[发明专利]涡街流量计用超声式探头

说明书

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=C_lρU²/2,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；