專利名稱：具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是渦街流量計儀表，具體的是具有抗振的結(jié)構(gòu)形式，能減小或消除 振動噪聲的渦街流量計傳感器。
背景技術(shù)：
渦街流量計是利用測量管道中流體在發(fā)生體兩側(cè)分離出的卡曼渦街，而渦街旋渦 頻率與流速成正比，通過測量傳感器輸出信號的頻率來測量流體流速的。在渦街流量計的 發(fā)展中，振動問題、電磁干擾問題、測量下限問題是阻礙渦街流量計發(fā)展、應(yīng)用的主要因素。在各種檢測渦街頻率信號方式中，以應(yīng)力式渦街流量計對測量流體和工藝條件的 適應(yīng)性最強，其應(yīng)用最為廣泛，而對應(yīng)力式渦街流量計，振動問題更顯得尤為突出，可以說 解決振動問題是應(yīng)力式渦街流量計，乃至所有渦街流量計的關(guān)鍵技術(shù)所在。目前應(yīng)力式渦街流量計普遍采用壓電陶瓷做為應(yīng)力的檢測元件。應(yīng)用它可檢測壓 力、加速度、振動等。由此可見，如何從根本減小或消除振動的干擾，是渦街流量檢測中的核 心技術(shù)。目前，國內(nèi)外專家、學(xué)者、制造商提出了許多解決振動問題的方法。如采用簡支梁結(jié)構(gòu)，將壓電陶瓷貼在振動彎矩零點處。但這里存在著由于生產(chǎn)加工 和使用中發(fā)生體的沾污等因素，使振動彎矩零點偏移而不能很好地解決振動問題。采用一體型懸臂梁防振結(jié)構(gòu)。即在測量探頭伸入管道部分和引出部分各貼兩片壓 電元件，用測量探頭引出部分的壓電元件受到振動產(chǎn)生的形變，來補償測量管道中壓電元 件有振動產(chǎn)生的形變。但這種方法，由于管道內(nèi)壓電元件和管道外引出部分的壓電元件所 處的流體狀態(tài)不同、管道內(nèi)外部分的形狀、質(zhì)量不同，而不可能對振動引起的干擾噪聲進行 很好的補償。采用雙探頭檢測結(jié)構(gòu)，這種檢測方法由于前后兩個探頭上的壓電元件壓電特性、 溫度特性不可能完全相同，且由于前后兩個探頭處旋渦相位差不可能是準確的180度，所 以不能完全抵消由振動產(chǎn)生的噪聲。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前使用的應(yīng)力式渦街流量計抗振性能較差，而提供一種從 理論和實際應(yīng)用角度來講可極大限度地解決其振動噪聲問題，提高流量信號信噪比的具 有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，包括表體及裝設(shè)在表體內(nèi)的渦街發(fā)生體、彈性膜 片、引出體和信號檢測探頭；表體通過管道法蘭與測量管道固定連接，所述渦街發(fā)生體為三 角柱體、梯型柱體或T型幾何形狀結(jié)構(gòu)，渦街發(fā)生體垂直于測量管道的軸向方向，發(fā)生體的 上、下兩端分別與表體緊固連接；其特征在于上述信號檢測探頭位于渦街發(fā)生體的后面，信號檢測探頭的下端固定裝設(shè)在一探頭軸上，探頭軸的軸線與信號檢測探頭的軸線同心，探頭軸的軸線與測量管道的軸線垂直， 探頭軸的下端與表體通過可轉(zhuǎn)動的滑體支撐聯(lián)接；信號檢測探頭的上端設(shè)置一個楔形槽，楔形槽內(nèi)裝設(shè)有絕熱材料，絕熱材料的上 面設(shè)置有引出體，引出體的下端具有凸形楔，凸形楔裝設(shè)在具有絕熱材料的楔形槽內(nèi)，迎對 流體U方向的引出體的平面上對稱地粘貼性能完全對稱、材質(zhì)相同的一號壓電元件和二號 壓電元件，一號、二號壓電元件的信號引線外接渦街流量計轉(zhuǎn)換器。上述彈性膜片為喇叭口形，彈性膜片的上口外緣與表體上口法蘭內(nèi)沿固定連接， 彈性膜片的下口內(nèi)緣與信號檢測探頭的中部固定連接。上述信號檢測探頭可為菱形體、或其他對稱的多棱體。上述信號檢測探頭的軸線與測量管道的軸線垂直。本發(fā)明的原理本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)上的設(shè)計，使得振動噪聲所引起的壓電元件電荷的變化可相互抵 消，檢測出壓電元件的電荷變化完全是由流體而產(chǎn)生的真實流量信號。抗振動原理當流體在管道中流動時，在渦街發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生交替的旋渦，使信號 檢測探頭左右交替擺動，擺動的頻率即是旋渦脈沖的頻率。而左右擺動在信號檢測探頭引 出體一側(cè)產(chǎn)生壓縮應(yīng)力YSL，在引出體另一側(cè)產(chǎn)生拉伸應(yīng)力LSL從而在引出體平面上產(chǎn)生 轉(zhuǎn)動力矩(如圖6所示)，進而會在一、二號壓電元件上產(chǎn)生周期性交變的極性相反的電荷 +QH和-QH變化(如圖7所示)，通過測得一、二號壓電元件間電荷變化的頻率，便可推算出 流體的平均流速，而不管是水平振動還是垂直振動，都不能產(chǎn)生扭矩，這些振動都只是在壓 電元件上產(chǎn)生極性相同的電荷變化(如圖8所示)，其電荷差為0。