专利名称：涡流流量计检测器和涡流流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种涡流流量计检测器和涡流流量计，更具体地说，涉及这样一种涡流流量计检测器，该检测器在涡流发生器体的一端处以可卸方式形成悬臂，并且响应于由卡门涡流引起的交变压力输出涡流信号；以及涉及装有该涡流流量计检测器的涡流流量计。
涡流流量计是一种推论式流量计，它的工作原理是由支承在流体管道中的涡流发生器体单位时间产生的卡门涡流数与给定的雷诺数表示的流速成比例，其中该推论式流量计具有用于检测由涡流发生器体产生的卡门涡流的涡流流量计检测器。有两种类型的涡流流量计，一种是具有一个整体包含在涡流发生器体内的涡流流量计检测器的整体型的，另一种是具有一种在涡流发生器体配置处配置的涡流流量计检测器的分立型的。整体型的流量计的优点在于，尺寸可以做得小。
在现有技术的涡流流量计检测器中，涡流发生器体的两端利用热缩性适配结合到作为流体测量通道的圆柱形流体通道，其中在涡流发生器体的两侧开有压力引入孔口。该压力引入孔口与一凹入的测量室相连通，该测量室由与流体管道成一体的涡流发生器体的一端沿轴线方向形成孔口。在流体管道的外侧壁处形成一固定用的表面，并且该固定用的表面具有一与测量室的轴线相垂直的表面，其中一具有固定法兰的振荡管以密封方式在流体管道中伸出呈悬臂状。
振荡管包含一圆柱形筒体，该筒体具有一底部和由该圆柱形筒体的底部同轴向外延伸的承压板，其中，该承压板面向压力引入孔口。一个与承压板齐平的弹性板状基体材料沿轴向插入到圆柱形筒体中，以及一些压电元件贴到弹性基体材料的两侧、借此使弹性基体材料利用高度绝缘的填充剂例如玻璃整体固定到圆柱形筒体上。
假如被测液体沿一与纸面垂直的方向流动，相对于涡流发生器体在下游侧产生卡门涡流，以及在涡流发生器体的两侧产生交变压力，该交变压力经过设在沿涡流发生器体的较高部分和较低部分的涡流发生器体中的压力引入孔口引入压力测量室，使得承压板向右和向左位移。这种交变位移传递到该贴到悬臂振荡管上的压电元件，使得响应于与流速成正比的交变压力由连接端输出涡流信号。
由于，根据涡流流量计的孔口直径确定的涡流发生器体被固定到涡流流量计上，即使涡流发生器体的尺寸有差异，涡流流量计还是采用具有共同的或相同尺寸的振荡管。此外，由于采用具有相同形状的振荡管(该振荡管呈悬臂状并插入涡流发生器体的测量室)，产生的优点是，形成结构是合理的。因此，能提供低成本的涡流流量计。
如上所述，该涡流流量计具有简单的结构，它包含一圆柱形流体管道、固定在圆柱形流体管道内侧的涡流发生器体以及安装在涡流发生器体内侧的涡流流量计检测器，并且它是一推理式流量计，能够测量按照雷诺数表示的预定范围的流速(量)，而不必考虑流体的种类，即气体还是液体。然后，为了在宽的雷诺数的范围内高精度地测量流速，涡流发生器体的形状和涡流发生器体与圆柱形流体管道内径之间的相互关系是很重要的，关于这个问题迄今已经提出很多方案。
在满足上述条件的各种涡流流量计中，一种是具有形状为等腰三角形截面的涡流发生器体的，其中它的上游侧构成一基体，涡流发生器体的面向流动流体的部分的宽度d对圆柱形流体管道的内径D的比(d/D)设定为一接近0.28的值，等腰三角形的高度对流体通道的内径D的比设定为1.5到3.5。
