专利名称：一种外置式联动感应流量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种流量传感器，尤其涉及一种利用差动原理测量涡街交变压力的外置式联动感应流量传感器。
背景技术：
涡街流量传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型流量测量仪表，它们通过热敏、应变、电容、超声波等检测方式的流量传感器，检测出与体积流量成正比的流体振动频率信号。对于涡街流量传感器来说，抗振性能是衡量一台涡街流量计工业应用好坏的一个重要指标。工业中的振动是普遍存在的，例如流体紊流状态下速度脉动、流体振荡，以及工业管道振动、阀门开闭与阀心振动等随机因素，这都会使检测到的频率信号受到极大的噪声干扰。目前国内外较先进的涡街流量传感器都有一定的抗振动能力。但这些传感器的检测元件都是固定在管壁上的，抵抗管道振动的能力有限，多为感应杆形式，而且对于不同的管道直径通用性差。另外对于流体振动的干扰，当振动噪声的振动方向与所测频率信号的振动方向平行(即同向振动)的时候，这些流量传感器的抗干扰能力都比较弱，输出信号会混入大量的噪声。这种现象在小流量测量的时候尤其明显。为此，也有人申请了专利“悬浮式自减振差动流量传感器”(ZL03228293.1)，其包括对称固定在平板两面的检测单元，每个检测单元包括壳体，壳体具有与平板轴线平行的通孔，该通孔与平板的轴向出线孔有通道相通，通孔的两端分别有弹性膜片密封，通孔内有两个压电陶瓷片，两个压电陶瓷片的一端分别与弹性膜片固定，另一端与设在压电陶瓷片之间的金属块固定，两压电陶瓷片及金属块的周边与通孔壁之间留有间隙，金属块的引线经通道从平板出线孔引出。悬浮式自减振差动流量传感器是将平板深入管道内，置于钝体的后面，检测单元的放置是垂直于管道的轴线的。这种结果的流量传感器由于将平板深入到管道内，所以其通用性不好，当管道直径变化时，就不能使用了，同时，检测单元竖直放置，不利于信号的采集，对于小流量的测量上不够精确，容易产生混入大量的噪声。
发明内容
本实用新型提供一种结构简单合理，通用性好，测量的灵敏度高的外置式联动感应流量传感器；解决了现有技术中存在的输出信号混入大量的噪声，通用性不好的技术问题。
本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种外置式联动感应流量传感器，包括一个结构本体和设于结构本体底面上的检测单元，所述的结构本体上设有出线孔，出线孔内设有引线；所述的检测单元包括壳体，壳体内设有通孔，通孔的两端设有弹性膜片，弹性膜片紧挨着压电陶瓷片，所述的检测单元有n个，n≥2，检测单元设于结构本体的底面上，检测单元上的通孔方向与流体流动方向一致；所述的压电陶瓷片中部设有电极片，电极片上连接着引线，引线由出现孔引出；所述的由压电陶瓷片、电极片构成的内芯与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片。结构本体设置在管道壁内，通过在管道上开孔，使得结构本体底面的弹性膜片能感应到涡流的振动，从而将产生信号。将其设在管道壁内，使得对应于不同的管道直径都能够通用。检测单元内的通孔的开口方向沿着流体流动的方向，也就是管道的轴线方向，两个弹性膜片构成的感应面呈水平布置，有利于信号的采集，而且稳定性也更好。
作为优选，在结构本体的底面上沿流体流动方向设有隔板，检测单元分列在隔板的两侧，每一侧沿流体流动方向并列设置有m个检测单元，n是m的整数倍。检测单元通过焊接在底面和隔板上而固定，隔板的两侧的m个检测单元一字排开，m的数目可以是1，2，3…，所有的检测单元都位于底面上，隔板的高度与检测单元的宽度相等或略大于检测单元的宽度，隔板的长度大于检测单元长度的m倍。
作为优选，在结构本体的底面上沿流体流动方向设有隔板，检测单元分列在隔板的两侧，每一侧沿竖直方向并列设置有m个检测单元，n是m的整数倍。隔板的高度大于检测单元的宽度的m倍，这样在隔板的一侧沿竖直方向焊接有m个检测单元。
作为优选，所述的检测单元的个数n为2，m为1。由两个检测单元构成，成本相对较低，制造简单，效果也不错。
作为优选，压电陶瓷片中部设有两个电极片，两个电极片之间设有绝缘块。在压电陶瓷片中部设置两个电极片，电极片上紧挨着两端的压电陶瓷片上，通过两个引线孔将两端的信号分别传输，由上部的信号分析系统进行差分计算分析。两个电极片之间设置绝缘块，将两边的电极片分隔开。检测单元的通孔内按照“压电陶瓷片-电极片-绝缘块”的顺序左右对称的紧密排列。
作为优选，所述的检测单元为圆柱体状，两个检测单元内的压电陶瓷片的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。
