[發明專利]一種外置型應力式渦街傳感器

有效

• 申請號: 201110211626.3
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102288230A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 唐賢昭
• 申請（專利權）人: 江蘇偉屹電子有限公司
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 宜興市天宇知識產權事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 李妙英

技術領域

本發明屬流體測量設備技術領域，尤其是指一種能夠抗振動干擾，提高壽命及穩定性的用于渦街流量計中的外置型應力式渦街傳感器。

背景技術

目前，傳統的采用片狀壓電晶體和晶體支撐架正反面固化膠粘結的渦街感應器，無法同時兼顧小流量的高靈敏度與大流量高頻率的高強度結構，故無法兼顧實現對于高流量和低流量的檢測。另有中國發明專利（審定號CN1004834B）涉及的寬溫壓電渦街流量計，具有一個管狀表體，在漩渦發生體位于表體管外的端面中心處，沿漩渦發生體縱軸方向作有一個與表體管內流體不相通的孔穴，其中裝有埋裝件，埋裝件包括自下而上疊壓的壓電元件、絕緣隔離片和溫度補償片。最上面一個埋裝件上緊壓著一塊柱狀質量塊，它的柱面與孔穴的直臂形內壁用粘結膠成套式粘結，致使柱狀質量塊與漩渦發生體之間構成整體固裝?？籽ㄐ杈哂幸粋€足夠平潔的埋裝平底，各埋裝件的兩個互相平行的承壓接觸平面也均需要有足夠的光潔度，柱狀質量塊與埋裝件接觸的端平面也應該是光潔的，能夠保證各零部件之間能貼緊。這種整體固裝結構和半自由埋裝工藝具有很寬的溫度耐受力，能夠獲得很高的溫度上限，耐受較大溫度變化的沖擊，但是對零部件的加工精度要求極高，需要足夠平潔的接觸表面，且靠柱狀質量塊自身重力加壓導致預應力不足，使用過程中壓電晶體易撕裂損壞，導致壓電晶體壽命短。

發明內容

本發明克服了上述傳統渦街感應器的不足，提供了一種外置型應力式渦街傳感器，對零部件加工精度要求極低，能夠有效提升共振頻率和振動干擾下的信噪比，保證高流速下的結構安全、低流速下的靈敏度、大溫差下的可靠性和穩定性，提高了抗震能力，擴展了測量范圍，且大大增加了傳感器的壽命。主要創新在于傳感器的外殼設計為從圓柱到圓錐再到片狀的中空平滑過度體結構，傳感器的內部采用加壓重塊封裝圓環形墊片式壓電晶體結構，這種結構消除了集中應力，提高了共振頻率，解決了高速流體中傳感器斷裂的問題，同時還增加了傳感器的壽命，提高了傳感器的穩定性和靈敏度。

具體是這樣實施的：一種外置型應力式渦街傳感器，包括外殼、重塊、壓電晶體、陶瓷片，其特征在于外殼為從圓柱到圓錐再到片狀的平滑過度體結構，外殼圓柱段為中空結構，重塊為帶中心孔的T型圓柱，重塊插入外殼的中空段內，重塊的上部伸出外殼嵌于一壓板凹槽內，所述的壓板上開有與流量計本體連接的螺紋孔，重塊的下部開有凹槽，所述的凹槽內放置有壓電晶體，壓電晶體上下均墊有陶瓷片，下陶瓷片安放在外殼中空段的底平面上。平滑過度體結構的外殼，具有良好的剛性，在使用過程中受力部位及應力傳導部位足以承受高達280m/s、300℃高溫蒸汽及高達12m/s的流體所產生的巨大漩渦升力，同時能將共振頻率提升到10kH，為原渦街頻率的4倍，從而杜絕了共振的發生，解決了高速流體中傳感器斷裂的問題。壓板與流量計本體間采用密封型螺釘連接，可對壓電晶體施加500kg的預壓力，由此保證了壓電晶體在承受最大應力時，仍不出現拉扯方向的應力，防止了晶體受損，提高了傳感器的穩定性，同時也實現了流體密封，防止流量計流通管內流體溢出。

壓電晶體和陶瓷片為帶中心孔的圓環形墊片，能夠接受從外殼底部傳遞來的微弱的漩渦升力，提高了感應器的靈敏度。壓電晶體四周無膠粘結，給予了壓電晶體膨脹收縮的空間，解決了殼體、膠、晶體之間膨脹系統不同，粘結一體后晶體易撕裂受損的問題，延長了傳感器的壽命，同時也消除了膠在高溫狀態下產生漏電，導致信號衰弱的問題，增加了傳感器的靈敏度。

重塊頂端壓板是耐高溫彈性材料壓板，可長期耐受380℃高溫，并確保再－200℃～380℃工況之下，預應力的維持。

壓板上的螺紋孔為中心對稱的4個，能夠穩定施加分散均勻的預應力。

外殼的圓柱段外圈上設有柔性石墨密封圈，當傳感器與流量計本體安裝時，起到密封的作用。

外殼的圓柱段設計為T型，凸出段底端面上開設有卡合柔性石墨密封圈的凹槽，當傳感器與流量計本體安裝時，起到固定的作用。

本發明對零部件精度要求極低，能夠兼顧小流量的高靈敏度與大流量高頻率的高強度結構，擴大了測量使用的范圍；能夠有效提升共振頻率和振動干擾下的信噪比，提高了傳感器的壽命和抗干擾能力；能夠耐受較大溫度變化的沖擊，提高了傳感器的靈敏度。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的重塊結構示意圖。

圖3為抗振動干擾能力的比較圖。

圖4?為輸出信號波形比較圖。

具體實施方式