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    渦街流量計用超聲式探頭
    技術領域
    本發明涉及一種管道流體的流量測量裝置,尤其是一種用于渦街流量計上的超聲式探頭。
     
    背景技術
    渦街流量計是20世紀70年代發展起來的一種新型流量儀表,它是在流體中安放一根非線性型阻流件,流體在阻流件兩側交替地分離釋放出兩串規則的漩渦,在阻流件后產生脈動的窩街力,設在阻流件后的探頭感受到這種脈動渦街力的作用,F=C1pU²/2,感受到的力與流速的平方成正比,流速低時感受不到脈動渦街力,使得渦街無信號輸出。探頭是渦街流量計的核心部件,目前,傳統的渦街流量計用探頭為雙懸梁檢測方式,有主探頭和補償探頭構成,探頭的壓電晶體的工作模式是“長條厚度彎曲振動模式”,其為應力型流量計,工作模式的不同決定壓電晶體的形狀也不相同,目前的普通探頭用晶片為長條晶片,其感受經過發生體后產生的渦街力產生彎曲應變,通過電極輸出信號。其利用流體振動原理來進行流量測量,目前的渦街流量計對外界的振動、流體的流動狀態特別敏感,它不僅可以感受到渦街力,還可以感受到管道振動、管道流體沖擊力以及流體的壓力變化所產生的隨機脈動壓力,這些干擾對流體流量將產生很大的影響,因此它不適于低流速及管道產生振動的場合,使得渦街流量計的應用受到一定的限制。因此迫切需要一種新型的探頭,使其能更好的適應低流速的測量環境以及消除管道振動產生的誤差。
     
    發明內容
    本發明要解決的技術問題是提供一種性能穩定、適于低流速測量且降低管道振動影響的渦街流量計用超聲式探頭。
    為解決上述技術問題,本發明所采取的技術方案是:一種渦街流量計用超聲式探頭,其包括探頭殼體、圓形的壓電晶片、絕緣套以及用于壓緊壓電晶片的固定裝置:沿所述探頭殼體的軸線開設有圓形的安裝座孔,所述絕緣套設于安裝座孔內,所述壓電晶片設于絕緣套的內腔內,所述固定裝置包括設于壓電晶片上方的階梯型彈簧座、安裝于階梯型彈簧座的軸肩上的彈簧以及設于彈簧上方的壓緊裝置:在所述階梯型彈簧座的上面以及探頭殼體的上端均設有電極引線。
    上述壓緊裝置包括墊片、設于墊片上方的與安裝座孔相配合的螺母。
    上述探頭殼體為2級階梯型圓柱體,下部的圓柱體外圓上設有外螺紋,下部圓柱體的底部形狀為球形,上部的圓柱體上端設有凹槽:所述安裝座孔的上端設有內螺紋。
    在上述壓電晶片與安裝座孔的底部之間涂覆有真空硅脂層。
    上述絕緣套為圓筒型。
    本超聲式探頭的工作原理是:其利用壓電晶體的壓電效應將流體的振動力轉換成電荷量通過電機輸出。使用時將渦街流量計的主探頭和補償探頭設計為一對發射、接收探頭,發射探頭和接收探頭均采用本超聲式探頭,將發射探頭和接收探頭分別安裝在渦街流量計的流通體的管壁上。本圓形的壓電晶片是超聲式探頭的關鍵部件,發射探頭利用壓電晶體的逆壓電效應,當在它兩端加一定的交流電壓頻率時,圓形壓電晶片沿厚度方向產生振動,產生振動頻率為1M憶左右的超聲波,接收探頭接收到超聲信號后將其輸出。工作時,發射探頭通過電流發生器提供的交流電壓信號,產生超聲波振蕩,當渦街流量計的流通體內有液體通過時,超聲波振蕩與旋渦相互作用后按相位調制,接收探頭接到信后后將其送到相位檢測器,在相位檢測器輸出處形成電信號,其頻率和振幅分別相應于渦流的頻率和強度。
    采用上述技術方案所產生的有益效果在于:1、利用本超聲式探頭制作而成的渦街流量計其流速測量下限比原來的普通渦街流量計明顯降低,可使動態量程比擴大至1:50~100左右,從而更適于測量低流速的流體,可很好的適用于工業用大管低流速流量的測量:并且由于工作原理和原來渦街流量計不同,所以其能更好的降低管體振動對測量精度的影響。這是因為超聲式探頭是利用超聲波檢測技術檢測阻流件后漩渦的個數,對于管道振動和流體壓力變化引起的脈動,超聲式探頭檢測不到:超聲式探頭產生的1MZ的超聲波信號連續不斷的在工作,只要流體通過阻流件產生漩渦,超聲振蕩就與漩渦相互作用后按相位調制,就有信號輸出,所以,能更好的適應低流速測量和降低管體振動對測量精度的影響。
    2、將探頭殼體的下端表面設計為球面,可保證本超聲式探頭具有較準確的聲束角,提高渦街流量計的測量范圍和測量精度。
    3、使用時,本探頭殼體兼做電荷輸出端的地線,采用螺紋封裝壓緊,使得其結構更加簡單,提高了探頭的組裝效率,從而更方便了現場維護,降低成本。
     
    附圖說明
    圖1是本發明的主剖視圖:
    圖2是圖1的俯視圖:
    圖3使采用本超聲式探頭的渦街流量計示意圖;
    圖4是圖3中B部的放大圖:
    其中,1、絕緣套:2、彈簧:3、墊片:4、壓緊螺母:5、電極引線:6、彈簧座:7、壓電晶片:8、真空硅脂層:9、探頭殼體:10、安裝座孔:11、發生體:12、流通體:13、發射探頭:14、接收探頭。
     
    具體實施方式
    下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
    參見附圖1和附圖2,本發明包括探頭殼體9、圓形的壓電品片7、絕緣套1以及用
    于壓緊壓電晶片7的固定裝置:沿所述探頭殼體9的軸線開設有圓形的安裝座孔10,所述絕緣套1設于安裝座孔10內,其形狀為圓筒型,所述壓電晶片7設于絕緣套1的內腔內,所述固定裝置包括設于壓電晶片7上方的階梯型彈簧座6、安裝于階梯型彈簧座6的軸肩上的彈簧2以及設于彈簧2上方的壓緊裝置,該壓緊裝置包括墊片3以及設于墊片3上方的與安裝座孔10相配合的螺母4:在所述階梯型彈簧座6的上面以及探頭殼體9的上端均引出有電極引線5。使用時,本圓形的壓電品片7選用居里溫度為360度PZT壓縮型壓電晶體,保證探頭工作溫度滿足1~150度,振動頻率與壓電品體的厚度、直徑相關,根據頻率要求,計算確定壓電晶體的厚度和直徑。
    所述探頭殼體9為2級階梯型圓柱體,下部的圓柱體外圓上設有外螺紋,用于使用時裝配到渦街流量計的流通體12上,下部圓柱體的底部形狀為球形,上部的圓柱體上端設有4個對稱的凹槽,安裝時使用:所述安裝座孔10的上端設有內螺紋,該內螺紋與螺母4相配套,用于壓緊墊片3,從而通過彈簧2來調整圓形壓電晶片7的共振頻率點,保證探頭的工作頻率滿足1MHZ的要求。
    在所述壓電晶片7與安裝座孔10的底部之間涂覆有真空硅脂層8,可增加接觸性。
    安裝時,將圓形的壓電晶片7的負端朝下裝入探頭殼體9內,在壓電晶片7與探頭殼體9底部涂真空硅脂層8增加接觸性,然后依次裝入絕緣套1、彈簧座6、彈簧2、墊片3,zui后用壓緊螺母4封裝,焊上電極引線5,本超聲式探頭封裝即完成,絕緣套1與探頭殼體9之間為緊配合。工作時主探頭和補償探頭設計為一對發射探頭13、接收探頭14,將一對探頭通過螺紋對稱緊固在附圖3所示的流通體12上,發射探頭13發出1MHz左右的超聲信號,當流通體12內有液體通過時,超聲波振蕩與旋渦相互作用后按相位調制,接收探頭14接到信號后將其送到相位檢測器,接收探頭14檢測的是漩渦的個數。從本質上解決了傳統探頭低流速受限和抗震動性差的問題。
    采用本發明制作的渦街流量計其性能大大提高,參見下表1:
    表1
    從表中可以看出,采用本超聲式探頭制作的渦街流量計其測量下限具有明顯的優勢,量程同比提供50倍以上,尤其是對工業用大管低流速流量的測量具有很好的應用價值。
     

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