作为优选，绝缘块为陶瓷块或云母块。
因此，本实用新型的外置式联动感应流量传感器具有结构简单，设计合理，将传感器置于管道内壁内，采用膜片感应，对不同的管道具有通用性；而且本实用新型的外置式联动感应流量传感器没有设置预紧装置，其内部的悬浮式结构具有自减振功能，有较强的抗干扰性和较大量程范围，可靠性高。
图1是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的主视图。
图2是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的仰视图。
图3是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的应用原理图。
图4是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的应用原理图的侧视图。
图5是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的隔板侧设有多个检测单元的结构示意图。
图6是本实用新型的外置式联动感应流量传感器的另一种隔板侧设有多个检测单元的结构示意图。
其中，流体流动方向为X。
具体实施事例下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1如附图1、2、3和4所示，一种外置式联动感应流量传感器，包括一个结构本体7和设于结构本体7底端上的两个检测单元5，结构本体7置于传感器的管道11壁内，管道11壁上设有两个导压孔12，检测单元5通过导压孔12感受旋涡发生体的交变应力，结构本体7置于传感器管道11壁内，使得传感器的通用性更好。结构本体7的底面设有两个检测单元5，两个检测单元5之间设有隔板10，检测单元5为圆柱状，其通过焊接在结构本体7的底面13和隔板10上而固定。隔板10的高度略大于检测单元5的直径，隔板10沿流体流动的方向X，也就是管道11的轴线设置，检测单元5包括壳体1和内芯，壳体1内设有通孔，通孔的开口方向沿着流体流动的方向X。通孔的两端开口处分别焊接有弹性膜片2，两个弹性膜片2间形成的密封空间内，按照“压电陶瓷片3-电极片8-绝缘块9”的顺序左右对称排列，其中弹性膜片2紧挨着压电陶瓷片3，弹性膜片2、压电陶瓷片3、电极片8和绝缘块9均两两紧密连接。压电陶瓷片3、电极片8和绝缘块9构成内芯，两片电极片8的引线经过结构本体7内的出线孔6引出。这两个压电陶瓷片3的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。压电陶瓷片3、电极片8和绝缘块9与通孔间设有间隙，在间隙内填充有绝缘片4。整个检测单元5在管道11内处于水平方向，这样更利于信号的采集。
本实用新型的外置式联动感应流量传感器B安装在涡街流量计中旋涡发生体A上方略偏后的位置，隔板与旋涡发生体的中轴线平行。当一恒稳流流经旋涡发生体时，在其后侧会产生旋涡，从两侧交替发出，形成两列并排的涡街，称为卡门涡街。该涡街会产生交替的P1、P2交变压力，通过导压孔12使P1、P2交变压力直接作用在该涡街流量传感器的两个检测单元5的弹性膜片2上，使压电陶瓷片3产生交变电荷。这时四个电极片8会分别输出正弦信号，设左侧单元输出信号为S1和S1’，右侧为S2和S2’，这四个信号有以下关系①隔板同侧的两个信号幅值和相位都相等，即S1＝S1’，S2＝S2’；②隔板不同侧的两组信号相位相差180°；③四个信号的频率相等。
通过后端调理电路把这四个信号处理成(S1+S1’)-(S2+S2’)，这样利用差动输出就可以获得规则的正弦信号，即使是在小流量的时候，输出信号也较强，扩大了流量传感器的量程范围。
当流体由于管道振动、阀门开启等随机因素的影响，发生流体振荡时，会导致弹性膜片2或传感器壳体产生跟随振动。由于检测单元5内部绝缘块9的惯性作用，检测单元5中左右对称的两个压电陶瓷片3会分别受压和受拉，这使得两个压电陶瓷片3分别产生相等的正负电荷信号，假设为X1(+)和X2(-)。在信号合成时，同侧的两个信号相加X1+X2，干扰振动所产生的电荷信号会相互抵消，从而传感器起到了自减振作用。
另外，对于流体脉动引起的流体振动，它在管道中是一列随着流动方向传播的平面波，它引起的压力以相同的方向同时作用在流量传感器隔板两侧的检测单元上，属于同向振动干扰，同向振动的干扰信号会在输出信号合成(S1+S1’)-(S2+S2’)中相互抵消，这样有效的消除了流体脉动对检测信号的干扰。因此，本实用新型的外置式联动感应流量传感器具有很高的抗振性，适用于液体、气体、蒸汽等流体的流量测量。
