶盖（8）开有圆孔形入口（2）和圆孔形出口（7），入口（2）与引流槽（3）前端连通，出口（7）与振荡腔连通。

2.根据权利要求1所述的无反馈通道的射流流量计，其特征在于：所述ω形的阻流体（5）包括分流尖（50）、L形第一阻流臂（51）、L形第二阻流臂（52）；

分流尖（50）位于喷嘴（4）的中轴线上且分流尖（50）与喷嘴（4）开口正对；

第一阻流臂（51）和第二阻流臂（52）分别位于分流尖（50）两侧且以喷嘴（4）的中轴线为对称轴呈对称设置；第一阻流臂（51）的一端与分流尖（50）的一侧连接，第二阻流臂（52）的一端与分流尖（50）的另一侧连接；

第一阻流臂（51）与分流尖（50）半包围形成第一振荡涡室（53），第二阻流臂（51）与分流尖（50）半包围形成第二振荡涡室（53）；

所述的流体振荡传感器（55）分别设置在第一阻流臂（51）和第二阻流臂（52）内侧壁。

3.根据权利要求1所述的无反馈通道的射流流量计，其特征在于：所述入口（2）的中心线、出口（7）的中心线与喷嘴（4）的中轴线处于同一平面内，入口（2）的直径与引流槽（3）的宽度相等，出口（7）的中心线位于阻流体（5）的后方，出口（7）直径为入口（2）直径的1.2～1.5倍。

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