CN2362103Y - 电容式探头涡街流量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测量管道内流动介质流量的电容式探头涡街流量传感器,它是将三角柱型(梯形柱型)或方柱型,或它们各自的复合式柱型旋涡发生体垂直于传感器壳体轴线焊接固定,在旋涡发生体后相隔一定距离,或在复合式柱型旋涡发生体中,平行对称悬臂式固定一个探头,在探头内腔装有用电极支架固装的两个金属固定电极,与探头筒间形成差动电容变换检测方式。这不仅使传感器具有突出的抗震性能,而且提高了被测介质的温度范围。

Description

电容式探头涡街流量传感器

本实用新型涉及一种用来测量管道内液体、气体和蒸汽等介质流量的传感器。

利用卡门涡街原理制成的涡街流量传感器，具有其它类型流量传感器所不能同时兼有的许多优点，越来越被人们所关注，涡街流量传感器问世以来，人们对它的检测方式及结构进行了不懈的努力和研究，使它在测量管道流体流量的广阔领域中发挥出前所未有的作用。而目前用来检测流体分离出旋涡的频率大多采用压电式机电变换方式，由于压电陶瓷元件是一种力敏元件，很容易受到除旋涡作用力以外的各种震动力的干扰影响，即抗震性能很差，在高温使用方面，由于受到压电陶瓷元件温度指标的限制，被测介质温度大都不超过250℃，不能进行高温检测。

本实用新型的目的是针对现有涡街流量传感器对抗震和高温高压测量存在的不足，提出一种新型的电容式探头涡街流量传感器，并使其具有抗流体冲击的性能。

本实用新型的目的是这样实现的：将三角柱型(梯形柱型)或方柱型，或它们各自的复合式柱型旋涡发生体1垂直固定于传感器管状壳体4内中轴线上，其固定方式用焊接，也可用紧固件紧固。当流体流过时，在其后产生卡门涡街。在旋涡发生体1A后(相对流体流动方向)相隔一定距离平行对称悬臂式固定一个探头2(见附图1)，探头2中心至三角柱型(或方柱型)旋涡发生体1A后表面距离为传感器管状壳体4内径的(0.10～0.35)倍，或在复合式柱型旋涡发生体1的1B中，平行对称悬臂式固定一个探头2(见附图2)，其位置如附图5中的h＝(0.10～0.35)D(其中D为管状壳体4的内径，以下同)，在探头2内腔装有用电极支架2B(见附图4)固装的两个金属固定电极2C₁、2C₂(见附图6)，与探头筒壁2A形成差动电容变换检测方式，探头筒壁2A为差动电容变换器的动电极，两个金属电极2C₁、2C₂为固定电极，金属固定电极2C₁、2C₂由电极支架2B固装，其电极支架2B由三段组成(见附图4)，2B₁段直径与探头筒2A紧密配合，起整个支架定位的作用，可以采用锥面体定位，也可以采用圆柱面定位，2B₂段直径为三段中最小的过渡部分，2B₃段带上高绝缘套2C，绝缘套2C外装或镀以金属膜固定电极2C₁、2C₂，与探头筒2A内壁间留有小间隙。复合式柱型旋涡发生体1既可以采用整体1A、1B复合(即整体长度与管状壳体内径相等)，也可以酌情将后部1B减半长或留多半长复合，将1B部分去掉即为非复合式，还可以采用非复合式，在探头2外部加保护套3，其目的都是为了保护探头2，使它免受管流不必要的冲击.探头2的截面形状有多种，固定电极2C₁、2C₂因为是将金属装或镀在绝缘套2C的外表面上，所以其形状是随绝缘套2C的变化而变化的；可以绝缘套2C与动电极2A均为圆形；绝缘套2C为圆形，动电极2A内壁为圆形，外壁为正方形，或外壁为两端圆弧中间直线连接形；绝缘套2C两端为圆弧中间直线连接形，动电极2A内壁相似绝缘套2C，外壁为矩形或也为两端圆弧中间直线连接形；绝缘套2C为正方形，动电极2A内外壁同为正方形，或动电极2A的内外壁同为两端圆弧中间直线连接形。探头2A和电极支架2B通过压盖6，或压盖6连同座圈5加密封用若干个沿圆周分布的螺钉8压紧在传感器壳体4上部平面12上，在平面12上用若干个沿圆周分布的螺钉9固定支杆座7，支杆10上支撑一个信号处理电路的壳体11，螺钉14起固紧作用，每个电容电极通过一根屏蔽电缆与安装在壳体11内的电容处理电路连接。导管13用来固定探头2变换器信号引出屏蔽电缆。壳体11内的电容信号处理电路主要由差动放大器、滤波器、电压(V)/频率(F)转换器、信号耦合器、信号放大电路及脉冲输出电路组成(见附图7)。探头2中心至非复合式三角柱型旋涡发生体1A或方柱型旋涡发生体1A后表面距离为传感器管状壳体4内径D的0.10～0.35倍，三角柱型旋涡发生体1A或方柱型旋涡发生体1A及其由它们组成的复合式旋涡发生体1截面尺寸与管状壳体4内径D的关系为：d＝(0.26～0.28)D，l＝(0.30～0.50)D，h＝(0.10～0.35) D，L＝(0.40～0.90) D，d′＝(0.24～0.28) D，l′＝(0.12～0.14)D，L′(0.30～0.50)D。

本实用新型的工作原理是：当流体以一定速度流过时，在旋涡发生体1A后便产生卡门涡街，两侧产生压力脉动，致使悬臂式安装在旋涡发生体1A后的探头筒壁2A感受到一个交变力的作用而脉动，这样，顺装在筒壁2A内的两个固定电极2C₁、2C₂与筒壁2A间便形成差动式电容变换，检测差动式电容的变化频率即得出旋涡的分离频率，采用对差动电容充、放电的形式采集信号变化量，进行放大，转换成频率信号，从而实现了对流量检测的目的。

本实用新型具有灵敏度高，抗震性能好，范围度大，测量下限低，精确度高，可以测量450℃高温流体的流量等优点，具有很好的市场应用前景。

图1为本实用新型纵剖面图

图2为本实用新型复合式柱型旋涡发生体纵剖面图

图3为本实用新型探头外加保护套的纵剖面图

图4为本实用新型探头原理结构图

图5为本实用新型几种旋涡发生体横截面图

图6为本实用新型几种探头横剖面图

图7为本实用新型电路原理方框图

实施例；本实用新型管状壳体内径为Ф80mm，外径为Ф125mm，圆环卡装式，上表面台为Ф75mm，三角柱旋涡发生体迎流面宽度为22.4mm，探头外径为Ф8.8mm，总长度为58mm，电极及支架总长为45mm。

Claims (2)

1.一种电容式探头涡街流量传感器，其特征在于：一个焊接固定的三角柱型(梯形柱型)或方柱型，或它们各自的复合式柱型旋涡发生体[1]垂直于传感器管状壳体[4]轴线，用来产生卡门涡街，在旋涡发生体[1A]后(相对流体流动方向)相隔一定距离，或在复合式柱型旋涡发生体[1]的[1B]中，平行对称悬臂式固定一个探头[2]，在探头[2]内腔装有用电极支架[2B]固装的两个金属固定电极[2C₁]、[2C₂]，与探头筒壁[2A]形成差动电容变换检测方式，探头筒壁[2A]为差动电容变换器的动电极，两个金属电极[2C₁]、[2C₂]为固定电极，金属固定电极[2C₁]、[2C₂]由电极支架[2B]固装，电极支架[2B]由三段组成，[2B₁]段直径与探头筒[2A]紧密配合，准确定位，可以采用锥体面定位，也可以采用圆柱面定位，[2B₂]段直径为三段中最小的过渡部分，[2B₃]段带上高绝缘套[2C]，绝缘套[2C]外装或镀以金属膜固定电极[2C₁]、[2C₂]，与探头筒[2A]内壁间留有小间隙，复合式柱型旋涡发生体[1]既可以采用整体[1A]、[1B]复合，也可以将全部[1B]减半长或留多半长复合，将[1B]去掉即为非复合式，还可以采用非复合式，在探头[2]外加保护套[3]，探头[2]的截面形状有多种，固定电极[2C₁]、[2C₂]的形状随绝缘套[2C]的变化而变化，绝缘套[2C]与动电极[2A]均为圆形，绝缘套[2C]为圆形，动电极[2A]内壁为圆形，外壁为正方形，或外壁为两端圆弧中间直线连接形；绝缘套[2C]两端为圆弧中间直线连接形，动电极[2A]内壁相似绝缘套[2C]，外壁为矩形或也为两端圆弧中间直线连接形；绝缘套[2C1为正方形，动电极[2A]内外壁同为正方形，或动电极[2A]内外壁同为两端圆弧中间直线连接形，探头[2A]和电极支架[2B]通过压盖[6]，或压盖[6]连同座圈[5]加密封用若干个沿圆周分布的螺钉[8]压紧在传感器壳体[4]上部平面[12]上，在平面[12]上用若干个沿圆周分布的螺钉[9]固定支杆座[7]，支杆[10]上支撑一个信号处理电路的壳体[11]，螺钉[14]起固紧作用，导管[13]用来固定探头[2]变换器信号引出屏蔽电缆。

2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：探头[2]中心至非复合式三角柱型旋涡发生体[1A]或方柱型旋涡发生体[1A]后表面距离为传感器管状壳体[4]内径D的0.10～0.35倍，三角柱型旋涡发生体[1A]或方柱型旋涡发生体[1A]及其由它们组成的复合式旋涡发生体[1]截面尺寸与管状壳体[4]内径D的关系为：d＝(0.26～0.28)D，l＝(0.30～0.50)D，h＝(0.10～0.35)D，L＝(0.40～0.90)D，d′＝(0.24～0.28)D，l′＝(0.12～0.14)D，L′＝(0.30～0.50)D。

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