因而，也不會引起一、二 號壓電元件上極性相反的電荷變化。取兩個壓電元件上電荷的差值(如圖7所示)，用于檢 測旋渦的脈沖信號。從原理上講，能完全消除振動噪聲的影響。檢測體積流量原理當信號檢測探頭與渦街發(fā)生體的幾何尺寸與距離選擇合適 時，流體流動時在渦街發(fā)生體后可產(chǎn)生強烈、穩(wěn)定的卡曼渦街。當旋渦從渦街發(fā)生體兩邊交 替分離時，在渦街發(fā)生體兩側(cè)產(chǎn)生的交變壓力差，會使后面的信號檢測探頭受到一種轉(zhuǎn)動 力矩作用，引起引出體上兩個壓電元件極性相反的電荷變化，通過檢測兩個壓電元件的電 荷變化，從而測出旋渦的脈沖信號頻率，推算出流體的流速和流量。而做為水平、垂直安裝 的渦街流量計，其振動方向為水平方向或垂直方向，水平振動對信號檢測探頭不能產(chǎn)生轉(zhuǎn) 動力矩，垂直振動對信號檢測探頭也不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，只有流體流動產(chǎn)生的旋渦能在后 面的探頭上產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩。檢測質(zhì)量流量原理利用上述渦街流量傳感器，測出旋渦在渦街發(fā)生體上產(chǎn)生的 交變的升力FL，
權(quán)利要求
具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，包括表體(2)及裝設(shè)在表體(2)內(nèi)的發(fā)生體(3)、彈性膜片(4)、引出體(5)和信號檢測探頭(14)；表體(2)通過管道法蘭(13)與測量管道(12)固定連接，所述發(fā)生體(3)為三角柱體、梯型柱體或T型幾何形狀結(jié)構(gòu)，發(fā)生體(3)垂直于測量管道(12)的軸向方向，發(fā)生體(3)的上、下兩端分別與表體緊固連接；其特征在于上述信號檢測探頭(14)位于發(fā)生體(3)的后面，信號檢測探頭(14)固定裝設(shè)在一探頭軸(15)上，探頭軸(15)的軸線與信號檢測探頭(14)的軸線同心，探頭軸(15)的軸線與測量管道(12)的軸線垂直，探頭軸(15)的下端與表體(2)通過可轉(zhuǎn)動的滑體(1)支撐聯(lián)接；信號檢測探頭(14)的上端設(shè)置一個楔形槽(6)，楔形槽(6)內(nèi)裝設(shè)有絕熱材料(7)，絕熱材料(7)的上面設(shè)置有引出體(5)，引出體(5)的下端具有凸形楔，凸形楔裝設(shè)在具有絕熱材料(7)的楔形槽(6)內(nèi)，迎對流體U方向的引出體(5)的平面上對稱地粘貼性能完全對稱、材質(zhì)相同的一號壓電元件(9)和二號壓電元件(10)，一號、二號壓電元件(9)、(10)的信號引線(8)外接渦街流量計轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，其特征在于上述彈性膜片 ⑷為喇叭口形，彈性膜片⑷的上口外緣與表體上口法蘭(11)內(nèi)沿固定連接，彈性膜片 (4)的下口內(nèi)緣與信號檢測探頭(14)的中部固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，其特征在于上述信號檢測 探頭(14)為菱形體、三角形體或其他對稱的多棱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，其特征在于上述探頭軸 (15)的軸線與測量管道(12)的軸線垂直。
全文摘要
具有抗振動結(jié)構(gòu)的渦街流量計，信號檢測探頭位于渦街發(fā)生體的后面，其下端固定裝設(shè)在一探頭軸上，信號檢測探頭的上端與圓形彈性膜片固定連接，信號檢測探頭的上端設(shè)置楔形槽，內(nèi)裝設(shè)有絕熱材料，絕熱材料上面設(shè)置有引出體，引出體下端具有凸形楔且裝設(shè)在具有絕熱材料的楔形槽內(nèi)，信號檢測探頭引出體的平面上對稱地粘貼兩個壓電元件。本發(fā)明設(shè)計合理、構(gòu)思巧妙、用料少、制作容易，使用方便，實用性很強，本發(fā)明適宜相關(guān)流體的測量。
文檔編號G01F1/32GK101995272SQ20091001354
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月28日
發(fā)明者劉克金 申請人:沈陽蘭申電器有限公司
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