一种宽量程的涡街流量计量装置及流量计的制作方法

本实用新型涉及计量方法及器械领域，具体为一种宽量程的涡街流量计量装置及流量计。

背景技术：

涡街流量计是根据卡门（Karman）涡街原理研究生产的测量气体、蒸汽或液体的体积流量、标况的体积流量或质量流量的体积流量计。主要用于工业管道介质流体的流量测量，如气体、液体、蒸汽等多种介质。

图4所示为涡街流量计的基本原理图，如附图4中所示旋涡发生器位于测量管道1的中部，流体流经旋涡发生体2，在漩涡发生体2的两侧交替地的产生有规则的漩涡，漩涡的频率与流体的流速成正比。设置在漩涡发生体2下游的压电式传感器5检测涡街的频率从而计算得到流体的流量值。传统检测技术的涡街流量计，具有压损低、无可动部件，结构简单、造价低等优点，但在实际测量时存在以下几点不足：

1、传统的涡街流量计的量程为1:20，其中采用压电晶体作为传感器，压电晶体在对涡街频率的测量过程中，如果流体的流速小于5m/s，流量过小时，经过传感器的涡街微小到难以捕捉，传统涡街流量计无法进行测量。

2、涡街流量计中的传感器固定安装在柱状旋涡发生体的下游，当测量管道沿着管道发生轴向振动时，管道内的传感器在管道的带动下会和管道内的流体发生相对运动，此时压电晶体检测到流体的相对运动，管道振动影响了涡街流量计的测量精确度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提供一种宽量程的涡街流量计量装置及流量计，公开了一种量程比大、抗干扰能力强的流量计，通过热式传感器和压电式传感器将经过流量计的小流量和大流量都进行检测，提高了流量计的准确度和计量范围。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种宽量程的涡街流量计量装置，包括测量管道，还包括用于使流体产生规则涡街的发生体，所述发生体位于测量管道内，发生体上设有用于流体通过的流动通道，所述流动通道内设有用于检测涡街频率的热式传感器；还包括压电式传感器，所述压电式传感器位于测量管道内，压电式传感器位于发生体的下游。

为了实现上述目的，本实用新型还公开了一种宽量程的涡街流量计，该流量计包括了流量计本体，本体上设有上述宽量程的涡街流量计量装置。

与现有技术相比，采用了上述技术方案的宽量程的涡街流量计量装置及流量计，具有如下有益效果：

一、采用本实用新型的宽量程的涡街流量计量装置及流量计，其中的热电式传感器对流体流动带动热能变化更为灵敏，能够测量到利用压电式传感器计算流量时无法检测到的小流量流体的流动，配合压电传感器一同对流体流量进行计量，扩大流量计的量程。

二、热电式传感器设置在发生体上的流动通道内，涡街在流动通道口的流动使得流动通道内的流体进行流动，当测量管道沿着管道发生轴向振动时，流动通道内的热电式传感器不会受到影响，将热电式传感器和压电式传感器的检测数据通过对比可以避免误测的发生，提高流量计测量的准确度。

三、本实用新型的宽量程的涡街流量计量装置及流量计只需要温度变化的频率值，对具体的温差值要求不高，具体温差很容易受到外界的影响而变化，但是温度变化的频率受影响程度小，使得测量结果更加精准。

四、将流体流动转化为温度的频率性变化，免去了对传统利用热电式传感器通过温度差的数据直接计算出流量时所需的温差补偿和修正，简化了测量前的安装和测试步骤。

为了使得压电式传感器能够准确地对测量管道内的涡街进行检测,所述压电式传感器优选地位于测量管道的轴向中心线上。

优选的，所述发生体为沿测量管道截面的直径线设置的柱状结构，所述发生体的截面为三角形。

优选的，所述流动通道位于发生体的中部，流动通道与发生体相垂直。

优选的，所述热式传感器位于流动通道的中部。

优选的，所述热式传感器包括加热体、上游温度传感器和下游温度传感器，上游温度传感器和下游温度传感器对称设置在加热体的两边。

由于测量的是小流量流体的流量,在测量的过程中,产生的涡旋可能十分微弱,为了能够将微弱的流动检测出来,保证流量计的测量范围和精度,上游温度传感器优选地设有两个，所述下游温度传感器设有两个，两个上游传感器和两个下游传感器分别对称设置在加热体的两侧。

优选的，所述热式传感器为MEMS传感器。

附图说明

图1为本实用新型宽量程的涡街流量计量装置实施例的结构示意图；

图2为本实施例中发生体的结构示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为传统涡街流量计的结构示意图。

