專利名稱：一種壓差式光纖流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種壓差式光纖流量計(jì)，適用于測(cè)量流體的流量。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的很多領(lǐng)域，都需要對(duì)流體的流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。目前，常用的靶式流量計(jì)是通過液體流經(jīng)靶板時(shí)對(duì)靶板產(chǎn)生壓力，使靶板帶動(dòng)靶桿產(chǎn)生微量位移，通過電傳感器測(cè)得位移量并將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸入分析設(shè)備進(jìn)行計(jì)算，最后得出流量數(shù)值。但是，電子類傳感器存在密封性差、易漏電、易腐蝕、受電磁干擾等問題。光纖傳感器采用光纖進(jìn)行傳感和傳輸，不存在上述問題，因此近年得到了越來越多的重視。但是目前的光纖流量計(jì)仍存在較多問題。李川等人提出了一種靶式光纖光柵液體流量計(jì)(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200910094845.0)，該流量計(jì)采用阻流靶、連桿、懸臂等一系列傳遞機(jī)構(gòu)將流體引起的在阻流靶上的壓力傳遞給光纖光柵，通過光柵光譜的變化測(cè)得流量。該設(shè)計(jì)的不足在于:1)阻流靶影響了原有管道內(nèi)的流場(chǎng)和流量；2)需要增加軸封片、設(shè)置長(zhǎng)條孔等，工藝和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是需要對(duì)連桿這一可動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行密封，可靠性低。張強(qiáng)等人同樣提出了“帶溫度補(bǔ)償?shù)墓饫w光柵液體流量傳感器”(中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)200910229030.9)，該傳感器中采用“彈性舌”感受流體引起的壓力，其不足在于:1)彈性舌本身同樣會(huì)影響原有管道中的流量和流場(chǎng)特性；2)光纖光柵的方向與流體方向不平行，流體流動(dòng)會(huì)對(duì)光纖光柵產(chǎn)生附加應(yīng)力，從而影響測(cè)量精度。高應(yīng)俊等人在實(shí)用新型專利“光纖光柵流量傳感器”中也公開了一種類似的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用將光纖光柵布置于“片狀物”上的方法進(jìn)行流量測(cè)量，片狀物感受流體的壓力。該方案存在與上述兩個(gè)方案相同的不足:片狀物同樣會(huì)影響原有管道中的流量和流場(chǎng)特性。此外，光纖光柵與片狀物連為一體容易產(chǎn)生啁啾，從而影響測(cè)量精度。因此，如何使流量計(jì)不影響原管道的流量和流場(chǎng)，使光纖不受其它附加作用的影響并提高靈敏度，以及簡(jiǎn)化流量計(jì)的結(jié)構(gòu)和工藝，成為光纖流量計(jì)目前亟需解決的問題。本實(shí)用新型提出一種壓差式光纖流量計(jì)，用于流體流量的監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)解決流量計(jì)影響原管道的流量和流場(chǎng)，光纖受其它附加作用的影響，以及提高流量計(jì)的靈敏度問題。

實(shí)用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種壓差式光纖流量計(jì)，以解決流量計(jì)影響原管道的流量和流場(chǎng)，光纖受其它附加作用的影響，以及提高流量計(jì)的靈敏度問題。(二)技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供了一種壓差式光纖流量計(jì)，該壓差式光纖流量計(jì)包括:安裝于被測(cè)管道的導(dǎo)流管10 ;安裝于導(dǎo)流管10上并且兩端均與導(dǎo)流管10聯(lián)通的測(cè)量管20，以測(cè)量流體的流量；安裝于測(cè)量管20內(nèi)的測(cè)力膜片30，以在導(dǎo)流管10的兩端的壓力差下產(chǎn)生變形；安裝于測(cè)力膜片30的光纖光柵40，以測(cè)量導(dǎo)流管10的兩端的壓力差；以及安裝于測(cè)量管20內(nèi)的固定梁50。上述方案中，所述導(dǎo)流管10的孔徑為漸變結(jié)構(gòu)，在流體進(jìn)入一端的孔徑大于流體流出一端的孔徑。上述方案中，所述測(cè)力膜片30為圓形，安裝于測(cè)量管20的內(nèi)壁并將測(cè)力膜片30兩側(cè)的流體隔離開。上述方案中，所述光纖光柵40沿測(cè)力膜片30的徑向或法向固定于測(cè)力膜片30的表面。所述光纖光柵40沿測(cè)力膜片30的法向固定于測(cè)力膜片30的表面時(shí),光纖光柵40固定于固定梁50的中心51和測(cè)力膜片30的中心32之間。