专利名称:插入式涡街流量计的制作方法
属于测量流量的仪器。
插入式涡街流量计是一种测量流体流量的仪器。目前国内外使用的工业流量计有节流式流量计、插入式涡轮流量计、电磁流量计、测速管以及七十年代末问世的涡街流量计。节流式流量计的测量范围窄，压力损失大，能耗高；大直径节流装置的造价高、安装困难、冬季需加保温防冻措施。插入式涡轮流量计虽标定精度较高，但对介质清洁度要求苛刻，并要求经常标定，运行可靠性不高。电磁流量计仅适用于液体介质，且大管径产品造价昂贵，难以推广。测速管虽造价低且节能，但量程比小，有结冻现象，不适于在污水和含尘气体中长期工作。美国Eeastech公司和日本横河电机公司分别推出的第一代涡街流量计，目前已具有量程比宽、压损小、精度高、复现性好、构造简单、运行可靠、气液通用、温度适应性好等突出优点。西德E－H公司、英国Kent公司、美国Foxboro公司、Fischer＆Por－ter公司等都有独具特色的产品。但据公开报导所悉，这些公司目前大都只有管径小于200毫米的产品，不能用于大流量测量。据美国4，248，098专利介绍日本横河电机公司在七十年代末期研制的应力检测式压电传感器较好地解决了流量测量灵敏度和宽量程比之间的矛盾，但在测量低流速气体时仍然信号太弱，呈现不稳定现象，其空气流速测量下限为6米／秒，不能满足某些低流速气体测量的需要。由于随机因素的影响，单发生体结构发出的流量信号有较大的幅度起伏，甚至偶尔出现间歇现象，在低流速时尤为严重，影响了流量测量的稳定性和重复性，降低了精度指标。对于大直径气体管道，为了节能和减少压损，工作流速往往在6米／秒以下，这对于现有的涡街流量计和其它品种的工业流量计都是难以胜任的。
本发明的目的在于克服上述缺点，而推出一种适于大于200毫米直径管道、用点流速法测量满管流量的插入式涡街流量计，其使用条件可参照国际标准ISO－7145。本发明采用一种新的双旋涡发生体结构，以便在低流速气体测量中仍能获得稳定的流量信号，改善信号的起伏度，提高信噪比。
插入式涡街流量计在管道上的配置如图1。流量传感器1通过丝杆2插入被测管道3内，浸没于被测流体之中，调节丝杆2，改变传感器的插入深度。丝杆2的丝母法兰座5固定在球阀4上，以实现不断流也可装卸传感器。在丝杆2的另一端则装有仪表放大器盒7，用指示杆6指示流体流动方向。流量传感器1由圆筒10、前发生体13、后发生体9、敏感元件12、压块11组成(图2)。后发生体9是一个断面为梯形的柱体，上端与圆筒10焊接在一起，并通过螺纹连接在丝杆2的端部，再用销钉8固死。也可用螺栓16将后发生体9、圆筒10和丝杆2连接起来(如图4)。丝杆2应有足够的刚度，以保证整个插入部件的机械自振频率落在涡街频率范围之外。塑料垫片14起密封作用，防止流体进入后发生体的内部。后发生体9的内部膛孔中装有压电晶片12，例如可用PZT压电陶瓷等制作，晶片上叠放着压块11，用粘接剂将三者固结为一个整体，压块起着加强粘接体刚度的作用。根据介质工作温度，可选择环氧树脂、高温无机粘接剂等粘接剂材料。后发生体9的下端悬空，当发生体两侧的旋涡升力交替作用在后发生体9上时，在发生体内部产生弯曲正应力，此应力作用在粘接的压电晶片12上产生交变电荷，通过电极用导线15引出，交变电荷的频率即为涡街频率。这种悬臂樑结构所产生的流量信号比美国专利4，248，098中所述的一端固定，一端简支樑结构所产生的流量信号大10倍以上。本发明采取后发生体9下部中空，上部加装压块11等措施，使后发生体9的重心提高至压电晶片的装设位置处，以使非流量信号的振动干扰限制在较小程度。前发生体13为菱形断面柱体，其上下端可用焊接、铆接或螺钉固接在圆筒10的壳体上，必须保证前后发生体均对称装设在圆筒的轴线上。由于前后发生体的联合作用，旋度增加，信号幅度比单发生体结构增强5～10倍，从根本上消除了信号起伏和间歇现象。在保证传感器精度±1％的情况下，空气流速测量下限可达到3米／秒，水的流速测量下限可达到0.4米／秒，量程比为201，重复性高达±0.06％，此时若将量程比缩小为101，则精度可达±0.5％。