[发明专利]宽温压电涡街流量计

说明书

本发明是一种宽温压电涡街流量计及制造这种新颖流量计的工艺，后者是一种半自由埋装工艺，也可用来制造各种宽温压电测力传感器。压电涡街流量计用于测量常温、高温流体的流速或流量。采用本发明所述的压电元件的半自由埋装工艺可制成温度范围更宽的宽温压电式涡街流量计，进一步改进工艺成为温度自补偿半自由埋装工艺，则温度特性可进一步提高。本发明所述的宽温压电涡街流量计特别适用于测量温度变化剧烈的流体的流速或流量，如各种高温液体、气体和蒸汽等。本发明所述的工艺还适用于各种敏感元件、特别是各向异性敏感元件的装固，制成各种内装敏感元件的传感器。

所谓涡街流量计是一类利用卡曼（Karman）涡街原理测量流体流速或流量的计量装置。当流体中垂直插入一根非流线型的柱状阻力体时，流经阻力体两侧的流体交替地产生两列旋涡，称为卡曼旋涡。产生旋涡的柱状阻力体称为旋涡发生体，旋涡频率f与流体流速V成正比：

……（1）

式中St为斯特劳哈尔系数，在一定雷诺数范围内是常数，d为旋涡发生体的特征宽度。卡曼涡街对旋涡发生体交替的旋涡升力，这一交替升力可称为卡曼涡街交变力，若由压电元件转换为频率与流速成正比的交变电信号，即构成压电涡街流量计。压电元件灵敏度高、反应快、信号强、响应范围宽且不易疲劳，可以装在旋涡发生体内部与流体隔离而又不影响测力，加上涡街流量计本身的优点（没有运动部件，输出频率对压力、温度、粘度等不敏感，频率计量不易干扰等），使得压电涡街流量计成为精度高、量程宽、稳定、可靠的流量计量装置。

特开昭57-52820公开了一种工艺技术，用一固定在发生体上的固定块将压电元件及绝缘体压紧，采用的固定方法是焊接。在公开技术中选择合适的凹槽（即孔穴）深度L，可以使发生体和固定块间的热膨胀差抵消发生体与压电元件及绝缘体之间的热膨胀差。

但是上述技术措施势必选择两种不同热膨胀系数的材料（例如两种不锈钢），况且按照这一公开技术选择凹槽深度会给设计和制造都带来不便。

本发明的目的在于放宽旋涡发生体的选材范围，并使温度补偿与埋装孔穴的深度无关，从而使设计、加工大大简便，利于生产和推广使用。本发明所提供的技术关键在于，在埋装体中增设一块能起温度补偿作用的补偿片，其材料及厚度的选择使得轴向热膨胀应力为零。

本发明所提供的产品保留了已有技术的大部份技术特征。如图1、图2所示，宽温压电涡街流量计也具有一个两端带法兰盘的管状表体（1），使用中借助法兰盘接装在被测流体的管路中，旋涡发生体（2）为具有对称横截面的柱状阻力体，其横截面可以是T形、梯形或其他公知形状。旋涡发生体垂直插入表体管中，过管心且延伸横贯全管。插口开于表体管的中段，插口处的表体部有一向外的安装座（4）。旋涡发生体根部有一朝径向突出的安装盘（3），在表体管外与安装座（4）紧装并用密封压板（12）密封。旋涡发生体伸入表体管内的一端呈自由态，或由插口对面的管壁上的支架支承，支架处有密封件（13）。在旋涡发生体位于表体管外的端面中心处，沿旋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（5），其中装有压电元件（6）。压电元件的作用是将旋涡发生体产生并接收的卡曼涡街交变力转换为交变频率与流速成正比的交变电信号。交变电信号由引线（14）引出，经端子盒（15）送至分装的电子线路。

为了与对比文件进行比较，图4给出了特开昭57-52820的旋涡发生体剖面图。图5表示了新工艺即带补偿片的旋涡发生体。本发明所述的孔穴（5）是一个直壁平底埋装孔，其内壁是直壁并且平行于旋涡发生体的纵轴。所说孔穴包括圆形的（圆孔）或方形、矩形（槽穴）的孔穴。孔底应是一个平面，并且与孔壁直交。要求平底与压电元件及下面将提到的埋装件能贴紧，因此孔底应研磨，平整光洁。为加工简单起见，也可在孔底贴上具有研磨平面的平片状垫片（7）。总之，孔穴（5）应当具有一个与旋涡发生体纵轴直交的足够平洁的埋装平底（8）。垫片可以用与旋涡发生体相同或不同的材料制成。