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述固定梁50的剛度遠(yuǎn)大于測(cè)力膜片30的剛度。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述固定梁50在測(cè)量管20中的截面積遠(yuǎn)小于測(cè)量管20的橫截面積。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型具有以下有益效果:1、本實(shí)用新型提供的這種壓差式光纖流量計(jì)，采用在原管道外的測(cè)量管測(cè)量的方式，最大限度地減小了對(duì)原管道的流量和流場(chǎng)的影響。2、本實(shí)用新型提供的這種壓差式光纖流量計(jì)，通過壓差式的設(shè)計(jì)，可以通過多種方法提高流量計(jì)的靈敏度，如I)提高導(dǎo)流管10兩側(cè)的孔徑直徑比；2)減小測(cè)力膜片30的厚度；3)沿測(cè)力膜片30的法向安裝光纖光柵40等。

圖1為本實(shí)用新型提供的壓差式光纖流量計(jì)的示意圖；圖2為依照本實(shí)用新型實(shí)施例一的壓差式光纖流量計(jì)中測(cè)力膜片30的示意圖；圖3為依照本實(shí)用新型實(shí)施例一的壓差式光纖流量計(jì)中固定梁50的示意圖；圖4為依照本實(shí)用新型實(shí)施例二的壓差式光纖流量計(jì)中測(cè)力膜片30上安裝光纖光柵40的不意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。請(qǐng)參照?qǐng)D1 圖3，圖1為本實(shí)用新型提供的壓差式光纖流量計(jì)的示意圖；圖2為依照本實(shí)用新型實(shí)施例一的壓差式光纖流量計(jì)中測(cè)力膜片30的示意圖；圖3為依照本實(shí)用新型實(shí)施例一的壓差式光纖流量計(jì)中固定梁50的示意圖。該壓差式光纖流量計(jì)包括:安裝于被測(cè)管道的導(dǎo)流管10 ;安裝于導(dǎo)流管10上并且兩端均與導(dǎo)流管10聯(lián)通的測(cè)量管20，以測(cè)量流體的流量；安裝于測(cè)量管20內(nèi)的測(cè)力膜片30，以在導(dǎo)流管10的兩端的壓力差下產(chǎn)生變形；安裝于測(cè)量管20內(nèi)的固定梁50 ;沿測(cè)力膜片30的法向安裝于測(cè)力膜片30與固定梁50之間的光纖光柵40，以測(cè)量導(dǎo)流管10的兩端的壓力差。導(dǎo)流管10在流體進(jìn)入的一端孔徑較大，在流體流出的一端孔徑較小，且孔徑為漸變結(jié)構(gòu)，例如文丘里管。測(cè)力膜片30為圓形，安裝于測(cè)量管20的內(nèi)壁并將測(cè)力膜片30兩側(cè)的流體隔離開。光纖光柵40沿測(cè)力膜片30的法向固定。其固定方法為，在測(cè)力膜片30的中央有一孔32，光纖光柵40的一端固定于此孔上并密封(例如可用膠粘的方式)。光纖光柵40的另一端固定于固定梁50，固定梁50安裝于測(cè)量管20的內(nèi)部。固定梁50的剛度遠(yuǎn)大于測(cè)力膜片30的剛度，固定梁50在測(cè)量管20中的截面積遠(yuǎn)小于測(cè)量管20的橫截面積。光纖光柵40固定于固定梁50的中心51和測(cè)力膜片30的中心32之間。本實(shí)用新型提供的壓差式光纖流量計(jì)的工作原理為，參考圖1、圖2、圖3，當(dāng)流體在導(dǎo)流管10中流動(dòng)時(shí)，通過漸變孔徑的導(dǎo)流管10，會(huì)在導(dǎo)流管10的兩端產(chǎn)生壓差，壓差的大小與流量具有固定的關(guān)系。測(cè)量管20的兩端分別與導(dǎo)流管10聯(lián)通。測(cè)力膜片30因此會(huì)在測(cè)量管20的兩端壓差作用下產(chǎn)生形變，形變的大小與壓差成線性關(guān)系。固定梁50在測(cè)量管20中的截面積遠(yuǎn)小于測(cè)量管20的橫截面積；固定梁50的剛度遠(yuǎn)大于測(cè)力膜片30的剛度，因此當(dāng)流體在導(dǎo)流管10中流過時(shí)，引起導(dǎo)流管10兩端的壓差會(huì)使固定梁50的中心51和測(cè)力膜片30的中心32之間的距離發(fā)生變化，從而引起固定在起見的光纖光柵40產(chǎn)生應(yīng)變，通過測(cè)量光柵40的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化即可得到流量大小。在實(shí)施例一中，光纖光柵40沿測(cè)力膜片30的法向固定，在實(shí)際應(yīng)用中，光纖光柵40還可以沿測(cè)力膜片30的徑向固定。請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖4，圖1為本實(shí)用新型提供的壓差式光纖流量計(jì)的示意圖；圖4為依照本實(shí)用新型實(shí)施例二的壓差式光纖流量計(jì)中測(cè)力膜片30上安裝光纖光柵40的不意圖。