在涡流发生器体的宽度d和流体管道的内径D之间的比定为0.28的涡流流量计中，涡流发生器体固定到流体管道上，同时，沿流体管道的直径的方向贯穿流体管道。因此，流体管道具有沿管道直径方向形成的孔，以及要适配装入这些孔中的涡流发生器体具有圆柱形部分，利用嵌入孔中的O形环将它们密封。涡流发生器体在通道中的截面呈指定的等腰三角形，其中在上游侧有一基体，并在外端面为圆形，即截面具有各不同的形状。涡流发生器体利用在其一端的套环处的螺钉以在另一端的压力环被流体管道所夹持。因此，当从通道的上游侧着涡流发生器体时，在通道中的涡流发生器体包含由三角棱柱形的基体形成的矩形区部分、由部分通道壁表面以及矩形部分的短侧形成的弧形区部分。
于是，虽然，为了测量从深冷的LNG(液化天然气)到高温气流等很宽温度范围的流体，要使用该涡流流量计，即开始介绍的利用玻璃作为填充剂的现有技术的涡流流量计检测器，会产生如下问题
(1)产生的一个问题是振荡管的耐腐蚀问题，这是由于要在高温下处理玻璃和将玻璃填入振荡管，因此削弱了振荡管的强度。
(2)为了消除当密封玻璃时产生的内部应力和防止空气泡进入并与玻璃混合，以及振荡管难于制造，都很花费时间。
(3)由于局部产生的应力集中引起的疲劳效应和由于振荡管的材料的热疲劳效应以及在玻璃的内应力消除之前的玻璃的热膨胀系数与玻璃的内应力被消除之后的热膨胀系数有很大的不同引起的热疲劳效应，很可能在振荡管中产生裂缝或者使振荡管断裂。
(4)由于流量计检测器直于暴露于流体，特别是当为高温液体时，在玻璃中所含的湿气逐渐地达到压电元件，使得绝缘电阻降低，使用的高温范围受到限制。
(5)为了干燥涡流量计检测器很耗费时间，此外，即使涡流流量计是干燥的要充分除去潮气也是很困难的。
(6)虽然采用绝缘材料覆盖的平行引线作为引线，以及将它们插入金属管中，然而，当振荡检测元件的输出阻抗很高时，由于振荡引起的电容的变化，使噪声变大，信噪比变差。
第二种现有技术的涡流流量计的涡流发生器体在两端是圆柱形的，以及面向流动流体的部分具有各种形状(包括等腰三角形)的多个台阶，以及流体管道必须开有孔口以便在其中根据涡流发生器体的形状插入涡流发生器体，使得在制造涡流发生器体时成分高。因此，即使涡流发生器体结构是简单的，仍存在成本高的缺点。
本发明的一个目的是提供一种涡流流量计检测器，它能够通用于具有不同孔口的涡流流量计中，并且能够稳定地和高精度地测量处于各种温度条件下的流体的很宽范围的流量率。
本发明的另一个目的是提供一种流量计，它能够利用精密铸造与流体管道和涡流发生器体整体形成，从而降低流量计的成本和改进仪器的误差特性。
图1(A)和1(B)分别是解释现有技术的涡流流量计检测器和涡流发生器体的第一实例的断面图；图2(A)和2(B)分别是解释现有技术的涡流流量计的第二实例的断面图3(A)到3(C)是表示根据本发明的第一实施例的涡流流量计检测器的主要零件的断面图；图4(A)到4(C)是表示根据本发明的第二实施例的涡流流量计检测器的主要零件的断面图；图5(A)到5(C)是分别解释装有根据本发明的第一实施例的涡流流量计检测器的涡流流量计的断面图；图6(A)和6(B)是分别解释装有根据本发明的第二实施例的涡流流量计检测器的涡流流量计的断面图；以及图7(A)到7(C)是分别解释装有根据本发明的第三实施例的涡流流量计检测器的涡流流量计的断面图。
图1(A)是用于解释现有技术的涡流流量计检测器的断面图，图1(B)是涡流发生器体的断面图(沿图1(A)中的箭头B-B所取的)。在该涡流流量计中，涡流发生器体12的两端利用热缩性造配结合到圆柱形流体通道11上，以便固定到流有侍测流体的圆柱形流体通道11。两个压力引入孔口15和15开在涡流发生器体12的两侧。两个压力引入孔口15和15与凹入的测量室14相连通，该测量室14由与圆柱形流体通道11成一体的涡流发生器体12的一端开有孔口并且在涡流发生器体12中轴向延伸。一固定用的表面13形成在圆柱形流体管道11的外壁上，其位置垂直于测量室14的轴线。具有固定用法兰21的振荡管20借助固定用的表面13呈悬臂状，与圆柱形流体管道11以密封方式形成接触。
