[发明专利]涡流传感器

说明书

本发明涉及一种涡流传感器，该涡流传感器用于测量在测量管中流动的流体流速和/或按容积计的流量。

普通的涡流传感器具有非流线体，该非流线体沿测量管的直径设置并固定在管壁上。

如众所周知的，这种涡流传感器工作时，在非流线体的下游形成卡曼涡道。其压力波动由敏感元件转换成电信号，该电信号频率与流速成正比，由此可计算出按容积计的流量。

一方面，目前使用的涡流敏感元件是伸入流体并直接承受压力波动的装置；这些装置，例如，是压力传感器、尤其是电容传感器，这些传感器安装在非流线体内或装入或在该非流线体的下游插入穿过测量管的壁。

另一方面，用一超声装置测出压力波动，该超声装置的发射器和接收器沿直径方向彼此相对地安装在测量管外部。发射器穿过测量管壁、流体、和相对壁发送超声信号，该信号被该压力波动调制并被接收器记录。

这两种敏感元件的固有缺点是装配这些敏感元件的涡流传感器不能用于所有的流体。超声波传感器仅可用于约为250℃的流体温度，电容式压力传感器仅可用于约为400℃的流体温度。

另外，还描述了这样的涡流传感器，其中光或激光束穿过流体并且经涡流体作用产生的光束强度调制用来确定涡流频率；例如，参见U.S.专利4,519,259或GB-A 2,084,720。这种光涡流传感器也能承受大于400℃的温度。

本发明的目的是提供一个光传感器系统，该系统可在大于400℃的温度中使用，它不与流体接触，且所用空间小于普通的光传感器系统。

为实现这个目的，本发明的第一个方案是提供一个用于测量流体流速和/或按容积计的流量的涡流传感器，所述的涡流传感器包括：

一个测量管，流体以第一方向流过测量管，测量管具有一个壁，在该壁上沿所述测量管的第一直径的彼此相对的点处流体密封和压力密封地设置无条纹高温光学玻璃的第一和第二窗口；

一个沿所述测量管的第二直径设置并固定在该测量管中用于在该流体中产生卡曼涡流体的非流线体，其频率与流速成正比，所述的第二直径位于所述第一直径的上游且大体垂直于该第一直径；

一个激光差动干涉仪，它具有一个处在该第一窗口前面的所述测量管外侧、并固定到该第一窗口和/或该测量管的发射单元，所述的发射单元包括沿着趋向第一窗口的方向依次排列的下述光学部件：

一个激光器，

一个透镜系统，

一个第一偏振滤光器，

一个第一渥拉斯顿(Wollaston)棱镜，和

一个第一透镜；

一个处在该第二窗口前面的所述测量管的外侧、并固定到该第二窗口和/或该测量管的接收单元，所述的接收单元包括沿着从该第二窗口离开的方向依次排列的下述光学部件：

一个第二透镜，

一个第二渥拉斯顿棱镜，

一个第二偏振滤光器，和

一个PIN二极管。

为了实现上述目的，本发明的第二个方案是提供一个用于测量流体流速和/或按容积计的流量的涡流传感器，所述的涡流传感器包括：

一个测量管，流体以第一方向流过测量管，测量管具有一个壁，在该壁上沿所述测量管的第一直径的彼此相对的点处流体密封和压力密封地设置无条纹高温光学玻璃的第一和第二窗口；

一个沿所述测量管的第二直径设置并固定在该测量管中用于在该流体中产生卡曼涡流体的非流线体，其频率与流速成正比，所述的第二直径位于所述第一直径的上游且大体垂直于该第一直径；

一个激光差动干涉仪，它具有一个处在该第一窗口前面的所述测量管外侧、并固定到该第一窗口和/或该测量管的发射单元，所述的发射单元包括沿着趋向第一窗口的方向依次排列的下述光学部件：

一个发射偏振光的激光器，

一个透镜系统，

一个第一渥拉斯顿棱镜，和

一个第一透镜；

一个处在该第二窗口前面的所述测量管的外侧、并固定到该第二窗口和/或该测量管的接收单元，所述的接收单元包括沿着从该第二窗口离开的方向依次排列的下述光学部件：

一个第二透镜，

一个第二渥拉斯顿棱镜，

一个偏振滤光器，和

一个PIN二极管。

在本发明第一或第二方案的优选实施例中，第一和第二透镜是消色差透镜。

本发明的一个优点是既使流体温度高达例如600℃，该流体仍可根据涡流原理进行测量。

本发明的另一个优点是由于光学部件能使用微型系统技术制造，因此，光学传感器系统所占据的空间小于普通传感器系统。

当结合附图对下述实例说明时，本发明将变得更清楚，其中：