該壓差式光纖流量計(jì)包括:安裝于被測(cè)管道的導(dǎo)流管10 ;安裝于導(dǎo)流管10上并且兩端均與導(dǎo)流管10聯(lián)通的測(cè)量管20，以測(cè)量流體的流量；安裝于測(cè)量管20內(nèi)的測(cè)力膜片30，以在導(dǎo)流管10的兩端的壓力差下產(chǎn)生變形；安裝于測(cè)量管20內(nèi)的固定梁50 ;沿測(cè)力膜片30的徑向安裝于測(cè)力膜片30上的光纖光柵40，用于測(cè)量導(dǎo)流管10的兩端的壓力差。導(dǎo)流管10在流體進(jìn)入的一端孔徑較大，在流體流出的一端孔徑較小，且孔徑為漸變結(jié)構(gòu)，例如文丘里管。測(cè)力膜片30為圓形，安裝于測(cè)量管20的內(nèi)壁并將測(cè)力膜片30兩側(cè)的流體隔離開。光纖光柵40沿測(cè)力膜片30的徑向固定(例如可采用粘接的方式)。本實(shí)用新型提供的壓差式光纖流量計(jì)的工作原理為，參考圖1、圖2、圖4，當(dāng)流體在導(dǎo)流管10中流動(dòng)時(shí)，通過漸變孔徑的導(dǎo)流管10，會(huì)在導(dǎo)流管10的兩端產(chǎn)生壓差，壓差的大小與流量具有固定的關(guān)系。測(cè)量管20的兩端分別與導(dǎo)流管10的兩端聯(lián)通。測(cè)力膜片30因此會(huì)在測(cè)量管20的兩端壓差作用下產(chǎn)生形變(形變的大小與壓差成線性關(guān)系)，從而引起固定在其上的光纖光柵40產(chǎn)生應(yīng)變，通過測(cè)量光柵40的輸出波長(zhǎng)發(fā)生變化即可得到流量大小。需要說明的是，對(duì)于波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器，敏感元件不限于光纖光柵，即光纖光柵40可被其它器件替換而取得相同效果，其它器件如光纖激光器、長(zhǎng)周期光柵、啁啾光柵等。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，該壓差式光纖流量計(jì)包括: 安裝于被測(cè)管道的導(dǎo)流管(10)； 安裝于導(dǎo)流管(10)上并且兩端均與導(dǎo)流管(10)聯(lián)通的測(cè)量管(20)，以測(cè)量流體的流量; 安裝于測(cè)量管(20)內(nèi)的測(cè)力膜片(30)，以在導(dǎo)流管(10)的兩端的壓力差下產(chǎn)生變形； 安裝于測(cè)力膜片(30)的光纖光 柵(40)，以測(cè)量導(dǎo)流管(10)的兩端的壓力差；以及 安裝于測(cè)量管(20)內(nèi)的固定梁(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述導(dǎo)流管(10)的孔徑為漸變結(jié)構(gòu)，在流體進(jìn)入一端的孔徑大于流體流出一端的孔徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述測(cè)力膜片(30)為圓形，安裝于測(cè)量管(20)的內(nèi)壁并將測(cè)力膜片(30)兩側(cè)的流體隔離開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述光纖光柵(40)沿測(cè)力膜片(30)的徑向或法向固定于測(cè)力膜片(30)的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述光纖光柵(40)沿測(cè)力膜片(30)的法向固定于測(cè)力膜片(30)的表面時(shí)，光纖光柵(40)固定于固定梁(50)的中心(51)和測(cè)力膜片(30)的中心(32)之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述固定梁(50)的剛度遠(yuǎn)大于測(cè)力膜片(30)的剛度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓差式光纖流量計(jì)，其特征在于，所述固定梁(50)在測(cè)量管(20)中的截面積遠(yuǎn)小于測(cè)量管(20)的橫截面積。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種壓差式光纖流量計(jì)，該壓差式光纖流量計(jì)包括安裝于被測(cè)管道的導(dǎo)流管；安裝于導(dǎo)流管上并且兩端均與導(dǎo)流管聯(lián)通的測(cè)量管，以測(cè)量流體的流量；安裝于測(cè)量管內(nèi)的測(cè)力膜片，以在導(dǎo)流管的兩端的壓力差下產(chǎn)生變形；安裝于測(cè)力膜片的光纖光柵，以測(cè)量導(dǎo)流管的兩端的壓力差；以及安裝于測(cè)量管內(nèi)的固定梁。本實(shí)用新型提供的這種壓差式光纖流量計(jì)，采用在原管道外的測(cè)量管測(cè)量的方式，最大限度地減小了對(duì)原管道的流量和流場(chǎng)的影響，通過壓差式的設(shè)計(jì)，提高了流量計(jì)的靈敏度。
文檔編號(hào)G01F1/38GK203083624SQ20132006368
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者張文濤, 李芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所