振荡管20包含一个带有底部的圆柱形筒体16和一个承压板16a，该承压板16a与圆柱形筒体16同轴配置并由圆柱形筒体16的底部向外延伸，其中，承压板16a面对两个压力引入孔口15和15。
板形弹性基体材料17沿圆柱形筒体16的轴线方向插入到圆柱形筒体16并且与承压板16a齐平。压电元件18贴到弹性基体材料17的两侧表面上，因此，利用一具有高绝缘性能和由玻璃类制的填充剂或密封剂19整体固定到圆柱形筒体16上。
当待测流体沿与图1(A)的纸面垂直的方向流动时，在涡流发生器体12的下游侧产生卡门涡流，并在涡流发生器体12的两侧产生交变压力。将经过形成在图1(A)中涡流发生器体12的较高和较低部分提供的两个压力引入孔口15和15的该交变压力引入到测量室14，以便使承压板16a交替地向右和向左位移。交变的位移传递到贴在悬臂的振荡管20内侧的压电元件18上，这样由连接端22输出一响应由卡门涡流引起的交变压力产生的且和流速成正比的涡流信号。
虽然，将根据涡流流量计的孔口确定尺寸的涡流发生器体固定到涡流流量计，对于具有各种不同尺寸的涡流发生器体采用相同尺寸的振荡管20。然而由于采用装有相同形状的振荡管(呈悬臂状并插入到涡流发生器体12的测量室14中)的涡流流量计检测器，其效果是使形成结构合理化，因此，以低成本提供涡流流量计。
如上所述，该涡流液量计具有简单的结构，它包含圆柱形流体管道11、固定在圆柱形流体管道11内侧的涡流发生器体12以及安装在涡流发生器体12内侧的振荡管20，是一种推理式的流量计，能够测量按照雷诺数表示的预定范围的流速(量)、而不必考虑流体的种类，即气体还是液体。然而，为了高精度地在很宽的雷诺数范围内的流速，涡流发生器体12的形状和涡流发生器体12与圆柱形流体管道11的内径之间的相互关系也是很重要的，关于这个问题，迄今已经提出很多方案。
在满足上述条件的各种涡流流量计中，有一种含断面为等腰三角形的涡流发生器体12，其中在其上游侧形成一个基体，在涡流发生器体12的面向流体的部分的宽度d与圆柱形流体通通11的内径的比(d/D)约设定为0.28，该内径D和等腰三角形的高L之间的比(L/D)设定为1.5到3.5。
在图2(A)和2(B)中表示满足这样条件的一种现有技术的涡流流量计主体。图2(A)和图2(B)是分别解释理有技术的涡流流量计的第二实例的断面图，其中图2(A)是沿图2(B)中的箭头A-A所取的断面图，图2(B)是沿图2(A)中的箭头B-B所取的断面图。31柱注流体管道，32是一通道，33是涡流发生器体，34是外端面，35和36是O形环，37是压力环，38是螺钉，箭头F代表流体流动方向。
涡流发生器体33的宽度和流体管道的直径D之间的比(d/D)在图2(A)和2(B)所示的现有技术的涡流流量计中设定为0.28。涡流发生器体33固定到圆柱形流体通道上，并沿流体管道31的直径方向贯穿流体管道31。相应地，流体管道31具有径此平行的端面31a和直径为D的圆形通道32。流体管道31还具有径向延伸的孔31b、31c和31d。要适配装入这些孔31b、31c和31d的涡流发生器体33在两端具有圆柱形部分33b、33c和33d，它们利用嵌入孔31b、31c和31d中的O形环35和36密封。涡流发生器体33在通道32中的断面为指定的等腰三角形，其中在它的上游侧有一基体，以及在断面的外端面34有各种形状多个台阶，并且该涡流发生器体利用在一端处的套环33a以及在另一端处利用螺钉38压紧的压环37由流体管道31所夹持。因此，在图2(A)所示的情况下，当由通道32的上游侧看涡流发生器体33时，在通道32中的涡流发生器体33包含由一三角棱柱的基体形成的矩形区部分33f，以及由在该矩形部分的两端处的通道32的部分壁表面32a形成的弧形部分以及矩形部分的矩侧33e形成的弧形区部分34a。
