專(zhuān)利名稱(chēng):插入式渦街流量計(jì)的制作方法
屬于測(cè)量流量的儀器。
插入式渦街流量計(jì)是一種測(cè)量流體流量的儀器。目前國(guó)內(nèi)外使用的工業(yè)流量計(jì)有節(jié)流式流量計(jì)、插入式渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、測(cè)速管以及七十年代末問(wèn)世的渦街流量計(jì)。節(jié)流式流量計(jì)的測(cè)量范圍窄，壓力損失大，能耗高；大直徑節(jié)流裝置的造價(jià)高、安裝困難、冬季需加保溫防凍措施。插入式渦輪流量計(jì)雖標(biāo)定精度較高，但對(duì)介質(zhì)清潔度要求苛刻，并要求經(jīng)常標(biāo)定，運(yùn)行可靠性不高。電磁流量計(jì)僅適用于液體介質(zhì)，且大管徑產(chǎn)品造價(jià)昂貴，難以推廣。測(cè)速管雖造價(jià)低且節(jié)能，但量程比小，有結(jié)凍現(xiàn)象，不適于在污水和含塵氣體中長(zhǎng)期工作。美國(guó)Eeastech公司和日本橫河電機(jī)公司分別推出的第一代渦街流量計(jì)，目前已具有量程比寬、壓損小、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、構(gòu)造簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、氣液通用、溫度適應(yīng)性好等突出優(yōu)點(diǎn)。西德E－H公司、英國(guó)Kent公司、美國(guó)Foxboro公司、Fischer＆Por－ter公司等都有獨(dú)具特色的產(chǎn)品。但據(jù)公開(kāi)報(bào)導(dǎo)所悉，這些公司目前大都只有管徑小于200毫米的產(chǎn)品，不能用于大流量測(cè)量。據(jù)美國(guó)4，248，098專(zhuān)利介紹日本橫河電機(jī)公司在七十年代末期研制的應(yīng)力檢測(cè)式壓電傳感器較好地解決了流量測(cè)量靈敏度和寬量程比之間的矛盾，但在測(cè)量低流速氣體時(shí)仍然信號(hào)太弱，呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，其空氣流速測(cè)量下限為6米／秒，不能滿(mǎn)足某些低流速氣體測(cè)量的需要。由于隨機(jī)因素的影響，單發(fā)生體結(jié)構(gòu)發(fā)出的流量信號(hào)有較大的幅度起伏，甚至偶爾出現(xiàn)間歇現(xiàn)象，在低流速時(shí)尤為嚴(yán)重，影響了流量測(cè)量的穩(wěn)定性和重復(fù)性，降低了精度指標(biāo)。對(duì)于大直徑氣體管道，為了節(jié)能和減少壓損，工作流速往往在6米／秒以下，這對(duì)于現(xiàn)有的渦街流量計(jì)和其它品種的工業(yè)流量計(jì)都是難以勝任的。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，而推出一種適于大于200毫米直徑管道、用點(diǎn)流速法測(cè)量滿(mǎn)管流量的插入式渦街流量計(jì)，其使用條件可參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO－7145。本發(fā)明采用一種新的雙旋渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)，以便在低流速氣體測(cè)量中仍能獲得穩(wěn)定的流量信號(hào)，改善信號(hào)的起伏度，提高信噪比。
