[發明專利]一種懸浮式自減振差動流量傳感器

在審

• 申請號: 201310578669.4
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN104655197A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 鞠洪建
• 申請（專利權）人: 大連康賽譜科技發展有限公司
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種流量傳感器，尤其是一種懸浮式自減振差動流量傳感器。

背景技術

六十年代末期，相繼出現了應用流體振動原理測量流量的新型儀表，例如渦街流量計、射流流量計和漩渦進動流量計都屬于液體振動式流量計，它們通過熱敏、應變、電容、超聲波等檢測方式的流量傳感器，檢測出于體積流量成正比的流體振動頻率信號。對于振動式流量傳感器來說，振動問題是衡量一臺振動式流量計工業應用好壞的一個重要指標。工業中的振動是普遍存在的，例如流體紊流狀態下速度脈動、流體振蕩，以及工業管道振動、閥門開閉與閥芯振動等隨機因素，這都會使檢測到的頻率信號受到極大的噪音干擾。目前較先進的振動式流量傳感器都有一定的抗振動能力，但這些傳感器的檢測元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振動的能力有限。另外對于流體振動的干擾，當振動噪聲的振動方向與所測頻率信號的振動方向平行（即同相振動）的時候，這些流量傳感器的抗干擾能力都比較弱，輸出信號會混入大量的噪音，這種現象在小流量測量的時候尤為明顯。

發明內容

本發明的目的是提供一種測量靈敏度高，抗干擾性強的懸浮式自減振差動流量傳感器。

本發明的懸浮式自減振差動流量傳感器包括對稱固定在平板兩面的檢測單元，每個檢測單元包括殼體，殼體具有與平板軸線m-m平行的通孔，該通孔與平板的軸向出線孔有通道相連通，通孔的連端分別有彈性膜片密封，通孔內有兩個壓電陶瓷片，兩個壓電陶瓷片的一端分別與彈性膜片固定，另一端與設在壓電陶瓷片之間的金屬塊固定，兩個壓電陶瓷片及金屬塊的周邊與通孔壁之間留有間隙，金屬塊的引線經通道從平板出線孔引出。

本發明的傳感器具有較高的測量靈敏度，在小流量時利用差動原理仍可以給出較強的檢測信號，其內部結構具有自減振功能，有較強的抗干擾性和較大量程范圍，可靠性高。

附圖說明

圖1為懸浮式自減振差動流量傳感器的軸向半剖視圖

圖2為本發明在渦街流量計中的應用原理圖

圖3為本發明在漩渦進動流量計中的應用原理圖

具體實施方式

參照圖1，懸浮式自減振差動流量傳感器包括對稱固定在平板6兩面的檢測單元，每個檢測單元包括殼體5，為了得到更穩定的信號，一般采用半圓柱形殼體，殼體5具有與平板軸線m-m平行的通孔7，該通孔7與平板的軸向出線孔4有通道8相連通，通孔7的連端分別有彈性膜片1密封，通孔內有兩個壓電陶瓷片3，兩個壓電陶瓷片的尺寸、質量和靈敏度系數都相同，兩個壓電陶瓷片的一端分別與彈性膜片1焊接，另一端與設在壓電陶瓷片之間的金屬塊2焊接。這樣金屬塊2與兩個壓電陶瓷片3組成一個剛體，這個剛體的周邊與通孔壁之間留有間隙。上述金屬塊2最好是一個與壓電陶瓷片具有相同尺寸的質量塊。金屬塊2同時也作為壓電陶瓷片的輸出電極，它的引線經通道8從平板出線孔4引出。每個檢測單元的上下兩個壓電陶瓷片3在安裝時必須具有相等的受壓預緊力，于是在兩個壓電陶瓷片3和金屬塊2組成的剛體中會有一個內應力的分界面，由于中間金屬質量塊2有一定的厚度，所以這個應力分界面一定會在金屬質量塊內部，而兩個壓電陶瓷片3又是嚴格對稱匹配的，因此可以保證在受到相等的力作用時，這兩個壓電陶瓷片能夠產生相等的電荷。

本發明的具體應用參見圖2、圖3.

圖2為本發明在渦街流量計中的應用，為了測量振動流體的流量，把本發明的懸浮式自減振差動流量傳感器B安裝在渦街流量計中漩渦發生體A的后面，傳感器與漩渦發生體平行；而對面圖3所示的漩渦進動流量計，懸浮式自減振差動流量傳感器安裝在流道擴展段前端，傳感器平板的軸線m-m與管道的軸線垂直相交。

工作時，整個傳感器都沉浸在流體中。當漩渦流經傳感器時，漩渦產生的交變壓力直接作用在兩個檢測單元的彈性膜片上，使壓電陶瓷片產生交變電荷。這兩個檢測單元會輸出規則的正弦信號S1和S2，這兩個信號頻率相等，相位相差180°，即使是在小流量時，利用差動輸出可以得到較強的檢測信號。

當流體由于管道振動、閥門開啟等隨機因素的影響，發生流體振動時，會導致彈性膜片或傳感器殼體產生跟隨振動。由于金屬塊的慣性作用，檢測單元中上下對稱的兩個壓電陶瓷片會分別受壓和受拉，這使得兩個壓電陶瓷片分別產生相等的正負電荷信號，而當上下兩個壓電陶瓷片的信號在金屬塊（電極）中相加時，干擾振動所產生的電荷信號會互相抵消，從而傳感器起到了自減振作用。

另外，對于本發明的傳感器來說，管道振動屬于同相振動，而傳感器是采用兩個檢測單元進行差動檢測，因此同相振動的干擾信號會在輸出信號S1-S2中相互抵消，這樣可以有效地消除管道振動對檢測信號的干擾。因此本發明的流量傳感器在流量測量中具有很高的抗干擾性。適用于液體。氣體蒸汽等振動流體的流量測量。