实施例2如图5所示，一种外置式联动感应流量传感器，包括一个结构本体7和设于结构本体7底面13上的隔板10，隔板10的两侧各焊接有两个检测单元5，两个检测单元5沿管道10轴线方向并列在一排，检测单元5为圆柱状，隔板10的长度大于检测单元5的长度的2倍，隔板10的高度与检测单元5的直径相同。其余与实施例1同。
实施例3如图6所示，一种外置式联动感应流量传感器，包括一个结构本体7和设于结构本体7底面13上的隔板10，隔板10的两侧各焊接有两个检测单元5，两个检测单元5沿管道10径向方向排列为一列，检测单元5为圆柱状，隔板10的高度大于检测单元5的直径的2倍，其余与实施例1同。
权利要求1.一种外置式联动感应流量传感器，包括一个结构本体(7)和设于结构本体(7)底面(13)上的检测单元(5)，结构本体(7)上设有出线孔(6)；出线孔(6)内设有引线，所述的检测单元(5)包括壳体(1)，壳体(1)内设有通孔，通孔的两端设有弹性膜片(2)，弹性膜片(2)紧挨着压电陶瓷片(3)，其特征在于所述的检测单元(5)有n个，n≥2，检测单元(5)设于结构本体(7)的底面(13)上，检测单元(5)上的通孔方向与流体流动的方向一致；所述的压电陶瓷片(3)中部设有电极片(8)，电极片(8)上连接着引线，引线由出线孔(6)引出；所述的由压电陶瓷片(3)、电极片(8)构成的内芯与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片(4)。
2.根据权利要求1所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于在结构本体(7)的底面(13)上沿流体流动方向设有隔板(10)，检测单元(5)分列在隔板(10)的两侧，每一侧沿流体流动方向并列设置有m个检测单元(5)，n是m的整数倍。
3.根据权利要求1所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于在结构本体(7)的底面(13)上沿流体流动方向设有隔板(10)，检测单元(5)分列在隔板(10)的两侧，每一侧沿竖直方向并列设置有m个检测单元(5)，n是m的整数倍。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于所述的检测单元(5)的个数n为2，m为1。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于压电陶瓷片(3)中部设有两个电极片(8)，两个电极片(8)之间设有绝缘块(9)。
6.根据权利要求4所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于压电陶瓷片(3)中部设有两个电极片(8)，两个电极片(8)之间设有绝缘块(9)
7.根据权利要求1或2或3所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于所述的检测单元(5)为圆柱体状，两个检测单元(5)内的压电陶瓷片(3)的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。
8.根据权利要求6所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于所述的检测单元(5)为圆柱体状，两个检测单元(5)内的压电陶瓷片(3)的尺寸、质量和灵敏度系数都相同。
9.根据权利要求5所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于绝缘块(9)为陶瓷块或云母块。
10.根据权利要求6所述的一种外置式联动感应流量传感器，其特征在于绝缘块(9)为陶瓷块或云母块。
专利摘要本实用新型涉及一种流量传感器，尤其涉及一种利用差动原理测量涡街交变压力的外置式联动感应流量传感器。其包括一个结构本体和设于结构本体底面上的检测单元，所述的检测单元有n个，n≥2，检测单元设于结构本体的底面上，检测单元上的通孔方向与流体流动方向一致；所述的压电陶瓷片中部设有电极片，电极片上连接着引线，引线由出现孔引出；所述的由压电陶瓷片、电极片构成的内芯与通孔壁间设有间隙，间隙内填充有绝缘片。本实用新型提供一种结构简单合理，通用性好，测量的灵敏度高的外置式联动感应流量传感器；解决了现有技术中存在的输出信号混入大量的噪声，通用性不好的技术问题。
文档编号G01F1/32GK2849665SQ20052011714
公开日2006年12月20日 申请日期2005年12月12日 优先权日2005年12月12日
发明者区宇辉, 宋开臣, 张圣宾 申请人:杭州术通高端仪器有限公司