插入式渦街流量計(jì)在管道上的配置如圖1。流量傳感器1通過(guò)絲桿2插入被測(cè)管道3內(nèi)，浸沒(méi)于被測(cè)流體之中，調(diào)節(jié)絲桿2，改變傳感器的插入深度。絲桿2的絲母法蘭座5固定在球閥4上，以實(shí)現(xiàn)不斷流也可裝卸傳感器。在絲桿2的另一端則裝有儀表放大器盒7，用指示桿6指示流體流動(dòng)方向。流量傳感器1由圓筒10、前發(fā)生體13、后發(fā)生體9、敏感元件12、壓塊11組成(圖2)。后發(fā)生體9是一個(gè)斷面為梯形的柱體，上端與圓筒10焊接在一起，并通過(guò)螺紋連接在絲桿2的端部，再用銷(xiāo)釘8固死。也可用螺栓16將后發(fā)生體9、圓筒10和絲桿2連接起來(lái)(如圖4)。絲桿2應(yīng)有足夠的剛度，以保證整個(gè)插入部件的機(jī)械自振頻率落在渦街頻率范圍之外。塑料墊片14起密封作用，防止流體進(jìn)入后發(fā)生體的內(nèi)部。后發(fā)生體9的內(nèi)部膛孔中裝有壓電晶片12，例如可用PZT壓電陶瓷等制作，晶片上疊放著壓塊11，用粘接劑將三者固結(jié)為一個(gè)整體，壓塊起著加強(qiáng)粘接體剛度的作用。根據(jù)介質(zhì)工作溫度，可選擇環(huán)氧樹(shù)脂、高溫?zé)o機(jī)粘接劑等粘接劑材料。后發(fā)生體9的下端懸空，當(dāng)發(fā)生體兩側(cè)的旋渦升力交替作用在后發(fā)生體9上時(shí)，在發(fā)生體內(nèi)部產(chǎn)生彎曲正應(yīng)力，此應(yīng)力作用在粘接的壓電晶片12上產(chǎn)生交變電荷，通過(guò)電極用導(dǎo)線(xiàn)15引出，交變電荷的頻率即為渦街頻率。這種懸臂樑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的流量信號(hào)比美國(guó)專(zhuān)利4，248，098中所述的一端固定，一端簡(jiǎn)支樑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的流量信號(hào)大10倍以上。本發(fā)明采取后發(fā)生體9下部中空，上部加裝壓塊11等措施，使后發(fā)生體9的重心提高至壓電晶片的裝設(shè)位置處，以使非流量信號(hào)的振動(dòng)干擾限制在較小程度。前發(fā)生體13為菱形斷面柱體，其上下端可用焊接、鉚接或螺釘固接在圓筒10的殼體上，必須保證前后發(fā)生體均對(duì)稱(chēng)裝設(shè)在圓筒的軸線(xiàn)上。由于前后發(fā)生體的聯(lián)合作用，旋度增加，信號(hào)幅度比單發(fā)生體結(jié)構(gòu)增強(qiáng)5～10倍，從根本上消除了信號(hào)起伏和間歇現(xiàn)象。在保證傳感器精度±1％的情況下，空氣流速測(cè)量下限可達(dá)到3米／秒，水的流速測(cè)量下限可達(dá)到0.4米／秒，量程比為201，重復(fù)性高達(dá)±0.06％，此時(shí)若將量程比縮小為101，則精度可達(dá)±0.5％。鑒于前發(fā)生體13的主要作用是產(chǎn)生旋渦，在設(shè)計(jì)時(shí)就可以適當(dāng)減小后發(fā)生體9的尺寸和質(zhì)量，從而減少振動(dòng)干擾。為了獲得良好的測(cè)量效果，推薦下列參數(shù)關(guān)系(圖3)傳感器圓筒10的內(nèi)徑D1與管道內(nèi)徑D2之比不大于0.11，以確保傳感器插入管道后不致過(guò)份影響流場(chǎng)分析。為了形成穩(wěn)定旋渦，傳感器圓筒10的長(zhǎng)度L為(1.4－1.6)D2，在有旋渦的流場(chǎng)中應(yīng)用時(shí)，加長(zhǎng)L可提高旋渦頻率的穩(wěn)定性，但L值過(guò)大會(huì)影響儀表的線(xiàn)性度。后發(fā)生體9的梯形斷面兩斜邊夾角θ等于60°，其迎流面寬度d2與圓筒10內(nèi)徑D1的比為0.27。由于前發(fā)生體13的存在，過(guò)份加大d2對(duì)增強(qiáng)信號(hào)并無(wú)顯著作用，d2過(guò)大還將增大阻力。后發(fā)生體9順流方向的長(zhǎng)度l2不應(yīng)大于其寬度d2，否則對(duì)擴(kuò)展流速下限、提高儀表精度不利，最佳關(guān)系為l2等于0.74d2。l3的存在對(duì)于穩(wěn)定流量計(jì)的工作性能，使得迎流面寬度尺寸d2不致在流體沖蝕下迅速變化是必要的，一般取l3等于(0.1～0.15)d2。前發(fā)生體13的斷面形狀和尺寸對(duì)渦街流量計(jì)的性能有很大影響。