[其他]尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器

無效

• 申請號: 87101290
• 申請日: 1987-12-30
• 公開（公告）號: CN87101290A
• 公開（公告）日: 1988-06-15
• 發明（設計）人: 沈興武;胡順波;趙明
• 申請（專利權）人: 北京市公用事業科學研究所
• 主分類號: G01F1/32
• 分類號: G01F1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于應用卡門渦街原理制成的流量傳感器。它適用于液體、氣體和蒸汽等介質的流量測量。

迄今為止，國內外生產的應力式渦街流量傳感器都是利用環流橫向升力F效應來檢測旋渦頻率的。利用這種環流橫向升力效應檢測旋渦分離頻率的應力式渦街流量傳感器有環流Ⅰ型和環流Ⅱ型兩種類型。以日本橫河電機的YEWFLO為代表的環流Ⅰ型流量傳感器，是直接在旋渦發生體內埋設壓電晶體力敏元件，用以感受旋渦發生體由于交變橫向升力而產生的交變應力，旋渦發生體本身就是檢測體。為了抑制振動噪聲，柱體采用了特殊的支承結構設計和雙片壓電晶體元件（圖1）。這種檢測方式有一定的抗振動能力，但不能抑制管道橫向振動時流體沖擊柱體引起的振動噪聲，小流量特性較差。同時，傳感器結構比較復雜，不同口徑傳感器的檢測元件不能通用。以日本奧巴爾公司的VA型渦街流量傳感器為代表的環流Ⅱ型，其柱體的功能只是形成旋渦，它采用插入到旋渦發生體內的力敏探頭（圖2）感受橫向升力。探頭中采用了振動補償元件以抑制機械振動噪聲。這種檢測方式將旋渦發生體與檢測體（探頭）分離，實現了不同口徑流量傳感器的檢測體通用，簡化了結構，在一定程度上改善了小流量特性，但是仍然不能抑制流體橫向振蕩噪聲。同時，由于柱體上必須開出導壓孔，而顯著地降低了流量傳感器耐介質臟污的能力。此外，國內生產的環流橫向升力檢測法的應力式渦街流量傳感器也沒有抑制流體橫向振蕩噪聲的能力，而且量程范圍窄，結構都比較復雜。

本發明的目的旨在克服已有技術存在的不能抑制流體橫向振蕩噪聲之缺陷，向社會推出一種抗振動性強、可靠性好的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器。

本發明的特征是：

1、直接應用卡門的渦街理論，根據流量傳感器口徑D推算雙探頭最佳距離a（中心距離）的方法適用于各種不同斷面的柱型和各種不同口徑的傳感器設計。

2、兩個旋渦分離頻率檢測探頭與旋渦發生體（柱體）分離設置，兩個探頭具有完全相同的結構和尺寸，而且從φ40到φ500的傳感器可以采用同樣的探頭，采用同P異E壓電晶體結構，結構簡單而通用，具有雙向振動自補償效果。

3、本發明在抗橫向振動能力、小流量信號質量、耐介質臟污能力、檢測元件的通用性、探頭的結構和工藝性等方面都優于國內外已有的環流橫向升力檢測法應力式流量變送器。

圖3是本發明的結構主視圖。

本發明由檢測管（即本體）（1）、旋渦發生體（即柱體）（2）、主探頭（3）、補償探頭（4）及檢測放大器（5）構成。

本流量變送器的檢測管（1）可采用金屬或非金屬材料，制成有法蘭或無法蘭結構，其通流直徑即為傳感器公稱直徑，可從φ40mm到φ500mm，檢測管長度L＝1.5～2.5D（D為檢測管內徑）。

檢測管（1）內部的旋渦發生體（2）的材質與檢測管的材質可以相同，也可以不同，其斷面的形狀可以是方形、矩形、三角形、梯形或其他形狀，柱體迎流寬度d與檢測管內徑D之比值d/D＝0.25～0.30。旋渦發生體（2）的兩端焊接于檢測管（1）上，也可以采用其他方法與檢測管（1）固定。

主探頭（3）和補償探頭（4）分別設置在柱體（2）下游渦街尾流區域，兩者設在同一縱立面內，并使探頭軸線與柱體軸線平行，兩個探頭均以懸臂梁方式固定在檢測管（1）的管壁上，二者之間采用耐高溫的密封結構。主探頭（3）和補償探頭（4）的外形、結構、尺寸、材質完全相同，探頭桿外徑為φ6～φ10，長度為30～50mm。探頭內埋設兩片薄長條形壓電晶體元件（材質為壓電陶瓷或壓電晶體），采用耐高溫導電膠接成同P異E結構。主探頭（3）、補償探頭（4）與旋渦發生體（2）三者之間保持適當距離，即主探頭（3）中心到旋渦發生體（2）后表面的距離為b＝（0.1～0.2）D，兩個探頭中心間距a＝（0.46～0.54）D。

檢測管（1）上部的檢測放大器（5）的電路由兩個電荷放大器、一個差動電壓放大器和濾波整形電路構成。電壓放大器輸入部分設可調信號衰減器。鑒于檢測放大器（5）與已有技術類同，故不再詳述。

下面，以實施例對本發明作進一步描述。

實施例是一臺φ50mm無法蘭結構的尾流雙探頭應力式渦街流量傳感器。檢測管長100mm。柱體（2）為三角柱，柱寬為14mm。探頭（3）、（4）的外徑為φ8，長度為40mm，內裝長條形鈮酸鋰壓電晶體。主探頭（3）距旋渦發生體（2）后表面的距離為5mm，主探頭（3）與補償探頭（4）的中心距離為24.2mm。

傳感器電路供電電源為直流+12V，輸出脈沖信號幅度4V。

本流量傳感器可用于300℃以下的氣體、液體、蒸汽的流量計量，其精度優于±1%，重復性優于±0.2%，量程比：介質為水時優于15∶1，空氣優于8∶1，蒸汽優于10∶1。