[发明专利]一种外置型应力式涡街传感器

说明书

技术领域

本发明属流体测量设备技术领域，尤其是指一种能够抗振动干扰，提高寿命及稳定性的用于涡街流量计中的外置型应力式涡街传感器。

背景技术

目前，传统的采用片状压电晶体和晶体支撑架正反面固化胶粘结的涡街感应器，无法同时兼顾小流量的高灵敏度与大流量高频率的高强度结构，故无法兼顾实现对于高流量和低流量的检测。另有中国发明专利（审定号CN1004834B）涉及的宽温压电涡街流量计，具有一个管状表体，在漩涡发生体位于表体管外的端面中心处，沿漩涡发生体纵轴方向作有一个与表体管内流体不相通的孔穴，其中装有埋装件，埋装件包括自下而上叠压的压电元件、绝缘隔离片和温度补偿片。最上面一个埋装件上紧压着一块柱状质量块，它的柱面与孔穴的直臂形内壁用粘结胶成套式粘结，致使柱状质量块与漩涡发生体之间构成整体固装。孔穴需具有一个足够平洁的埋装平底，各埋装件的两个互相平行的承压接触平面也均需要有足够的光洁度，柱状质量块与埋装件接触的端平面也应该是光洁的，能够保证各零部件之间能贴紧。这种整体固装结构和半自由埋装工艺具有很宽的温度耐受力，能够获得很高的温度上限，耐受较大温度变化的冲击，但是对零部件的加工精度要求极高，需要足够平洁的接触表面，且靠柱状质量块自身重力加压导致预应力不足，使用过程中压电晶体易撕裂损坏，导致压电晶体寿命短。

发明内容

本发明克服了上述传统涡街感应器的不足，提供了一种外置型应力式涡街传感器，对零部件加工精度要求极低，能够有效提升共振频率和振动干扰下的信噪比，保证高流速下的结构安全、低流速下的灵敏度、大温差下的可靠性和稳定性，提高了抗震能力，扩展了测量范围，且大大增加了传感器的寿命。主要创新在于传感器的外壳设计为从圆柱到圆锥再到片状的中空平滑过度体结构，传感器的内部采用加压重块封装圆环形垫片式压电晶体结构，这种结构消除了集中应力，提高了共振频率，解决了高速流体中传感器断裂的问题，同时还增加了传感器的寿命，提高了传感器的稳定性和灵敏度。

具体是这样实施的：一种外置型应力式涡街传感器，包括外壳、重块、压电晶体、陶瓷片，其特征在于外壳为从圆柱到圆锥再到片状的平滑过度体结构，外壳圆柱段为中空结构，重块为带中心孔的T型圆柱，重块插入外壳的中空段内，重块的上部伸出外壳嵌于一压板凹槽内，所述的压板上开有与流量计本体连接的螺纹孔，重块的下部开有凹槽，所述的凹槽内放置有压电晶体，压电晶体上下均垫有陶瓷片，下陶瓷片安放在外壳中空段的底平面上。平滑过度体结构的外壳，具有良好的刚性，在使用过程中受力部位及应力传导部位足以承受高达280m/s、300℃高温蒸汽及高达12m/s的流体所产生的巨大漩涡升力，同时能将共振频率提升到10kH，为原涡街频率的4倍，从而杜绝了共振的发生，解决了高速流体中传感器断裂的问题。压板与流量计本体间采用密封型螺钉连接，可对压电晶体施加500kg的预压力，由此保证了压电晶体在承受最大应力时，仍不出现拉扯方向的应力，防止了晶体受损，提高了传感器的稳定性，同时也实现了流体密封，防止流量计流通管内流体溢出。

压电晶体和陶瓷片为带中心孔的圆环形垫片，能够接受从外壳底部传递来的微弱的漩涡升力，提高了感应器的灵敏度。压电晶体四周无胶粘结，给予了压电晶体膨胀收缩的空间，解决了壳体、胶、晶体之间膨胀系统不同，粘结一体后晶体易撕裂受损的问题，延长了传感器的寿命，同时也消除了胶在高温状态下产生漏电，导致信号衰弱的问题，增加了传感器的灵敏度。

重块顶端压板是耐高温弹性材料压板，可长期耐受380℃高温，并确保再－200℃～380℃工况之下，预应力的维持。

压板上的螺纹孔为中心对称的4个，能够稳定施加分散均匀的预应力。

外壳的圆柱段外圈上设有柔性石墨密封圈，当传感器与流量计本体安装时，起到密封的作用。

外壳的圆柱段设计为T型，凸出段底端面上开设有卡合柔性石墨密封圈的凹槽，当传感器与流量计本体安装时，起到固定的作用。

本发明对零部件精度要求极低，能够兼顾小流量的高灵敏度与大流量高频率的高强度结构，扩大了测量使用的范围；能够有效提升共振频率和振动干扰下的信噪比，提高了传感器的寿命和抗干扰能力；能够耐受较大温度变化的冲击，提高了传感器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的重块结构示意图。

图3为抗振动干扰能力的比较图。

图4 为输出信号波形比较图。

具体实施方式