附图标记：1、测量管道；2、发生体；3、流动通道；4、热电式传感器；41、加热体；42、上游温度传感器；43、下游温度传感器；5、压电式传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步描述。

图1为宽量程的涡街流量计量装置及流量计的剖面结构示意图，同时也是流量计的测量原理图。图1中箭头方向为流体流动方向，小流量流体从流量计的测量管道1的上游入口流入测量管道1内。在测量管道1的中部设有使气流产生规则交错涡街的发生体2，发生体2为三角柱发生体2，设置在测量管道1的圆形截面的直径线上。小流量流体流经发生体2的迎流面，在迎流面的作用下向两边形成规则涡街并向测量管道1的下游出口流动。

如图2和图3为所示本实施例中发生体2的结构示意图，发生体2的中部设有一个横向贯穿发生体2的流动通道3。小流量流体在迎流面的作用下产生的有规律的旋涡沿着发生体2的两侧向下游流动，在流动的过程经过发生体2上的流动通道3时，单个旋涡中的流体就会向流动通道3内流动。流动通道3的中部设置了一个热电式传感器4，热电式传感器4内部的详细结构如图3中所示，热电式传感器4包括了中间的加热体41和加热体41两边的温度传感器。

单个旋涡的流体从流动通道3的一端流动到另一端，则会在流动通道3内形成相对加热体41的上游和下游。加热体41的上游设有两个上游温度传感器42，下游同样设置了两个下游温度传感器43，上下游的温度传感器都是以加热体41为中心对称设置的，上下游均设置有两个温度传感器，采用二次温差测热式流量的方法对此处的温差进行测量，能够很好的避免传统热敏传感器测量范围小和噪声的问题。

单个旋涡流进流动管道并流经加热体41后，加热体41周围的热量会因为流体流动发生变化，此时温度传感器检测到温度变化，产生温差数据记录一次旋涡。小流量流体在流经发生体2后产生的旋涡是有规则的左右交替的，所以当一边的旋涡经过后，另一侧的旋涡会从流动通道3的另一端开口流入流动通道内，流动通道3内的流体流动方向会发生调转，相对加热体41产生新的上游和下游；也就是说，上述加热体41的上下游是相对的，可以相互转换的。温度传感器检测到温度变化，即热电式传感器检测到温度变化。当热电式传感器检测到温度变化后就会进入到下一步的转换和计算中，检测到的温差转化为电压信号，电压信号经过处理最终转化为涡街频率以及微流体的流量。在本实施例中，热式传感器采用MEMS传感器。

下面对本实施例中宽量程的涡街流量计量装置及流量计对小流量流体的测量方法进行详细的阐述：小流量的流体流经测量管道1中的发生体2，在发生体2的迎流面产生涡街。涡街是由一个个规律性左右交错的旋涡组成的，产生的单个的旋涡在经过流动通道3时带动流动内的流体发生流动。流动通道3内的热电式传感器4中包含加热体41和加热体41两边的温度传感器，当流动通道3内的流体发生流动后，加热体41上游和下游的温度发生改变，使上下游均产生温差。上下游的温度传感器将检测到的温度差转换为电压信号。电压信号经过处理器处理就是流量计检测到的涡街的频率值。得到流体流动的涡街频率值后，通过公式f=SrU1/d和其他算法将小流量的具体流量值计算测量出来，上述公式中，f：涡街频率；Sr：斯特劳哈尔数；U1：发生体2两侧的平均流速；d：发生体2迎流面的宽度。

上述热电式传感器4对流量进行计量的过程中，所计量的流量都是小流量。当测量管道1中的流体流量增大，涡街的产生频率会变高，此时左右交错的旋涡的频率也会增加。当单个旋涡的频率增加后，热电式传感器4内加热体41周边流体的运动方向会发生左右频繁地转换，热式传感器4无法精确检测出高频的温度变化，故在本实施例中，测量通道内还设有压电式传感器5，压电式传感器5处在发生体2的下游，位于检测管道的中心线上。当测量管道1中的流体的流量超过热电式传感器4的测量范围时，发生体2产生的一系列涡街顺着流体的流动方向向着发生体2的下游流动。此时，设置在发生体2下游的压电式传感器5就会对涡街进行测量。利用压电式传感器5对流量进行测量的原理和过程与传统涡街流量计的测量过程相同，热电式传感器4和压电式传感器5同时应用在同一涡街流量计中，在保证热电式传感器4对为流量流体进行测量测同时通过压电式传感器5对大流量进行检测，扩大了涡街流量计的量程。

以上所述使本实用新型的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来说不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。