專利名稱：壓電式旋渦差動流量傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于實時測量液體、氣體和蒸汽流量的傳感器。
目前國內大部分流量傳感器都為殼體內有動件，如葉輪等，承受不了復雜介質的沖擊破壞，測量污水流量時，結垢后測量精確度急劇下降，且容易堵塞泥沙，發生事故，影響生產。
渦街流量傳感器多為三角柱、四角柱、梯形柱等旋渦發生體應力式檢測方式。雖然殼體內無動件，但將壓電陶瓷，半導體應變片等轉換元件裝入旋渦發生體中。根據庫塔-茹科夫斯基理論，環流使柱體單位長度上受到升力，靠應變，應力使轉換元件產生脈沖信號進行檢測。渦街信號強度與流體密度和流速的平方成正比例。這樣，在流體密度小(低壓氣體)和流量較小時，信號弱，易受干擾破壞，或外界條件稍有變化時便不能正常檢測。
本實用新型的目的是提出一種新型的流量傳感器，該傳感器具有較高的測量靈敏度，在小流量時利用差動原理仍可以給出較強的檢測信號，抗干擾能力強。
本實用新型的目的是這樣實現的將方柱型旋渦發生體1垂直于傳感器殼體11軸線緊固，其固定方式可以焊接、膠接，用緊固件緊固，在旋渦發生體1后(相對流體流動方向)相隔一定距離裝有帶傳力軸6與觸頭板10的框架式結構2，(觸頭板10、傳力軸6與框架式結構2之間用焊接、粘結等方法固定)，旋渦發生體1與框架式結構2相隔距離為管狀殼體11內徑的(0.05～0.35)倍；使觸頭板10上的觸頭接觸用振動膜封裝在調整座7內的壓電陶瓷3上。調整座7開有長孔，可調，調后緊固在扣蓋4上。壓電陶瓷3的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。
由于旋渦發生體1與框架式結構2之間存在間隙，充當流體相互作用區，當流體以一定速度流過時，在該間隙內產生一個流體停滯區，隨著兩列旋渦的交替放出，停滯區也隨之左右移動。當有旋渦從左邊放出時，在旋渦處，速度高而壓力低，這種低壓區的出現，使得停滯區向左偏移，造成大量流體涌向框架式結構2的右臂，并對其產生推力。
與此相反，當有旋渦從右邊放出時，旋渦處的低壓造成停滯區向右偏移，使得大量流體涌向框架式結構2的左臂，并對其產生推力。由此可知，當有旋渦交替生成時，停滯區隨之左右移動，使得框架式結構2的兩臂交替受到流體的涌動力，其頻率與旋渦釋放頻率相同。通過檢測停滯區左右移動的頻率，或者檢測流體對框架式結構2的兩臂交替涌動的頻率，就可以得出旋渦分離的頻率，并由此得出管道內流體的平均流動速度。有了上述結構形式，如圖7所示，框架式結構2為懸軸式，可微微擺動(擺力)，使觸頭板10上的觸頭觸動用振動膜封裝在調整座7內的壓電陶瓷3上，產生電信號，其變化頻率與旋渦釋放頻率相同。將壓電陶瓷3的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。這樣就實現了旋渦差動式的機電變換。本實用新型采用可拆卸式結構，如圖7所示，將旋渦發生體1用螺釘緊固在扣蓋4上，其下端用銷釘定位，進而緊壓在殼體11中，實現旋渦發生體1垂直于傳感器殼體11軸線的緊固，并將軸尖支承8緊固在殼體11上，將傳力軸6固裝在框架式結構2上，使軸尖支承8和傳力軸6分別支承在裝有石墨軸承5的孔中，組裝后成為可拆卸式結構，使之維修方便，提高整機壽命。本實用新型的旋渦發生體1制成如

圖1所示的方柱型。帶傳力軸6與觸頭板10的框架式結構2制成如圖4所示外輪廓及內長孔輪廓均為直線，或如圖4雙點劃線所示上下為斜線的外輪廓，或如圖5所示的外輪廓制成中間寬，上下窄的圓弧連接形狀，或如圖6所示內外輪廓均制成圓弧的形狀，或內長孔輪廓仍為直線，外輪廓為弧線的形狀。本實用新型在框架式結構2對稱中心的上部固緊傳力軸6，在傳力軸6的上部緊固觸頭板10，其觸頭板10既可以向后指向成為垂直尾翼式，又可以向前指向，即在360°任意方向均可，更可以垂直對稱于傳力軸6軸線緊固。然后調整調整座7，使觸頭與封裝的壓電陶瓷3接觸，實現如圖7所示在轉換腔9中的調整裝夾機電變換。
本實用新型的特點是信號強烈，抗干擾，性能穩定可靠，測量精確度高，范圍度大，下限特別低，測量污水流量時對一般結垢不敏感。
圖1為本實用新型中旋渦發生體主視圖。
圖2為本實用新型中旋渦發生體側視圖。
圖3為本實用新型中框架式結構主剖視原理結構示意圖。
圖4為本實用新型為帶有傳力軸與觸頭板的框架式結構原理結構示意圖。
圖5為本實用新型中框架式結構外輪廓中間寬，上下窄的原理結構示意圖。
圖6為本實用新型中框架式結構內外輪廓均是圓弧形狀或內長孔輪廓直線的原理結構示意圖。
圖7為本實用新型在轉換腔中調整，機電變換結構示意圖。
實施例本實用新型中旋渦發生體為1鉻18鎳9鈦(1Cr18Ni9Ti)材料，寬為傳感器內徑的0.26倍，厚為寬度的0.5倍，框架式結構的寬度要滿足旋渦發生體寬＜框架寬＜1.6×旋渦發生體寬。本實用新型現已在大慶油田采油一廠污水測量管線上安裝使用。
權利要求1.一種壓電式旋渦差動流量傳感器，主要包括機電變換器，其特征在于將方柱型旋渦發生體[1]垂直于傳感器殼體[11]軸線緊固，在旋渦發生體[1]后(相對流體流動方向)相隔一定距離裝有帶傳力軸[6]與觸頭板[10]的框架式結構[2]，旋渦發生體[1]與框架結構[2]相隔距離為管狀殼體內徑的0.05～0.35倍，框架式結構[2]的外輪廓及內長孔輪廓均為直線，或上下為斜線的外輪廓。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于將旋渦發生體[1]用螺釘緊固在扣蓋[4]上，其下端用銷釘定位，進而緊壓在殼體[11]中，實現旋渦發生體[1]垂直于傳感器殼體[11]軸線的緊固，并將軸尖支承[8]緊固在殼體[11]上，將傳力軸[6]固裝在框架式結構[2]上，使軸尖支承[8]和傳力軸[6]分別支承在裝有石墨軸承[5]的孔中。
3.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于將框架式結構[2]上的觸頭板[10]接觸用振動膜封裝在調整座[7]內的壓電陶瓷[3]上，調整座[7]開有長孔，可調，調后緊固在扣蓋[4]上，壓電陶瓷[3]的輸出端與裝在殼體外的測量電路輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于在框架式結構[2]對稱中心的上部固緊傳力軸[6]，在傳力軸[6]的上部緊固觸頭板[10]，其觸頭板[10]既可以向后指向成為垂直尾翼式，又可以向前指向，即在360°任意方向均可，更可以垂直對稱于傳力軸[6]軸線緊固，然后調整調整座[7]，使觸頭與封裝的壓電陶瓷[3]接觸，實現在轉換腔[9]中的調整裝夾機電變換。
5.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結構[2]外輪廓線為中間寬，上下窄圓弧連線的形狀。
6.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結構[2]內外輪廓均為圓弧形狀。
7.根據權利要求1所述的傳感器，其特征在于框架式結構[2]內長孔輪廓為直線，外輪廓為弧線的形狀。
專利摘要本實用新型涉及一種壓電式旋渦差動流量傳感器，其主要特征是將旋渦發生體垂直于傳感器殼體軸線緊固，在其后相隔(0.05～0.35)倍殼體內徑的距離裝有帶傳力軸與觸頭板的框架式結構。利用觸頭板上的觸頭觸動封裝在調整座上的壓電陶瓷，實現機電變換，測量液體、氣體和蒸汽流量。本實用新型具有信號強烈，抗干擾，性能穩定可靠，測量精確度高，量程寬等優點。
文檔編號G01F1/56GK2257603SQ96203199
公開日1997年7月9日 申請日期1996年6月30日 優先權日1996年6月30日
發明者龔振起, 徐亞新, 龔海濤 申請人:哈爾濱工業大學, 哈爾濱現代自動化儀表研究所