为了测量宽温度范围，即由深冷的LNG(液化的天然气)到高温的气流等的流体使用该涡流流量计。然而，在图1(A)中所示的现有技术的涡流流量计检测器，在振荡管20中采用玻璃作为填充剂或密封剂。因此，产生如在(1)到(6)中所述的问题。
如图2(A)中所示的现有技术的涡流流量计的涡流发生器体33在两端是圆柱形的，并且具有各种形状的多个台阶，在面向流动流体的部分形状为等腰三角形。为了安装与高成本的涡流发生器体33的形状相对应的涡流发生器体，流体管道31必须开有孔口。因此，存在的一个缺点是，现有技术的涡流流量计即使具有简单的结构，成本也是高的。
图3(A)到3(C)是解释根据本发明的第一实施例的涡流流量计检测器的断面图，其中图3(A)表示整体结构，图3(B)是沿图3(A)中的箭头B-B所取的放大的断面图，图3(C)是沿图3(A)中的箭头C-C所取的断面图。标号41标注振荡管，42是弹性基体材料，43a和43b分别是压电元件(振荡检测元件)，44a和44b分别是电极板，45是弹性板，46和47分别是输出连接端，48是盖帽，49是保护管，50是各引线，51是一终端部件，52是密封端，53是外部引线，54是各连接端，60是涡流流量计壳体(流体管道)，61是涡流发生器体，62是一通道，63是测量室，64a和64b分别是压力引入孔口。
在图3(A)中表示的涡流流量计检测器是一个安装在涡流流量计器体上的涡流检测器，该流量计器体包含圆柱形的流体管道60和两端支承在流体管道60中的涡流发生器体61。凹入的测量室63在涡流发生器体61中开有孔口，以便从发生器体的一端轴向延伸，以及分别开在涡流发生器体61两侧的压力引入孔口64a和64b与测量室63连通。同轴贯穿测量室63的一个孔开在流体管道60中，它具有的一个检测器固定表面60a的位置垂直于测量室63的轴线。
振荡管41是一圆柱形筒体，它的一端是开通的，另一端有底部41c，并且还包含一位于在其开通端的外圆周处的法兰41a。振荡管41插入到测量室63，呈悬臂状，并利用法兰41a固定到检测器固定面60a上。承压板41b设在该插入到测量室63中的振荡管41的底部41c的外侧，其中利用承压板41b可以接受由涡流引起的交变压力，这个压力是由涡流发生器体61的压力引入孔口64a向测量室63引入的。
弹性基体材料具有一金属柱形的主体并插入到振荡管41中，其中弹性基体材料42的一端压力并固定到振荡管42上，它的另一端由一个板45支承，下文将介绍。因此，弹性基体材料42承受由于作用在振荡管41上的卡门涡流引起的可变的差分压力，并且将交替位移的振荡管41的位移高精确度地传输到振荡检测器元件上。弹性基体材料42在振荡管41的开通的上端的一部分处具有上压力配合部分42a，在振荡管41的底部41c处的端部42c，其中端部42c具有一小的(直径)尺寸的平整表面，例如朝向下端面截成锥形并在端面处是平直的。弹性基体材料42的中间部分的外径稍小于振荡管41的内径，与振荡管41不相接触。
两个斜削部42b形成在上压配合部分42a，振荡检测器元件例如压电元件43a和43b贴到如图3(B)所示的上压配合部分42a的每个表面上。压电元件43a和43b具有压电常数d33并沿它的厚度方向极化。分别由孔板构成的电极板44a和44b贴到未贴有压电元件43a和43b的表面上，因此形成一平行式的双压电晶片。压电元件43a和43b具有一个由弹性基体材料42构成的输出端和由彼此连接的电极板44a和44b形成的另一输出端46。替代压电元件43a和43b可以装另外的应变检测器。
具有与弹性基体材料42的轴线相垂直的表面的弹性板45如通过点焊固定到端部42c上。板45是圆盘状的并且它的外径稍大于振荡管41的直径，如图3所示，另外包括多个径向分布的凹槽45a和支承件45b。支承件45b由于这样一种方式而具有弹簧的作用，那它的外端部沿弹性基体材料42的轴线方向相对于端部42c可以位移，其中当支承件45b压入振荡管41中时，它可易于弯曲并沿插入方向插入振荡管41中，因此，将振荡管41的振荡位移高精确度地传输到弹性基体材料42。
振荡管41的开通的上端用盖帽48覆盖，用以保护振荡检测器元件，保持绝缘性能。保护管49贯穿盖帽48的中心并固定到盖帽48上，保护管49的另一端贯穿并固定到具有密封端52的端接部件51上。两条引线50插入到保护管49中并连接在外部连接端46、47和密封端52之间。外引线53和53的二连接端54和54连接到密封端52。当在密封端52固定到端接组件51之前，将干燥气体例如氮气封入端接组件51中时，在盖帽48内侧的气体由通过保护管49的这种干燥气体所置换，因此，即使压电元件43a和43b处于高温或低温条件下，压电元件43a和43b也维持良好绝缘。
具有如图3(A)所示配置的涡流流量计检测器可以利用弹性板45(具有凹槽和固定到弹性基体材料的底端上的，将振荡管的位移传输到弹性基体材料，设有利用填充剂或密封剂例如玻璃，同时，在振荡管中的弹性基体材料利用玻璃密封，以便将振荡管的位移传输到弹性基体材料，在现有技术的涡流流量计检测器中，振荡检测器元件贴到该弹性基体材料，这样可以易于组装涡流流量计检测器，并可以减少制造时间。然而，由于振荡管41和弹性基体材料42，在上部压力部分42a上彼此固定而不是彼此分开，所以存在的一个缺点是，当检查涡流流量计检测器或用另一个替换时，涡流流量计必须停止工作，以防止流体由涡流发生器体61的测量室63涌出。
图4(A)到4(C)用于解释根据本发明的第二实施例的涡流流量计检测器，其中图4(A)是涡流流量计的纵向断面图，图4(B)是涡流检测器部分的断面图，图4(C)是沿图4(b)中的箭头C-C所取的断面图。标号55柱注涡流检测部分，56是元件顶盖，57是将元件顶盖56固定到振荡管41上的固定法兰。功能与在图3(A)到3(C)中的各元件相同的元件使用相同的数字符号标注。
在图4(A)到4(C)中所示的涡流流量计检测器具有这样一种结构，那振荡管41和涡流检测部分55是彼此可卸开的，使得单独取出涡流检测部分55时不会中止流体的流动。即振荡管41以密封方式固定到流体管道上，以及利用元件顶盖56将涡流检测部分55以可卸方式固定到振荡管41上。
在区域P和Q利用元件顶盖56密封涡流检测部分55，其中置有分别贴到弹性基体材料42的两个沟槽42b上的压电元件43a和43b，以及将惰性气体密封在涡流检测部分55。固定到振荡管41的开通端的固定法兰57形成在元件顶盖56的外周边。由弹性板45和固定法兰57支承振荡管41，该弹性板45具有径向上的凹槽45a并固定到弹性基体材料42的末端42d。
由于元件顶盖56和弹性基体材料分别由两个斜削部42b的圆周部分P和两个斜削部42b的较低部分Q支承，如图4(C)所示，假如在元件顶盖56的较下部分的圆柱形部分55a做得较薄以降低它的刚性，则作用在振荡管41上的交变压力就会借助弹性板45传递到，分别贴到弹性基体材料42上的压电元件43a和43b上。
由于提供了具有元件顶盖56的涡流检测部分55，不必取下振荡管41就可由流体管道卸下涡流检测部分55，这样无须中止工厂的运行就可单独检查涡流检测部分55。并可取下和用另一个来替换。
虽然，振荡管41和弹性基体材料42分别是由金属制的，但假如它们的热膨胀系数彼此不同，就可能在振荡管41中产生热应用和由于热疲劳在振荡管41中产生裂纹，这样当振荡管41长时间使用时振荡管就会损坏。当使振荡管41的热膨胀系数与弹性基体材料42相同时，就能防止上述可能性出现，温度范围能够增加，因此增加了涡流流量计的使用范围。
按照第二实施例的涡流流量计，由于振荡管41和弹性基体材料42是分别形成的，可以无需填充剂或密封剂例如玻璃拆卸，以及可以单独用另一种材料来替换弹性基体材料42，因此，提供了一种高可靠性低成本的涡流流量计检测器。包含彼此成一体的振荡管41和弹性基体材料42的流体管道可以简单地低成本地装备这种涡流流量计检测器。
图5(A)到5(C)用于解释根据本发明的第一实施例的涡流流量计，其中涡流流量计装有涡流流量计检测器，图5(A)是平面图，图5(B)是由图5(A)中的下游侧看的正视图，图5(C)是沿图5(B)中的箭头C-C所取的断面图。标号71标注流体管道，72是一通道，73是涡流发生器体，74是弧形凸出件。
在图5(A)中，流体管道71是一种所谓的无法半式流体管道，它包含一具有内径为D并与该管道的轴线O-O′同轴延伸的通道72的圆柱形主体，该主体同轴地在这一流体通道的法兰之间固定在流有被测流体的流体管道(未表示)上，并利用螺钉之类压紧。流体管道71包括与流体管道的法兰表面平行的二端面71a和71a，以及包括一涡流发生器体73，它呈三(角)棱柱形，用于相对轴线O-O′按照直角划分通道72。涡流发生器体73具有一截面呈指定的柱形体，并且由等腰三角形截面构成，该三角形的底73a面向沿方向F流动的流体，并包括倾斜的侧边73b和73c。连接到通道72的壁表面72a上的涡流发生器体73的两端形成弧形凸出件74，该凸出件74由圆形的外端面74a和通道72的弧形部分74b所围绕，该外端面74a沿与涡流发生器体73的轴线成直角的方向圈定该等腰三角形。此外，在涡流发生器体中形成有多对分别与测量室连通的压力引入孔口73d和73e，其中测量室沿轴线方向在一端是开通的。
涡流流量计的涡流发生器体73沿流体流动方向的宽度d和圆柱形通道的直径D的尺寸比以及涡流发生器体73的优选尺寸按照这样一种方式设定，即该尺寸比(d/D)设定为0.2-0.4，相对等腰三角形的倾斜的侧边73b和73c的轴线O-O′的倾斜角处于指定的角度范围内，并且弧形凸出件74的设置使得由涡流发生器体流出的卡门涡流产生的涡流到基本上与涡流发生器体73平行不断脱落，因此，基本上形成二维的卡门涡流，所以，相对于仪器误差的Re特性明显地改进了。
在图5(A)中所示的流体管道71、涡流发生体73和弧形凸出件74通过精确铸造，例如利用失腊铸造法(熔模铸造法)整体形成。失腊铸造法包含制备一由热熔材料例如蜂腊制的涡流流量计检测器的模具，利用耐火材料例如硅砂(粉末氧化钙)覆盖该模具，加热该热熔性模具，熔化该模具，向中空的模具注入铸造材料例如不锈钢并固化该铸造材料并除去耐火材料。通过吹砂对涡流流量计进行表面处理，以便形成光滑表面。
经过表面处理的涡流流量计具有用于将涡流流量计检测器固定到流量计的外壁上的检测器固定表面71b，以及在形成在涡流发生器体73中的测量室开有一些孔口，以便沿涡流发生器体73的轴线方向由检测器固定表面71b延伸，其中测量室的孔口与压力引入孔口73d、73d、73e和73e相连通，因此，形成具有指定仪器误差特性的涡流流量计。
图6(A)和6(B)用于解释根据本发明的第二实施例的涡流流量计，其中的涡流流量计装有该涡流流量计检测器。图6(A)是平面图，图6(B)是沿图6(A)中的箭头B-B所取的断面图。标号75标注涡流发生器体，76是弧形平板部分。与图5(A)到5(C)中的各元件具有相同的功能的元件利用图5(A)到5(C)中的相同数字标号来标注。
在图6(A)和6(B)中所示的涡流流量计的涡流发生器体75呈等腰三角形状，它在上游侧的底75a和两个侧边75b与75c与在图5(C)中以断面图表示的涡流发生器体73按照同样的方式表示，其中在涡流发生器体75和流体通道71之间的连接部分设有该取代弧形凸出部74的弧形平板部分76。弧形平板部分76是这样一些平板部分，它们由邻近涡流发生器体75的连接部分的一个部分处的主体75a到在通道72的上游侧的壁表面72a，以便呈弧形凸出。
在现有技术的涡流流量计中，例如在图2(A)和2(B)中所示的涡流流量计，包含各涡流线的马蹄形涡流由邻近通道的壁表面的部分的上游侧和到通道下游侧的涡流发生器体33产生并流出。马蹄形涡流是当由流体流动引起的动态压力在涡流发生器体33的上游侧的表面33f的中心处较高和在涡流产生器体33的两侧较低，以及在通道壁表面32a处也很小时产生的一种涡流，这种马蹄形涡流产生在邻近涡流发生器体33的部分的通道壁表面32a的边界层处。在通道壁32a的边界层处产生的马蹄形涡流与由涡流发生器体33的各侧延伸的涡流线平行脱开去并流出。因此，它干扰了由涡流发生器体33流出的卡门涡流，故恶化了仪器误差/雷诺数特性，使得易于受到管路系统的影响。弧形平板部分76的设置正是为除去该马蹄形涡流。
图7(A)到7(C)用于解释根据本发明的第三实施例的涡流流量计，其中的涡流流量计装有该涡流流量计检测器。图7(A)是由流动方向看的平面图，图7(B)是侧视图，图7(C)是沿图7(B)中的箭头C-C所取的断面图。与图6(A)和图6(B)中的各元件功能相同的元件使用相同的数字标号标注。
在图7(A)到图7(C)中所示的涡流发生体75为一等腰三角形棱柱，它的长度与流体管道71的内径D(通道)相同，面向流体流动(方向)的宽度为d，沿流动方向的长度为L，这些尺寸的范围如下0.2＜d/D/0.4 (1)1.5＜D/L/3.5 (2)假如弧形平板部分76装入具有这样尺寸的涡流发生体的涡流流量计，则改进了仪器误差/雷诺数特征，如上所述。除此之外，利用本发明申请进行的实验表明，假如弧形平板部分76的尺寸按照如下关系0.03D＜m＜0.07D (3)0.04D＜h＜0.07D (4)设定，改进了仪器误差特性。
即假如雷诺数(Re数)处在2×104-107的范围内，仪器误差为±0.5％，以及相对于计量表常数的相对仪器误差表明假如直管的长度为5D，则误差大于-1％，但是假如直管的长度为10D或其以上，则误差为±0.5％或其以下，以上结果是在这样的条件下进行测试，即在上游侧的直管的长度为40D，当在下游侧设有一个90°的弯头和一个两用弯头时得到的。
本发明产生的效果是弧形平板部分76消除了由涡流发生器体75流出的马蹄形涡流，产生二维的卡门涡流，因此，减少了管路系统的影响。根据本发明的第三实施例的涡流流量计可以象第一实施例一样利用精密铸造整体构成，因此提供了高精确度低成本的涡流流量计。
权利要求
1.一种涡流流量计检测器，包括一个流有流体的圆柱形流体管道，相对流体流动按照直角固定到流体管道(60)上的涡流发生器体(61)、在涡流发生器体(61)的一端处沿轴线方向是开通的一个测量室(63)，所述涡流流量计检测器检测由卡门涡流产生的并引入测量室的交变压力，其特征在于，还包括一个具有底部的振荡管(41)，所述振荡管(41)插入到所述测量室(63)中并由所述测量室的所述开通端以密封方式支承，以及一弹性基体材料，在所述振荡管(41)内侧沿轴线方向至少在两点上支承，所述弹性基体材料具有在支承区贴到其上的振荡检测器元件(43a、43b)，利用所述振荡检测元件(43a、43b)检测由作用在所述振荡管(41)上的交变压力产生的振荡。
