专利名称：高温剪切型涡街流量传感器的制作方法
技术领域：
一种高温剪切型涡街流量传感器，用于高温气体流量测量，属于压电型传感器领域。
涡街流量传感器是70年代才发展起来的一种新型流量测量仪表，因有其公认的优点越来越受到人们的重视，正处在不断发展过程中。为了达到节约能源的目的，各种工况使用的蒸气温度越来越高，达400-500℃以上。我国该温度段使用的流量传感器市场非常大，目前国内市场上400℃以上的涡街流量传感器大多由外国公司生产，这些产品基本上是利用压电晶体铌酸锂(LiNbO3)的厚度伸缩模式来制作涡街流量传感器，利用该模式来制作涡街流量传感器对机械零件的加工，晶体片的加工，技术要求都非常高，而且机电转换的效率很低，这样涡街流量传感器的输出信号较弱，影响了对流量下限的测量。
本实用新型的目的在于针对现有技术的上述缺陷，设计一种新型结构的涡街流量传感器，解决高温工况下绝缘电阻率问题，提高机电转换效率，同时改善输出信号质量，使之能适应各种复杂的工况。
为达到这样的目的，本设计人采用铌酸锂厚度剪切模式来制作涡街流量传感器，将铌酸锂晶体加工成带孔的厚度剪切型方片，将受力杆、基座和方形块加工成一体，基座与受力杆连接处呈圆锥形及有双腰形凹槽，并留有加强筋与圆锥体相连接；在基座上固定有半圆直角座，用M4长螺钉和M4螺母将质量块、感受振动信号和涡街信号的铌酸锂晶体片、振动信号输出电极片和涡街信号输出电极串起来与方形块紧密地拧在一起并固定在基座上。以上这些零件之间只能产生静摩擦，不能滑动，这样方形块在受力杆受到涡街交替力F1、F2时，就对铌酸锂晶体片产生剪切应变，电荷信号通过电极片及外壳输出，其幅值大小与流体流量成正比。
为更清楚理解本实用新型的技术解决方案，
以下结合附图作进一步详细描述。
附
图1为本实用新型的结构示意图。
图中，受力杆1、基座2与方形块12加工成一体，基座2与受力杆1的连接处呈圆锥形及双腰形凹槽，并留有加强筋与圆锥形连接，半圆直角座4的立面与基座2垂直，用3个M3螺钉3固定在基座2上，两片感受涡街信号的铌酸锂晶体片10之间插入涡街信号输出电极片9，两片感受振动信号的铌酸锂晶体片7中插入振动信号输出电极片8，用M4长螺钉5和M4螺母11把质量块6、铌酸锂晶体片7和电极片8、铌酸锂晶体片10和电极片9等零件与方形块12在同一轴线上拧紧。
以上这些零件紧密地拧在一起，互相之同只能产生静摩擦，不能滑动，这样就使方形块12在受力杆1受到涡街交替力F1、F2时，就对铌酸锂晶体片10(两片)产生剪切应变，铌酸锂晶体片10(两片)产生剪切应变时就有电荷信号通过电极片9及外壳输出，该涡街信号的输出幅值大小与流体流量成正比。
图2为本实用新型结构图1中所标的A-A剖面图。
图中标出，半圆直角座4用3个M3螺钉固定在基座2上。
图3为本实用新型结构图1中所标的受力杆与基座连接处B向视图。
图中可见，基座2与受力杆1的圆锥形连接处有双腰形凹槽13并留有加强筋14。双腰形凹槽13的方向与方形块12成90°，与受力杆1的扁平部分同一方向。
图4为本实用新型结构中与方形块12有关的局剖图。
图中显示出方形块12与受力杆1、基座2加工连成一体。
当涡街流量传感器装在工况现场管道上，由于流体运动及外界因素等原因，管道会产生振动，这种振动同样会影响涡街交替力F1、F2，为了把这种影响减少到最小，本实用新型特别设计了感受振动信号的质量块6，当质量块6感受到振动信号时，就对铌酸锂晶体片7(两片)产生应力，由于铌酸锂晶体片7(两片)安装时使其极性与两片铌酸锂晶体片10相反，所以当质量块6感受到振动信号时，铌酸锂晶体片7(两片)就会输出与两片铌酸锂晶体片10相反方向的压电信号，这样就把混杂在涡街信号中的振动信号影响减少到最小，因而使该涡街流量传感器适用于各种比较复杂的工况。
当涡街产生交替的F1、F2力作用在受力杆1上时，由于流体的运动不是很单纯的单方向的力，如果受力杆1与基座2只是简单的平面连接，就会使受力杆1产生多自由度力的应变，这样就会使传感器的输出信号波形很乱，使放大器无法处理。本实用新型采用受力杆1与基座2圆锥形连接并留有加强筋14，使得该处为刚性连接，这样对流体运动产生的其他方向的力，受力杆不产生该方向的应变，由于双腰形凹槽13的加工，使得该两处变为弹性体，这样涡街产生的F1、F2交替力作用在受力杆1，就使方形块12很容易产生有规律的应变，该应变就对厚度剪切型铌酸锂方片产生剪切力作用，从而使传感器的输出波形接近正弦波，这种波形为放大器处理信号带来了方便，而且可以通过改变双腰形凹槽13的深度来控制传感器灵敏度。
本实用新型采用了铌酸锂晶体厚度剪切模式结构，成功地将涡街力F1、F2转换成对铌酸锂晶体片的剪切力，提高了机电转换效率，使传感器的测量流量下限有较好效果；受力杆与基座采用圆锥形连接及加工成双腰形凹槽并留有加强筋的特殊结构，使输出信号波形接近正弦波，为放大器处理信号带来了极大的方便，提高了传感器的线性度和重复性；由于传感器内部没有影响高温绝缘电阻的其他材料，能可靠地工作在450℃，提高了传感器的高温工作可靠性；本实用新型特别设计了感受振动信号的质量块，对混杂在涡街信号中的振动信号进行补偿，可以将外界影响涡街交替力F1、F2的振动影响减少到最小，因而能适应比较复杂的工况。
权利要求1.一种高温剪切型涡街流量传感器，其特征在于铌酸锂晶体为带孔的厚度剪切型方片，受力杆1、基座2与方形块12加工成一体，基座2与受力杆1的连接处呈圆锥形及有双腰形凹槽13，并留有加强筋14与圆锥形连接，半圆直角座4固定在基座2上，两片感受涡街信号的铌酸锂晶体片10之间插入涡街信号输出电极片9，两片感受振动信号的铌酸锂晶体片7中插入振动信号输出电极片8,M4长螺钉5和M4螺母11串接质量块6、铌酸锂晶体片7和电极片8、铌酸锂晶体片10和电极片9等零件并与方形块12在同一轴线上相连。
专利摘要一种高温剪切型涡街流量传感器,属于压电型传感器领域。铌酸锂晶体为带孔的厚度剪切型方片,采用基座与受力杆连接处呈圆锥形及有双腰形凹槽,并留有加强筋的新结构,成功地将涡街力转换成对铌酸锂晶体片的剪切力,提高了机电转换效率,能有效地测量流量下限,提高传感器的高温工作可靠性,特别设计的振动信号补偿质量块,能减小外界影响,适应各种复杂的工况。
文档编号G01F1/32GK2338733SQ9822482
公开日1999年9月15日 申请日期1998年8月10日 优先权日1998年8月10日
发明者张圣宾 申请人:张圣宾