CN102322902A - 涡街流量计用超声式探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡街流量计用超声式探头，其包括探头壳体、圆形的压电晶片、绝缘套以及用于压紧压电晶片的固定装置；沿所述探头壳体的轴线开设有圆形的安装座孔，所述绝缘套设于安装座孔内，所述压电晶片设于绝缘套的内腔内，所述固定装置包括设于压电晶片上方的阶梯型弹簧座、安装于阶梯型弹簧座的轴肩上的弹簧以及设于弹簧上方的压紧装置；在所述阶梯型弹簧座的上面以及探头壳体的上端均设有电极引线。采用本发明制作的涡街流量计，其性能稳定，本质上解决了传统探头低流速受限和抗震动性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种管道流体的流量测量装置，尤其是一种用于涡街流量计上的超声式探头。
背景技术
涡街流量计是20世纪70年代发展起来的一种新型流量仪表，它是在流体中安放一根非线性型阻流件，流体在阻流件两侧交替地分离释放出两串规则的漩涡，在阻流件后产生脉动的窝街力，设在阻流件后的探头感受到这种脉动涡街力的作用，F=ClρU2/2,感受到的力与流速的平方成正比，流速低时感受不到脉动涡街力，使得涡街无信号输出。探头是涡街流量计的核心部件，目前，传统的涡街流量计用探头为双悬梁检测方式，有主探头和补偿探头构成，探头的压电晶体的工作模式是“长条厚度弯曲振动模式”，其为应力型流量计，工作模式的不同决定压电晶体的形状也不相同，目前的普通探头用晶片为长条晶片，其感受经过发生体后产生的涡街力产生弯曲应变，通过电极输出信号。其利用流体振动原理来进行流量测量，目前的涡街流量计对外界的振动、流体的流动状态特别敏感，它不仅可以感受到涡街力，还可以感受到管道振动、管道流体冲击力以及流体的压力变化所产生的随机脉动压力，这些干扰对流体流量将产生很大的影响，因此它不适于低流速及管道产生振动的场合，使得涡街流量计的应用受到一定的限制。因此迫切需要一种新型的探头，使其能更好的适应低流速的测量环境以及消除管道振动产生的误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种性能稳定、适于低流速测量且降低管道振动影响的涡街流量计用超声式探头。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种涡街流量计用超声式探头，其包括探头壳体、圆形的压电晶片、绝缘套以及用于压紧压电晶片的固定装置；沿所述探头壳体的轴线开设有圆形的安装座孔，所述绝缘套设于安装座孔内，所述压电晶片设于绝缘套的内腔内，所述固定装置包括设于压电晶片上方的阶梯型弹簧座、安装于阶梯型弹簧座的轴肩上的弹簧以及设于弹簧上方的压紧装置；在所述阶梯型弹簧座的上面以及探头壳体的上端均设有电极引线。
上述压紧装置包括垫片、设于垫片上方的与安装座孔相配合的螺母。
上述探头壳体为2级阶梯型圆柱体，下部的圆柱体外圆上设有外螺纹，下部圆柱体的底部形状为球形，上部的圆柱体上端设有凹槽；所述安装座孔的上端设有内螺纹。
在上述压电晶片与安装座孔的底部之间涂覆有真空硅脂层。
上述绝缘套为圆筒型。
本超声式探头的工作原理是：其利用压电晶体的压电效应将流体的振动力转换成电荷量通过电机输出。使用时将涡街流量计的主探头和补偿探头设计为一对发射、接收探头，发射探头和接收探头均采用本超声式探头，将发射探头和接收探头分别安装在涡街流量计的流通体的管壁上。本圆形的压电晶片是超声式探头的关键部件，发射探头利用压电晶体的逆压电效应，当在它两端加一定的交流电压频率时，圆形压电晶片沿厚度方向产生振动，产生振动频率为1MHZ左右的超声波，接收探头接收到超声信号后将其输出。工作时，发射探头通过电流发生器提供的交流电压信号，产生超声波振荡，当涡街流量计的流通体内有液体通过时，超声波振荡与旋涡相互作用后按相位调制，接收探头接到信后后将其送到相位检测器，在相位检测器输出处形成电信号，其频率和振幅分别相应于涡流的频率和强度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、利用本超声式探头制作而成的涡街流量计其流速测量下限比原来的普通涡街流量计明显降低，可使动态量程比扩大至1:50～100左右，从而更适于测量低流速的流体，可很好的适用于工业用大管低流速流量的测量；并且由于工作原理和原来涡街流量计不同，所以其能更好的降低管体振动对测量精度的影响。这是因为超声式探头是利用超声波检测技术检测阻流件后漩涡的个数，对于管道振动和流体压力变化引起的脉动，超声式探头检测不到；超声式探头产生的1MHZ的超声波信号连续不断的在工作，只要流体通过阻流件产生漩涡，超声振荡就与漩涡相互作用后按相位调制，就有信号输出，所以，能更好的适应低流速测量和降低管体振动对测量精度的影响。
2、将探头壳体的下端表面设计为球面，可保证本超声式探头具有较准确的声束角，提高涡街流量计的测量范围和测量精度。
3、使用时，本探头壳体兼做电荷输出端的地线，采用螺纹封装压紧，使得其结构更加简单，提高了探头的组装效率，从而更方便了现场维护，降低成本。
附图说明
图1是本发明的主剖视图；
图2是图1的俯视图；
图3使采用本超声式探头的涡街流量计示意图；
图4是图3中B部的放大图；
其中，1、绝缘套；2、弹簧；3、垫片；4、压紧螺母；5、电极引线；6、弹簧座；7、压电晶片；8、真空硅脂层；9、探头壳体；10、安装座孔；11、发生体；12、流通体；13、发射探头；14、接收探头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见附图1和附图2，本发明包括探头壳体9、圆形的压电晶片7、绝缘套1以及用于压紧压电晶片7的固定装置；沿所述探头壳体9的轴线开设有圆形的安装座孔10，所述绝缘套1设于安装座孔10内，其形状为圆筒型，所述压电晶片7设于绝缘套1的内腔内，所述固定装置包括设于压电晶片7上方的阶梯型弹簧座6、安装于阶梯型弹簧座6的轴肩上的弹簧2以及设于弹簧2上方的压紧装置，该压紧装置包括垫片3以及设于垫片3上方的与安装座孔10相配合的螺母4；在所述阶梯型弹簧座6的上面以及探头壳体9的上端均引出有电极引线5。使用时，本圆形的压电晶片7选用居里温度为360度PZT压缩型压电晶体，保证探头工作温度满足1～150度，振动频率与压电晶体的厚度、直径相关，根据频率要求，计算确定压电晶体的厚度和直径。
所述探头壳体9为2级阶梯型圆柱体，下部的圆柱体外圆上设有外螺纹，用于使用时装配到涡街流量计的流通体12上，下部圆柱体的底部形状为球形，上部的圆柱体上端设有4个对称的凹槽，安装时使用；所述安装座孔10的上端设有内螺纹，该内螺纹与螺母4相配套，用于压紧垫片3，从而通过弹簧2来调整圆形压电晶片7的共振频率点，保证探头的工作频率满足1MHZ的要求。
在所述压电晶片7与安装座孔10的底部之间涂覆有真空硅脂层8，可增加接触性。
安装时，将圆形的压电晶片7的负端朝下装入探头壳体9内，在压电晶片7与探头壳体9底部涂真空硅脂层8增加接触性，然后依次装入绝缘套1、弹簧座6、弹簧2、垫片3，最后用压紧螺母4封装，焊上电极引线5，本超声式探头封装即完成，绝缘套1与探头壳体9之间为紧配合。工作时主探头和补偿探头设计为一对发射探头13、接收探头14，将一对探头通过螺纹对称紧固在附图3所示的流通体12上，发射探头13发出1MHz左右的超声信号，当流通体12内有液体通过时，超声波振荡与旋涡相互作用后按相位调制，接收探头14接到信号后将其送到相位检测器，接收探头14检测的是漩涡的个数。从本质上解决了传统探头低流速受限和抗震动性差的问题。
采用本发明制作的涡街流量计其性能大大提高,参见下表1：
表1
从表中可以看出，采用本超声式探头制作的涡街流量计其测量下限具有明显的优势，量程同比提供50倍以上，尤其是对工业用大管低流速流量的测量具有很好的应用价值。
Claims (5)
1.一种涡街流量计用超声式探头，其特征在于：其包括探头壳体（9）、圆形的压电晶片（7）、绝缘套（1）以及用于压紧压电晶片（7）的固定装置；沿所述探头壳体（9）的轴线开设有圆形的安装座孔（10），所述绝缘套（1）设于安装座孔（10）内，所述压电晶片（7）设于绝缘套（1）的内腔内，所述固定装置包括设于压电晶片（7）上方的阶梯型弹簧座（6）、安装于阶梯型弹簧座（6）的轴肩上的弹簧（2）以及设于弹簧（2）上方的压紧装置；在所述阶梯型弹簧座（6）的上面以及探头壳体（9）的上端均设有电极引线（5）。
2.根据权利要求1所述的涡街流量计用超声探头，其特征在于：所述压紧装置包括垫片（3）以及设于垫片（3）上方的与安装座孔（10）相配合的压紧螺母（4）。
3.根据权利要求1或2所述的涡街流量计用超声式探头，其特征在于：所述探头壳体（9）为2级阶梯型圆柱体，下部的圆柱体外圆上设有外螺纹，其底部为球形面，上部的圆柱体上端设有凹槽；所述安装座孔（10）的上端设有内螺纹。
4.根据权利要求3所述的涡街流量计用超声式探头，其特征在于：在所述压电晶片（7）与安装座孔（10）的底部之间涂覆有真空硅脂层（8）。
5.根据权利要求1所述的涡街流量计用超声式探头，其特征在于：所述绝缘套（1）为圆筒型。
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