CN205808487U - 一种用于多普勒流量仪表的传感器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，属于工业流体的流量测量技术领域。技术方案是：信号电缆（5）端部上的双绞线（7）连接多普勒谐振晶片（3）；信号电缆（5）及屏蔽网（6）通过锁紧器（4）锁紧在主体壳体（1），使得信号电缆的屏蔽网（6）与主体壳体（1）形成一个等电位的金属腔体结构；通过注胶螺钉开孔（9）向主体壳体（1）的腔体结构内灌注填充软体硅胶，填充2/3腔体结构，发射换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P‑8系列，接收换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P‑5系列。本实用新型的有益效果是：生产成本低廉、易于推广、传感器可以在复杂工况环境中，通过提高灵敏度方法使传感器稳定的工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，用于在工业两相流或多相流的流体测量中提高灵敏度，属于工业流体的流量测量技术领域。
背景技术
在工业两相流或多相流的流体测量中，例如：电厂、污水处理厂等，往往需要能够不停产不停水、在线安装超声波流量监测系统；但是，市场上的超声波监测系统大部分是测量单一纯净介质的时差法超声波流量仪表，由于流体的多相流特性，时差法超声波流量仪表很难满足要求。多普勒流量仪表适用于不停产不停水、在线安装，但是，背景技术的多普勒流量传感器大多灵敏度普遍不高，极易受周围环境的干扰。由于测量多相流介质的厂矿车间，大多使用变频节能设备，以及重型启动设备，现场的流量测量管道周围，存在着强电、弱电、静电等不同程度的干扰。由于受现场诸多以上因素的影响，影响了多普勒流量传感器测量精度，致使流量监测系统在调试生产过程中经常误动作。如果多普勒流量传感器参数选择不当，流体料浆在输送过程中易发生堵管、电机误停等诸多问题，给现场生产带来一定的损失。因此，现场迫切需要一种高灵敏度的多普勒流量仪表，而超声传感器是多普勒流量仪表中的重要组成部分，超声传感器的性能对超声检测的结果有着重要的影响，为了保证检测结果的一致性和可靠性，灵敏度特性是一个重要的特性参数。
实用新型内容
本实用新型目的是提供一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，设备简单、易于操作，具有抗噪声强、灵敏度高的特点，适合复杂工况的现场使用，解决背景技术中存在的上述问题。
本实用新型的技术方案是：
一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，由两个结构相同的换能器构成，换能器包含主体壳体、声楔、多普勒谐振晶片、锁紧器、信号电缆、屏蔽网、双绞线、屏蔽紧固螺钉和注胶螺钉开孔，主体壳体为金属腔体结构，内设声楔，主体壳体上设有锁紧孔、紧固螺钉孔和注胶螺钉开孔，声楔上设有多普勒谐振晶片；信号电缆上设有屏蔽网，通过锁紧孔穿入主体壳体内，信号电缆端部上的双绞线连接多普勒谐振晶片；紧固螺钉孔内的屏蔽紧固螺钉压紧在信号电缆的屏蔽网，屏蔽紧固螺钉与屏蔽网紧密接触连接，信号电缆及屏蔽网通过锁紧器锁紧在主体壳体，信号电缆的屏蔽网与主体壳体形成一个等电位的金属腔体结构；主体壳体的腔体结构内灌注填充软体硅胶，填充2/3腔体结构。
所述两个换能器，一个为发射换能器，一个为接收换能器，相互匹配；发射换能器与接收换能器上的多普勒谐振晶片型号不同，发射换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-8系列，接收换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-5系列。
所述压电陶瓷晶片P-8系列: 发射型，机械品质因数Qm达1000，发射功率大，内部摩擦能量损失小；机械振幅的激励响应较大，因而提高了现场流体反射的多普勒信号的回波强度，提高信号的信噪比。陶瓷晶片P-8系列尤其适用于现场工况复杂环境。
所述压电陶瓷晶片P-5系列: 接收型，具有高机电耦合系数、高压电应变常数和高电阻率，机电参数具有优异的时间稳定性和温度稳定性。机械振幅的激励有较宽的频带和高的灵敏度及分辨率。由于接收的多普勒信号相对于发射信号已经发生多普勒频移（频差），压电陶瓷晶片P-5系列正好具有较宽的频带，有利于信号接收。
所述多普勒谐振晶片选用小于1MHZ的发射频率；声楔选用航空聚砜材料，所述声楔上面设有带有倾斜角度的斜面，多普勒谐振晶片设置在斜面上。
所述锁紧器为锁紧螺母，设有外螺纹，锁紧孔上设有内螺纹，锁紧器通过螺纹匹配锁紧孔。
本实用新型的传感器结构，具有如下四个创新点。
第一，传感器的换能器（探头）有别于背景技术的多普勒超声波传感器，背景技术的发射多普勒超声波探头与接收多普勒超声波探头均使用同一型号的压电陶瓷晶片，致使内部损耗大，发射效率不高。本实用新型发射换能器与接收换能器上的多普勒谐振晶片型号不同，发射换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-8系列，具有较大的输出功率和较高的能量转换效率；接收换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-5系列,具有较宽的频带和高的灵敏度及分辨率。
第二，等电位的金属腔体设计，背景技术使用PVC壳体，没有等电位腔体的构造；使用的信号电缆，其屏蔽网通过紧固屏蔽紧固螺钉压紧，通过锁紧器锁紧，使得信号电缆的屏蔽网与主体壳体形成一个等电位的金属腔体，结构稳定可靠，腔体之中的多普勒谐振晶片可以免受周围现场复杂工况的影响；而信号电缆内部的双绞线分别连接多普勒谐振晶片的正负两极，由于采用信号电缆的双绞线连接，使得现场布线过程中，综合利用了双绞线的平衡原理及屏蔽层的屏蔽作用,因而具有非常好的抗电磁干扰和抗电磁辐射功能。
第三，全新设计的低发射频率多普勒谐振晶片。结合水声学的传导及吸声最佳匹配原理，多普勒谐振晶片选用小于1MHZ的发射频率，适于在多相流流体中传播。这样多普勒超声波遇到流体中的杂质衰减较少（频率越高信号衰减越大），从而有利于多普勒谐振晶片的接收效率。声楔选用聚砜材料，可以耐高温。同时声楔设计成斜角平面，利于声波的发射和接收。
第四，全新设计的软填充吸波2/3腔体。为了防止超声波在主体壳体的腔体之中辐射波干扰发射与接收的效率，在多普勒谐振晶片的负极面，通过注胶螺钉开孔灌注填充软体硅胶以吸收腔体内部回波， 填充2/3腔体，不是填满，防止超声波回波振荡。
本实用新型的有益效果是：生产成本低廉、易于推广、传感器可以在复杂工况环境中，通过提高灵敏度方法使传感器稳定的工作。
附图说明
图1为本实用新型实施例传感器结构示意图；
图中：主体壳体1、声楔2、多普勒谐振晶片3、锁紧器4、专用信号电缆5、屏蔽网6、双绞线7、屏蔽紧固螺钉8、注胶螺钉开孔9。
具体实施方式
以下结合附图，通过实例对本实用新型作进一步说明。
一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，由两个结构相同的换能器构成，换能器包含主体壳体1、声楔2、多普勒谐振晶片3、锁紧器4、信号电缆5、屏蔽网6、双绞线7、屏蔽紧固螺钉8和注胶螺钉开孔9，主体壳体1为金属腔体结构，内设声楔2，主体壳体1上设有锁紧孔、紧固螺钉孔和注胶螺钉开孔9，声楔2上设有多普勒谐振晶片3；信号电缆5上设有屏蔽网6，通过锁紧孔穿入主体壳体1内，信号电缆5端部上的双绞线7连接多普勒谐振晶片3；紧固螺钉孔内的屏蔽紧固螺钉8压紧在信号电缆5的屏蔽网6，屏蔽紧固螺钉与屏蔽网紧密接触连接，信号电缆5及屏蔽网6通过锁紧器4锁紧在主体壳体1，使得信号电缆的屏蔽网6与主体壳体1形成一个等电位的金属腔体结构；通过注胶螺钉开孔9向主体壳体1的腔体结构内灌注填充软体硅胶，填充2/3腔体结构，不填满；灌注填充软体硅胶后，通过螺钉封闭注胶螺钉开孔9；
所述两个换能器，一个为发射换能器，一个为接收换能器，相互匹配；发射换能器与接收换能器上的多普勒谐振晶片型号不同，发射换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-8系列，接收换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-5系列。
所述压电陶瓷晶片P-8系列: 发射型，机械品质因数Qm达1000，发射功率大，内部摩擦能量损失小；机械振幅的激励响应较大，因而提高了现场流体反射的多普勒信号的回波强度，提高信号的信噪比。陶瓷晶片P-8系列尤其适用于现场工况复杂环境。
所述压电陶瓷晶片P-5系列: 接收型，具有高机电耦合系数、高压电应变常数和高电阻率，机电参数具有优异的时间稳定性和温度稳定性。机械振幅的激励有较宽的频带和高的灵敏度及分辨率。由于接收的多普勒信号相对于发射信号已经发生多普勒频移（频差），压电陶瓷晶片P-5系列正好具有较宽的频带，有利于信号接收。
所述多普勒谐振晶片3选用小于1MHZ的发射频率；声楔2选用航空聚砜材料，同时声楔2设计成斜角平面，也就是声楔2上面设有带有倾斜角度的斜面，多普勒谐振晶片3设置在斜面上。
所述锁紧器为锁紧螺母，设有外螺纹，锁紧孔上设有内螺纹，通过螺纹匹配锁紧。
本实用新型多普勒谐振晶片3采用了锆钛酸铅(PZT) 压电陶瓷晶片，主体壳体1背向流体的声腔采用吸声材料，符合声学吸声最佳匹配方式，避免了传统换能器灵敏度低的问题。
Claims (4)
1.一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，其特征在于：由两个结构相同的换能器构成，换能器包含主体壳体（1）、声楔（2）、多普勒谐振晶片（3）、锁紧器（4）、信号电缆（5）、屏蔽网（6）、双绞线（7）、屏蔽紧固螺钉（8）和注胶螺钉开孔（9），主体壳体（1）为金属腔体结构，内设声楔（2），主体壳体（1）上设有锁紧孔、紧固螺钉孔和注胶螺钉开孔（9），声楔（2）上设有多普勒谐振晶片（3）；信号电缆（5）上设有屏蔽网（6），通过锁紧孔穿入主体壳体（1）内，信号电缆（5）端部上的双绞线（7）连接多普勒谐振晶片（3）；紧固螺钉孔内的屏蔽紧固螺钉（8）压紧在信号电缆（5）的屏蔽网（6），屏蔽紧固螺钉与屏蔽网紧密接触连接，信号电缆（5）及屏蔽网（6）通过锁紧器（4）锁紧在主体壳体（1），信号电缆的屏蔽网（6）与主体壳体（1）形成一个等电位的金属腔体结构；主体壳体（1）的腔体结构内灌注填充软体硅胶，填充2/3腔体结构。
2.根据权利要求1所述的一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，其特征在于：所述两个换能器，一个为发射换能器，一个为接收换能器，相互匹配；发射换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-8系列，接收换能器上的多普勒谐振晶片为压电陶瓷晶片P-5系列。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，其特征在于：所述声楔（2）上面设有带有倾斜角度的斜面，多普勒谐振晶片（3）设置在斜面上。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于多普勒流量仪表的传感器结构，其特征在于：所述锁紧器为锁紧螺母，设有外螺纹，锁紧孔上设有内螺纹，锁紧器通过螺纹匹配锁紧孔。
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