2.根据权利要求1所述的涡流流量计检测器，其中还包括一圆柱形的元件盖帽(48)，用于密封所述振荡检测器元件(43a、43b)的引线，使引线通过贴有所述振荡检测元件的区域引到所述弹性基体材料(42)上，所述弹性基体材料(42)利用所述元件盖帽(48)以可卸方式由所述振荡管(41)支承。
3.根据权利要求1或2所述的涡流流量计检测器，其中一个弹性板(45)固定到所述弹性基体材料(42)的末端，在所述弹性基体材料(42)支承在所述振荡管(41)中的区域，所述弹性板稍大于所述振荡管(41)的内径，所述弹性板具有沿径向延伸的凹槽(45a)，并且还有与所述弹性基体材料(42)的轴线基本上成直角形成的表面，并且所述弹性基体材料(42)利用所述弹性板(45)以可卸方式支承在所述振荡管(41)内。
4.根据权利要求1或2所述的涡流流量计检测器，其中所述振荡管(41)材料的热膨胀系数与所述弹性基体材料(42)基本相同。
5.一种涡流流量计，包括根据权利要求1到4中之一所述的，装有所述流体管道(60)和所述涡流发生器体(61)的所述涡流流量计检测器，其特征在于所述流体管道(60)具有圆柱形的主体，所述涡流发生器体(61)由等腰三角形棱锥构成，该等腰三角形截面的底在上游侧，该涡流发生器体两端附着到所述流体管道(60)上，所述两端是圆形的带有一圈定所述等腰三角形的相对所述等腰三角形棱柱形成的一个台阶，以及其中所述的流体管道(60)和所述涡流发生器体(61)是彼此整体形成的。
6.根据权利要求5所述的涡流流量计，其中还包括设在固定到所述流体管道(60)上的所述涡流发生器体(61)的固定端上的弧形平板部分(76)，所述弧形平板部分(74、76)每个都由一个朝向沿所述流体管道(60)的内壁的所述等腰三角形棱柱的上游侧的基面伸出，以及其中所述流体管道(60)和所述涡流发生器体(61)是彼此整体构成的。
7.根据权利要求6所述的流量计，其中所述的流量计满足如下的尺寸范围；0.2＜d/D＜0.41.5＜D/L＜3.50.03D＜m＜0.07D0.04D/h＜0.07D此处D是所述流体管导(60)的内径，d是所述涡流发生器体(61)面向流动流体部分的宽度，L是所述涡流发生器体(61)沿所述流体流动方向的长度，m是伸出构成所述涡流发生器体(61)的端部的所述弧形平板部分(74、76)的最大长度，h是所述弧形平板部分的高度。
全文摘要
一种涡流流量计检测器，可装到一测量流速(量)用的涡流发生器体上并可卸下。该涡流流量计检测器包含一具有底部的圆柱形振荡管(41)以及一个利用振荡管(41)的固定法兰(57)固定的涡流检测部分(55)，其中该振荡管(41)以可卸方式插入到在涡流发生器体的一端处开的孔(未表示)中，利用法兰(41a)固定振荡管(41)。由卡门涡流产生的交变压力由涡流发生器体的两侧引入到该孔中，以便振荡该振荡管(41)。这一振荡借助一元件盖帽(56)由一弹性板(45)所承受有传递到该贴到弹性基体材料(42)的两个斜削部(42b)上的压电元件(43a、43b)上。
文档编号G01F1/32GK1156820SQ9611325
公开日1997年8月13日 申请日期1996年8月7日 优先权日1995年8月7日
发明者松原直基, 谷本淳, 高井贤一, 今井信介 申请人:株式会社椭圆