鉴于前发生体13的主要作用是产生旋涡，在设计时就可以适当减小后发生体9的尺寸和质量，从而减少振动干扰。为了获得良好的测量效果，推荐下列参数关系(图3)传感器圆筒10的内径D1与管道内径D2之比不大于0.11，以确保传感器插入管道后不致过份影响流场分析。为了形成稳定旋涡，传感器圆筒10的长度L为(1.4－1.6)D2，在有旋涡的流场中应用时，加长L可提高旋涡频率的稳定性，但L值过大会影响仪表的线性度。后发生体9的梯形断面两斜边夹角θ等于60°，其迎流面宽度d2与圆筒10内径D1的比为0.27。由于前发生体13的存在，过份加大d2对增强信号并无显著作用，d2过大还将增大阻力。后发生体9顺流方向的长度l2不应大于其宽度d2，否则对扩展流速下限、提高仪表精度不利，最佳关系为l2等于0.74d2。l3的存在对于稳定流量计的工作性能，使得迎流面宽度尺寸d2不致在流体冲蚀下迅速变化是必要的，一般取l3等于(0.1～0.15)d2。前发生体13的断面形状和尺寸对涡街流量计的性能有很大影响。大量试验证明，其最佳形状为直角菱形，这种形状可以保证压电晶片所拾取的流量信号几乎是等幅的，无起伏现象，压损也小。菱形的边长d1与后发生体9的迎流面宽度d2的比为0.45～0.85，最佳值为0.6。两个发生体之间的距离l1同前发生体13的边长d1之间应取相适应的关系，d1愈小，l1应愈小。随着l1的缩短，斯特罗哈数St愈稳定，有利于提高精度和减少传感器的压损。其最佳值为l1等于(2.2～2.4)d1，这样就打破了美国专利4，350，047中规定的l1至少为4d1的说法，从而能把双发生体结构应用到插入式涡街流量计的传感器中。
本发明适合于大直径管道流量的测量，最大管径可达2米，并具有量程比宽(201)，节能、温度适应性好等优点，可在－20～＋300℃范围内工作，精度高、气液通用，在多尘和有腐蚀性的恶劣环境中工作可靠。
权利要求
1.一种利用传感器来测量流体流量的涡街流量计，其特征在于所说的传感器(1)是用螺纹和销钉(8)或用螺栓(16)固装在可调节插入深度的丝杆(2)下端，传感器由圆筒(10)、前发生体(13)、后发生体(9)、敏感元件(12)和压块(11)组成。
2.按照权利要求
1所述的后发生体(9)是断面为梯形的柱体，其上端焊接或用螺栓(16)连接在圆筒(10)上，下端悬空。
3.按照权利要求
1所述的前发生体(13)是断面为直角菱形的柱体，其上下端可用焊接、铆接或螺钉固接在圆筒(10)上，其对角线与圆筒(10)轴线相重合。
4.按照权利要求
1所述的敏感元件(12)是高温压电陶瓷元件，用高温无机粘接剂将陶瓷元件与后发生体(9)连接为一整体。
5.按照权利要求
1－3所述的圆筒(10)的内径D1与管道(3)的内径D2之比不大于0.11，圆筒(10)长度L与其内径D1之比为1.4～1.6。
6.按照权利要求
1或2所述的后发生体(9)梯形断面两斜边之夹角θ为60°，其迎流面宽度d2与圆筒(10)内径D1之比为0.27，其顺流方向长度l2与迎流面宽度d2之比为0.74。
7.按照权利要求
1或3所述的前发生体(13)菱形的边长d1与后发生体(9)迎流面宽度d2之比为0.45～0.85。
8.按照权利要求
1－3所述的前、后发生体之间的距离l2与前发生体断面菱形边长d1的最佳比为2.2～2.4。
专利摘要
插入式涡街流量计，属于测量流量的仪器。提出一种利用传感器、采用点流速法测量满管流量的流量计。该流量计用一根可调节插入深度的丝杆，在丝杆下端固定了涡街流量传感器，传感器的敏感元件是检测应力的压电晶片。传感器采用双旋涡发生体结构，从而使传感器大大提高了涡街信号的信噪比，并使流速测量下限得到较大的扩展。本流量计适合于大直径管道流量的测量，最大管径可达2米，测量精度高，气液通用，在多尘和有腐蚀性的恶劣环境中工作可靠。
文档编号G01F1/20GK86205428SQ86205428
公开日1987年9月9日 申请日期1986年7月25日
发明者彭炫, 曹倬, 李青, 王毅, 陈建武 申请人:长沙矿山研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan