专利名称：一种涡街流量计及其声敏式传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于流量测量技术领域，具体涉及 一种涡街流量计。
背景技术：
涡街流量计是利用卡门涡街原理进行流量测量的。把一个飞流线形组流体垂直插入管道中，随着流体绕过组流体流动，产生漩涡分离现象，形成有规则的漩涡列，左右两侧漩涡的旋转方向相反，这种漩涡被称为卡门涡街，其中，产生漩涡分离的组流体被称为漩涡发生体。涡街流量计就是根据漩涡脱离漩涡发生体的频率与流量之间的关系来测量流量的仪表。在授权公告号为CN201653463U的中国实用新型专利说明书中公开了一种涡街流量计，包括内设流体通道的管状壳体，在流体通道中设有漩涡发生体，在流体流过漩涡发生体后会在流体通道中形成产生卡门涡街的涡街产生区域，在管状壳体上设有供外界流体流过的测量通道，测量通道一端为与管状壳体所处外界相连通的进口、另一端为与所述管状壳体内部流体通道相连通的出口，在测量通道中从其进口到出口依次设置有过滤元件、热敏元件。流体在管状壳体的流体通道中流动经过漩涡发生体时，在漩涡发生体后出现漩涡低压区，涡街流量计所处外界含有杂质的流体介质在压力作用下进入测量通道，并经过滤元件过滤后作用在热敏元件上，最后由热敏元件测出管状壳体中漩涡发生的频率，进而测得流体通道中流体的流量。上述涡街流量计具有结构简单牢固、灵敏度高和抗振性好的优点。它的主要缺点是耐污能力差，并只能用于检测较低温度的流体。正因为这些问题，实际应用的涡街流量计大都采用压敏检测技术，然而压敏法有灵敏度较低、不耐振的问题。并且上述热敏及压敏的测量方法中的热敏元件及压敏元件易受到待测气流中的水汽的影响，两者受外界环境影响均较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种受外界环境影响较小的涡街流量计用声敏式传感器；同时，本发明还提供一种使用上述声敏式传感器的涡街流量计。为实现上述目的，本发明所提供的涡街流量计用声敏式传感器采用如下技术方案一种涡街流量计用声敏式传感器，其特征在于包括用于与涡街流量计上的流体通道相连通以收集流体流过漩涡发生体后产生的漩涡所形成的声波信号的第一声波收集管脚和用于与所述流体通道所处外界环境相连通以收集外界声波干扰信号的第二声波收集管脚，所述声敏式传感器还包括用于分别对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号、且背靠背布置以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号的第一、第二声波传感器。所述的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器。本发明所提供的涡街流量计采用如下技术方案一种涡街流量计，包括内设流体通道的测量头，在测量头中固设有小端朝向流体通道后方的漩涡发生体，所述的测量头上设有入口与流体通道相连通的第一导声通道和入口与流体通道所处外界环境相连通的第二导声通道，第一导声通道的入口位于与在流体流过漩涡发生体后形成的涡街产生区域相对应的流体通道壁上，第一导声通道的出口连接有声敏式传感器，该声敏式传感器包括与第一导声通道的出口对接以收集流体流过漩涡发生体后产生的漩涡形成的声波信号的第一声波收集管脚和与第二导声通道的出口对接以收集外界声波干扰信号的第二声波收集管脚，所述声敏式传感器还包括分别对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号、且背靠背布置以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号的第一、第二声波传感器。所述的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器。所述的第一导声通道包括开设在测量头上与在流体流过漩涡发生体后而形成的涡街区域相对应的流体通道壁上的侧孔和与侧孔相连通的固设在测量头上的声导管，声导管与第一声波收集管脚相对接。
所述的声导管和所述侧孔通过测量头上设有的连接通道连通，该连接通道上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段。所述的第二导声通道包括套装在声导管和声敏式传感器外的外套管，外套管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在外套管上设有与所述测量头所处外界环境相连通的作为第二导声通道的入口的平衡进气孔，所述外套管中具有连通所述平衡进气孔和第二声波收集管脚的传声通道。所述的传声通道为由所述声导管的外壁和外套管的内壁形成的沿声导管轴向延伸的夹层。所述的平衡进气孔位于外套管的后侧且靠近测量头的位置处。所述的测量头中固设有导流片，该导流片位于漩涡发生体前方。本发明的有益效果是本发明所提供的涡街流量计用声敏式传感器在使用时由第一声波收集管脚收集由流体流过漩涡发生体后产生的漩涡所形成的声波信号，而由第二声波收集管脚收集流体通道所处外界环境中的外界声波干扰信号，并由第一声波传感器和第二声波传感器对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号，这样其中一个声波传感器接收到的声波信号为外界声波干扰信号，而另一个声波传感器所收集到的声波信号为漩涡产生的声波信号和外界声波干扰信号，因为两个声波传感器所收集到的外界声波干扰信号基本一致，这样当将两个声波传感器所接收到的信号输出到比较电路中后，两个声波传感器所输出的信号可以平衡抵消外界声波干扰信号，从而有效降低流体通道所处外界环境的干扰，提高声敏式传感器的抗干扰能力，减少外界环境对检测装置及涡街流量计的影响，提高声敏式传感器的测量精度。本发明所提供的涡街流量计在使用时，进入流体通道中的气流经过漩涡发生体后会交替产生两列漩涡信号，经第一导声通道传输后变为声波信号，该声波信号由第一声波收集管脚所收集，并将所收集到的声波信号发送给对应的第一声波传感器，该声波信号强度与流体通道中的流体速度成正比，通过测量声波信号的强度即可计算出流体通道中的流速，进而计算出流量。考虑到流体通道与流体通道所处外界环境相连通，第一声波收集管脚通过第一导声通道所收集到的声波信号中存在外界环境中的声波干扰信号，必须去除这些声波干扰信号，才能保证测量精度。本发明所提供的涡街流量计上设有的声敏式传感器上还设有第二声波收集管脚，该第二声波收集管脚通过设在测量头上的第二导声通道收集流体通道所处外界环境中的声波干扰信号，且第二声波收集管脚将所收集到的声波干扰信号传输给相应的第二声波传感器，这样其中一个声波传感器接收到的声波信号为外界声波干扰信号，而另一个声波传感器所收集到的声波信号为漩涡产生的声波信号和外界声波干扰信号，因为两个声波传感器所收集到的外界声波干扰信号基本一致，这样当将两个声波传感器所接收到的信号输出到比较电路中后，两个声波传感器所输出的信号可以平衡抵消外界声波干扰信号，从而有效降低流体通道所处外界环境的干扰，提高声敏式传感器的抗干扰能力，减少外界环境对检测装置及涡街流量计的影响，提高声敏式传感器的测量精度。本发明所提供的涡街流量计采用声波 检测的方式来测量流体流速，具有优异的防水性能，有效减少流体中所含水汽对测量结果的影响。
图I是本发明所提供的涡街流量计用声敏式传感器一种实施例的结构示意 图2是使用如图I所示的声敏式传感器的涡街流量计的一种实施例的结构示意 (图中箭头所示为流体流动方向)。
具体实施例方式如图I所示，一种涡街流量计用声敏式传感器的实施例，该实施例中的声敏式传感器包括具有内腔的壳体20,壳体20的内腔由背靠背布置在内腔中的第一声波传感器和第二声波传感器分隔成两个腔体，此处的第一声波传感器为第一驻极体传声器21,而第二声波传感器则为第二驻极体传声器22，在壳体20上设有与两个腔体分别对应连通以将所收集到的声波信号传递给对应的驻极体传声器的第一声波收集管脚11和第二声波收集管脚12，此处的第一声波收集管脚11用于与涡街流量计上的流体通道相连通以收集流体流过漩涡发生体后产生的漩涡所形成的声波信号，而第二声波收集管脚12则用于与所述流体通道所处外界环境相连通以收集外界声波干扰信号，而背靠背布置的第一、第二驻极体传声器则通过相互作用以平衡消除第一声波收集管脚所收集到的流体通道中的声波干扰信号。上述实施例中的第一、第二声波传感器的信号输出端连接有信号比较电路，通过该信号比较比较电路将两个声波传感器所接收到的信号做比较，从而平衡掉外界声波干扰信号对测量结构的影响。信号比较电路可以采用电路中采用全桥电路。上述实施例中的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器，在其他实施例中，第一、第二声波传感器也可以采用其他类型如动圈式、硅微式均可，只要所用的声波传感器灵敏度足够高即可，并且同一台声敏式传感器上所用的两个声波传感器的要保持一致性、匹配性要好，以免对消除干扰信号造成不利影响。在上述实施例中，两个驻极体传声器布置在壳体内腔中，而两个声波收集管脚固设在壳体上，两个声波收集管脚所收集到的声波在通过壳体的左右两个腔体后作用在驻极体传声器上，因为两个声波收集管脚所收集到的外界环境的声波干扰信号基本一致，这样背靠背布置的两个驻极体传声器将相互抵消以消除外界环境的声波干扰信号对声敏式传感器测量精度的影响。在其他实施例中，也可以省去壳体，而将声波收集管脚与相对应的驻极体传声器相对接。如图I、图2所示,一种涡街流量计的实施例,该实施例中的涡街流量计包括内部设有流体通道的筒形的测量头3，在测量头3中固设有小端朝向流体通道后方的漩涡发生体I，此处的漩涡发生体的截面呈三角形，在测量头3中还固设有导流片2，该导流片位于漩涡发生体的前方。在测量头上设有入口与流体通道相连通的第一导声通道和入口与涡街流量计工作时流体通道所处外界环境相连通的第二导声通道，第一导声通道的入口位于与在流体流过漩涡发生体后形成的涡街产生区域相对应的流体通道壁上，此处的第一导声通道包括开设在测量头上与在流体流过漩涡发生体后形成的涡街产生区域相对应的流体通道壁上的侧孔4、固设在测量头上的且沿测量头径向延伸的声导管7以及测量头上设有的连通侧孔和声导管的连接通道，该连接通道上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段5，在声导管7的远离测量头的一端即第一导声通道的出口处连接有声敏式传感器8，该声敏式传感器8的结构如图I所示，在此不再赘述，声敏式传感器的第一声波收集管脚11与声导管7的远离测量头的一端相对接，而第二声波收集管脚12则与第二导声通道相对接以收集涡街流量计使用时流体通道所处外界环境的声波干扰信号。本实施例中的第二导声通道包括套装 在声导管和声敏式传感器外的外套管6，外套管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在外套管6上设有与所述测量头所处外界环境相连通的作为第二导声通道的入口的平衡进气孔10，该平衡进气孔10位于外套管的后侧且靠近测量头的位置处，所述外套管6中具有连通所述平衡进气孔和第二声波收集管脚的传声通道，此处的传声通道为由所述声导管7的外壁和外套管6的内壁形成的沿声导管轴向延伸的夹层9。在本实施例中，声导管7、外套管6及连接侧孔与声导管的连接通道均位于所述侧孔的后方。在本实施例中，为便于在测量时将测量头放入流体通道中，外套管和声导管均沿测量头径向延伸，这样上述涡街流量计形成L形结构。在本实施例中，在测量头3上设置沿测量头轴向延伸的缓冲段5可以有效的消除测量通道中流过的流体中所含杂质的影响。在本实施例中，测量头的流体通道壁上的侧孔位于靠近漩涡发生体的位置处，在其他实施例中，侧孔也可以开设在距离漩涡发生体稍远的位置处，只要侧孔开设的位置仍有流体在流过漩涡发生体后产生的漩涡即可，即只要侧孔仍位于与在流体流过漩涡发生体后产生的涡街发生区域相对应的流体通道壁上即可。工作时，将呈L形结构的涡街流量计插入流体管道中，测量头3及外套管6上的平衡进气孔10均位于流体管道中，而声敏式传感器8则位于流体管道外，进入流体管道中的气流经过漩涡发生体I后会交替产生两列交错排列的漩涡信号，这些漩涡信号在流体通道中形成涡街发生区域，这些漩涡信号经侧孔4、连接通道、声导管7传输后变为声波信号，这些声波信号由第一声波收集管脚11所收集，同时，由第一驻极体传声器21接收由第一声波收集管脚11所收集到的声波信号，因为声波信号强度与测量头的流体通道内的流体速度成正比，这样通过测量声波信号的强度即可计算出流体管道内的流体速度，进而计算出流体的流量。考虑到流体通道与流体通道所处外界环境相连通，第一声波收集管脚11通过第一导声通道所收集到的声波信号中存在外界环境中的声波干扰信号，必须去除这些声波干扰信号，才能保证测量精度。在上述实施例中的涡街流量计的声敏式传感器上还设有专门用于收集流体通道所处外界环境中的声波干扰信号的第二声波收集管脚12，第二声波收集管脚12通过传声通道、平衡进气孔10收集流体通道所处外界环境中的声波干扰信号，且第二声波收集管脚12所收集的声波干扰信号由第二驻极体传声器22接收，因为第一、第二驻极体传声器背靠背布置，且因为声敏式传感器位于外套管6中，平衡进气孔10中流通的气体与测量头3中流通的待测气体同源，这样一个声波传感器接收到的声波信号为外界声波干扰信号，而另一个声波传感器所收集到的声波信号为漩涡产生的声波信号和外界声波干扰信号，因为两个声波传感器所收集到的外界声波干扰信号基本一致，这样当将两个声波传感器所接收到的信号输出到比较电路中后，两个声波传感器所输出的信号可以平衡抵消外界声波干扰信号，提高声敏式传感器和涡街流量计的抗干扰能力，提高涡街流量计的测量精度。上述实施例中的第一、第二声波传感器的信号输出端连接有信号比较电路，通过该信号比较比较电路将两个声波传感器所接收到的信号做比较，从而平衡掉外界声波干扰信号对测量结构的影响。信号比较电路可以采用电路中采用全桥电路。
上述实施例中的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器，在其他实施例中，第一、第二声波传感器也可以采用其他类型如动圈式、硅微式均可，只要所用的声波传感器灵敏度足够高即可，并且同一台声敏式传感器上所用的两个声波传感器的要保持一致性、匹配性要好，以免对消除干扰信号造成不利影响。在上述实施例中，两个驻极体传声器布置在壳体内腔中，而两个声波收集管脚固设在壳体上，两个声波收集管脚所收集到的声波在通过壳体的左右两个腔体后作用在驻极体传声器上，因为两个声波收集管脚所收集到的外界环境的声波干扰信号基本一致，这样背靠背布置的两个驻极体传声器将相互抵消以消除外界环境的声波干扰信号对声敏式传感器测量精度的影响。在其他实施例中，也可以省去壳体，而将声波收集管脚与相对应的驻极体传声器相对接。上述实施例中的涡街流量计的声导管位于测量头上方，且沿测量头径向延伸，这样进入声导管中的水汽在上升过程中将出现冷凝并沿声导管流回流体通道，从而使得该涡街流量计具有良好的防水能力，可用于水汽较大的检测环境。在上述实施例中，第一导声通道由侧孔、连接通道及声导管组成，在其他实施例中，也可以省去连接通道，而将声导管直接与侧孔相对接。或者直接在测量头上开孔，而将声导管紧配合的固定插入孔中。在上述实施例中，第二导声通道主要由外套管上的平衡进气孔及传声通道组成，在其他实施例中，第二导声通道可以为与第二声波收集管脚相对接的导流管，该导流管可以为弯折的弧形结构或其他结构。在上述实施例中，传声通道为声导管的外壁和外套管的外壁形成的夹层，在其他实施例中，传声通道也可以为其他的结构如在外套管中增设沿声导管轴向延伸的传声管，该传声管的下端与平衡进气孔连通、其上端与第二声波收集管脚想来南通，这样第二声波收集管脚只接收由传声管传输过来的声波信号。上述实施例中的漩涡发生体的截面为三角形,在其他实施例中,漩涡发生体的截面也可以采用等腰梯形等结构。
权利要求
1.一种涡街流量计用声敏式传感器，其特征在于包括用于与涡街流量计上的流体通道相连通以收集流体流过漩涡发生体后产生的漩涡所形成的声波信号的第一声波收集管脚(11)和用于与所述流体通道所处外界环境相连通以收集外界声波干扰信号的第二声波收集管脚(12)，所述声敏式传感器还包括用于分别对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号、且背靠背布置以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号的第一、第二声波传感器。
2.根据权利要求I所述的涡街流量计用声敏式传感器，其特征在于所述的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器。
3.一种涡街流量计，包括内设流体通道的测量头(3)，在测量头中固设有小端朝向流体通道后方的漩涡发生体(1)，其特征在于所述的测量头上设有入口与流体通道相连通的第一导声通道和入口与流体通道所处外界环境相连通的第二导声通道，第一导声通道的入口位于与在流体流过漩涡发生体后形成的涡街产生区域相对应的流体通道壁上，第一导声通道的出口连接有声敏式传感器(8)，该声敏式传感器包括与第一导声通道的出口对接以收集流体流过漩涡发生体后产生的漩涡形成的声波信号的第一声波收集管脚(11)和与第二导声通道的出口对接以收集外界声波干扰信号的第二声波收集管脚(12)，所述声敏式传感器还包括分别对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号、且背靠背布置以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号的第一、第二声波传感器。
4.根据权利要求3所述的涡街流量计，其特征在于所述的第一、第二声波传感器均为驻极体传声器。
5.根据权利要求3所述的涡街流量计，其特征在于所述的第一导声通道包括开设在测量头上与在流体流过漩涡发生体后而形成的涡街区域相对应的流体通道壁上的侧孔(4)和与侧孔相连通的固设在测量头上的声导管(7)，声导管与第一声波收集管脚相对接。
6.根据权利要求5所述的涡街流量计，其特征在于所述的声导管和所述侧孔通过测量头上设有的连接通道连通，该连接通道上具有沿测量头轴向延伸的缓冲段(5)。
7.根据权利要求5或6所述的涡街流量计，其特征在于所述的第二导声通道包括套装在声导管和声敏式传感器外的外套管(6)，外套管下端由测量头封堵、其上端为封口结构，在外套管上设有与所述测量头所处外界环境相连通的作为第二导声通道的入口的平衡进气孔(10)，所述外套管中具有连通所述平衡进气孔和第二声波收集管脚的传声通道。
8.根据权利要求7所述的涡街流量计，其特征在于所述的传声通道为由所述声导管的外壁和外套管的内壁形成的沿声导管轴向延伸的夹层(9)。
9.根据权利要求7所述的涡街流量计，其特征在于所述的平衡进气孔位于外套管的后侧且靠近测量头的位置处。
10.根据权利要求7所述的涡街流量计，其特征在于所述的测量头中固设有导流片(2)，该导流片位于漩涡发生体前方。
全文摘要
本发明公开了一种涡街流量计及其声敏式传感器，包括测量头，测量头上设有第一导声通道和第二导声通道，第一导声通道的入口位于流体通道壁上，第一导声通道的出口连接有声敏式传感器，该声敏式传感器包括与第一导声通道的出口对接的第一声波收集管脚和与第二导声通道的出口对接第二声波收集管脚，包括分别对应接收两个声波收集管脚所收集到的声波信号、且背靠背布置以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号的第一、第二声波传感器。通过两个驻极体传声器的相互抵消作用，可以平衡消除第一声波收集管脚收集到的流体通道中的声波干扰信号对测量结果的干扰，提高声敏式传感器和涡街流量计的抗干扰能力。
文档编号G01F1/66GK102818596SQ20121030231
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月23日 优先权日2012年8月23日
发明者李波, 赵彤凯, 张胜峰, 郝志国, 朱金明, 赵静涛 申请人:郑州光力科技股份有限公司
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