[其他]尾流双探头应力式涡街流量传感器

说明书

本发明属于应用卡门涡街原理制成的流量传感器。它适用于液体、气体和蒸汽等介质的流量测量。

迄今为止，国内外生产的应力式涡街流量传感器都是利用环流横向升力F效应来检测旋涡频率的。利用这种环流横向升力效应检测旋涡分离频率的应力式涡街流量传感器有环流Ⅰ型和环流Ⅱ型两种类型。以日本横河电机的YEWFLO为代表的环流Ⅰ型流量传感器，是直接在旋涡发生体内埋设压电晶体力敏元件，用以感受旋涡发生体由于交变横向升力而产生的交变应力，旋涡发生体本身就是检测体。为了抑制振动噪声，柱体采用了特殊的支承结构设计和双片压电晶体元件（图1）。这种检测方式有一定的抗振动能力，但不能抑制管道横向振动时流体冲击柱体引起的振动噪声，小流量特性较差。同时，传感器结构比较复杂，不同口径传感器的检测元件不能通用。以日本奥巴尔公司的VA型涡街流量传感器为代表的环流Ⅱ型，其柱体的功能只是形成旋涡，它采用插入到旋涡发生体内的力敏探头（图2）感受横向升力。探头中采用了振动补偿元件以抑制机械振动噪声。这种检测方式将旋涡发生体与检测体（探头）分离，实现了不同口径流量传感器的检测体通用，简化了结构，在一定程度上改善了小流量特性，但是仍然不能抑制流体横向振荡噪声。同时，由于柱体上必须开出导压孔，而显著地降低了流量传感器耐介质脏污的能力。此外，国内生产的环流横向升力检测法的应力式涡街流量传感器也没有抑制流体横向振荡噪声的能力，而且量程范围窄，结构都比较复杂。

本发明的目的旨在克服已有技术存在的不能抑制流体横向振荡噪声之缺陷，向社会推出一种抗振动性强、可靠性好的尾流双探头应力式涡街流量传感器。

本发明的特征是：

1、直接应用卡门的涡街理论，根据流量传感器口径D推算双探头最佳距离a（中心距离）的方法适用于各种不同断面的柱型和各种不同口径的传感器设计。

2、两个旋涡分离频率检测探头与旋涡发生体（柱体）分离设置，两个探头具有完全相同的结构和尺寸，而且从φ40到φ500的传感器可以采用同样的探头，采用同P异E压电晶体结构，结构简单而通用，具有双向振动自补偿效果。

3、本发明在抗横向振动能力、小流量信号质量、耐介质脏污能力、检测元件的通用性、探头的结构和工艺性等方面都优于国内外已有的环流横向升力检测法应力式流量变送器。

图3是本发明的结构主视图。

本发明由检测管（即本体）（1）、旋涡发生体（即柱体）（2）、主探头（3）、补偿探头（4）及检测放大器（5）构成。

本流量变送器的检测管（1）可采用金属或非金属材料，制成有法兰或无法兰结构，其通流直径即为传感器公称直径，可从φ40mm到φ500mm，检测管长度L＝1.5～2.5D（D为检测管内径）。

检测管（1）内部的旋涡发生体（2）的材质与检测管的材质可以相同，也可以不同，其断面的形状可以是方形、矩形、三角形、梯形或其他形状，柱体迎流宽度d与检测管内径D之比值d/D＝0.25～0.30。旋涡发生体（2）的两端焊接于检测管（1）上，也可以采用其他方法与检测管（1）固定。

主探头（3）和补偿探头（4）分别设置在柱体（2）下游涡街尾流区域，两者设在同一纵立面内，并使探头轴线与柱体轴线平行，两个探头均以悬臂梁方式固定在检测管（1）的管壁上，二者之间采用耐高温的密封结构。主探头（3）和补偿探头（4）的外形、结构、尺寸、材质完全相同，探头杆外径为φ6～φ10，长度为30～50mm。探头内埋设两片薄长条形压电晶体元件（材质为压电陶瓷或压电晶体），采用耐高温导电胶接成同P异E结构。主探头（3）、补偿探头（4）与旋涡发生体（2）三者之间保持适当距离，即主探头（3）中心到旋涡发生体（2）后表面的距离为b＝（0.1～0.2）D，两个探头中心间距a＝（0.46～0.54）D。

检测管（1）上部的检测放大器（5）的电路由两个电荷放大器、一个差动电压放大器和滤波整形电路构成。电压放大器输入部分设可调信号衰减器。鉴于检测放大器（5）与已有技术类同，故不再详述。

下面，以实施例对本发明作进一步描述。

实施例是一台φ50mm无法兰结构的尾流双探头应力式涡街流量传感器。检测管长100mm。柱体（2）为三角柱，柱宽为14mm。探头（3）、（4）的外径为φ8，长度为40mm，内装长条形铌酸锂压电晶体。主探头（3）距旋涡发生体（2）后表面的距离为5mm，主探头（3）与补偿探头（4）的中心距离为24.2mm。

传感器电路供电电源为直流+12V，输出脉冲信号幅度4V。

本流量传感器可用于300℃以下的气体、液体、蒸汽的流量计量，其精度优于±1%，重复性优于±0.2%，量程比：介质为水时优于15∶1，空气优于8∶1，蒸汽优于10∶1。