大量試驗(yàn)證明，其最佳形狀為直角菱形，這種形狀可以保證壓電晶片所拾取的流量信號(hào)幾乎是等幅的，無(wú)起伏現(xiàn)象，壓損也小。菱形的邊長(zhǎng)d1與后發(fā)生體9的迎流面寬度d2的比為0.45～0.85，最佳值為0.6。兩個(gè)發(fā)生體之間的距離l1同前發(fā)生體13的邊長(zhǎng)d1之間應(yīng)取相適應(yīng)的關(guān)系，d1愈小，l1應(yīng)愈小。隨著l1的縮短，斯特羅哈數(shù)St愈穩(wěn)定，有利于提高精度和減少傳感器的壓損。其最佳值為l1等于(2.2～2.4)d1，這樣就打破了美國(guó)專(zhuān)利4，350，047中規(guī)定的l1至少為4d1的說(shuō)法，從而能把雙發(fā)生體結(jié)構(gòu)應(yīng)用到插入式渦街流量計(jì)的傳感器中。
本發(fā)明適合于大直徑管道流量的測(cè)量，最大管徑可達(dá)2米，并具有量程比寬(201)，節(jié)能、溫度適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，可在－20～＋300℃范圍內(nèi)工作，精度高、氣液通用，在多塵和有腐蝕性的惡劣環(huán)境中工作可靠。
權(quán)利要求
1.一種利用傳感器來(lái)測(cè)量流體流量的渦街流量計(jì)，其特征在于所說(shuō)的傳感器(1)是用螺紋和銷(xiāo)釘(8)或用螺栓(16)固裝在可調(diào)節(jié)插入深度的絲桿(2)下端，傳感器由圓筒(10)、前發(fā)生體(13)、后發(fā)生體(9)、敏感元件(12)和壓塊(11)組成。
2.按照權(quán)利要求
1所述的后發(fā)生體(9)是斷面為梯形的柱體，其上端焊接或用螺栓(16)連接在圓筒(10)上，下端懸空。
3.按照權(quán)利要求
1所述的前發(fā)生體(13)是斷面為直角菱形的柱體，其上下端可用焊接、鉚接或螺釘固接在圓筒(10)上，其對(duì)角線(xiàn)與圓筒(10)軸線(xiàn)相重合。
4.按照權(quán)利要求
1所述的敏感元件(12)是高溫壓電陶瓷元件，用高溫?zé)o機(jī)粘接劑將陶瓷元件與后發(fā)生體(9)連接為一整體。
5.按照權(quán)利要求
1－3所述的圓筒(10)的內(nèi)徑D1與管道(3)的內(nèi)徑D2之比不大于0.11，圓筒(10)長(zhǎng)度L與其內(nèi)徑D1之比為1.4～1.6。
6.按照權(quán)利要求
1或2所述的后發(fā)生體(9)梯形斷面兩斜邊之夾角θ為60°，其迎流面寬度d2與圓筒(10)內(nèi)徑D1之比為0.27，其順流方向長(zhǎng)度l2與迎流面寬度d2之比為0.74。
7.按照權(quán)利要求
1或3所述的前發(fā)生體(13)菱形的邊長(zhǎng)d1與后發(fā)生體(9)迎流面寬度d2之比為0.45～0.85。
8.按照權(quán)利要求
1－3所述的前、后發(fā)生體之間的距離l2與前發(fā)生體斷面菱形邊長(zhǎng)d1的最佳比為2.2～2.4。
專(zhuān)利摘要
插入式渦街流量計(jì)，屬于測(cè)量流量的儀器。提出一種利用傳感器、采用點(diǎn)流速法測(cè)量滿(mǎn)管流量的流量計(jì)。該流量計(jì)用一根可調(diào)節(jié)插入深度的絲桿，在絲桿下端固定了渦街流量傳感器，傳感器的敏感元件是檢測(cè)應(yīng)力的壓電晶片。傳感器采用雙旋渦發(fā)生體結(jié)構(gòu)，從而使傳感器大大提高了渦街信號(hào)的信噪比，并使流速測(cè)量下限得到較大的擴(kuò)展。本流量計(jì)適合于大直徑管道流量的測(cè)量，最大管徑可達(dá)2米，測(cè)量精度高，氣液通用，在多塵和有腐蝕性的惡劣環(huán)境中工作可靠。
文檔編號(hào)G01F1/20GK86205428SQ86205428
公開(kāi)日1987年9月9日 申請(qǐng)日期1986年7月25日
發(fā)明者彭炫, 曹倬, 李青, 王毅, 陳建武 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙礦山研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan