基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)。包括測(cè)量直管、毛細(xì)不銹鋼管和鍍膜光纖光柵傳感探頭；測(cè)量直管軸向中心對(duì)應(yīng)的管壁上開有圓孔；毛細(xì)不銹鋼管長(zhǎng)度與測(cè)量直管管外徑相同；毛細(xì)不銹鋼管的兩端分別密封固定在測(cè)量直管的圓孔中；毛細(xì)不銹鋼管軸向中心位置開有長(zhǎng)方形通孔，長(zhǎng)方形孔的兩側(cè)分別正對(duì)流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭安裝在測(cè)量直管中心線與長(zhǎng)方形孔中心線的交點(diǎn)上，鍍膜光纖光柵傳感探頭光纖從毛細(xì)不銹鋼管兩端引出。本發(fā)明具有很好的靈敏度與穩(wěn)定性。鍍膜光纖光柵熱式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、壓損小、重復(fù)性較好、小流量時(shí)靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，可用于大管徑低流速氣體流量的測(cè)量。
【專利說(shuō)明】基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及流量測(cè)量裝置，尤其是涉及一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]熱式氣體流量計(jì)是根據(jù)介質(zhì)熱傳遞原理制成的一種流量?jī)x表，一般用來(lái)測(cè)量氣體的質(zhì)量流量。早期的熱式質(zhì)量流量計(jì)是一種熱接觸式流量計(jì)，由美國(guó)的托馬斯于20世紀(jì)初設(shè)計(jì)完成。20世紀(jì)70年代，基于測(cè)量氣體溫度分布的熱分布型熱式質(zhì)量流量計(jì)得到了迅速的發(fā)展，開始用于微小氣體質(zhì)量流量的測(cè)量。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推進(jìn)，測(cè)量管道的口徑不斷擴(kuò)大，1992年Kurz經(jīng)過(guò)對(duì)熱式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì),在接觸式流量計(jì)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種浸入型的熱式質(zhì)量流量計(jì)，并得到了快速發(fā)展。熱式氣體流量計(jì)具有壓損小、無(wú)活動(dòng)部件、精度高、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的熱式流量傳感探頭需一定的加熱電流以及溫度補(bǔ)償模塊，很難做到無(wú)源低功耗運(yùn)行。
[0003]近年來(lái)，光纖光柵以其本質(zhì)安全、不受電磁干擾、靈敏度高、質(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)而在傳感領(lǐng)域備受關(guān)注并得到了廣泛應(yīng)用。越來(lái)越多的傳統(tǒng)流量計(jì)與光纖光學(xué)技術(shù)相結(jié)合，在流量測(cè)量領(lǐng)域取得了許多新進(jìn)展:光纖渦輪流量傳感器、光纖渦街流量傳感器、靶式光纖光柵流量傳感器等許多種類的光纖流量傳感器都開始逐步發(fā)展起來(lái)?；诠饫w光柵流量傳感器的廣闊應(yīng)用以及對(duì)傳統(tǒng)熱式流量計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與開發(fā)，鍍膜光纖光柵熱式流量計(jì)進(jìn)入了我們的視野。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)，使其可以用于大管徑(50mm以上)、低流速(低于lOm/s)的氣體質(zhì)量流量的測(cè)量。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括測(cè)量直管、毛細(xì)不銹鋼管和鍍膜光纖光柵傳感探頭；測(cè)量直管軸向中心對(duì)應(yīng)的管壁上開有圓孔；毛細(xì)不銹鋼管長(zhǎng)度與測(cè)量直管管外徑相同；毛細(xì)不銹鋼管的兩端分別密封固定在測(cè)量直管的圓孔中；毛細(xì)不銹鋼管軸向中心位置開有長(zhǎng)方形通孔，長(zhǎng)方形孔的兩側(cè)分別正對(duì)流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭安裝在測(cè)量直管中心線與長(zhǎng)方形孔中心線的交點(diǎn)上，鍍膜光纖光柵傳感探頭光纖從毛細(xì)不銹鋼管兩端引出。
[0006]所述的毛細(xì)不銹鋼管外徑為3mm,內(nèi)徑為2mm。所述的長(zhǎng)方形孔寬度為1.5mm,長(zhǎng)度為 12mm。
[0007]本發(fā)明具有的有益效果是:
本發(fā)明將光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用于熱式氣體流量測(cè)量領(lǐng)域，鍍膜光纖光柵傳感探頭作為一種無(wú)源元器件，具有很好的靈敏度與穩(wěn)定性。鍍膜光纖光柵熱式流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、壓損小、重復(fù)性較好、小流量時(shí)靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，可用于大管徑低流速氣體流量的測(cè)量?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本流量計(jì)的一次部件結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2是圖1的A-A剖面圖。
[0010]圖3是本發(fā)明的鍍膜光纖光柵傳感探頭的封裝結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖4是圖3的D-D剖面圖。
[0012]圖中:1、測(cè)量直管，2、毛細(xì)不銹鋼管，3、鍍膜光纖光柵傳感探頭，4、連接孔，5、法
ΛΑ
~O
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明包括測(cè)量直管1、毛細(xì)不銹鋼管2和鍍膜光纖光柵傳感探頭3 ;測(cè)量直管I軸向中心對(duì)應(yīng)的管壁上開有圓孔；毛細(xì)不銹鋼管2長(zhǎng)度與測(cè)量直管I管外徑相同；毛細(xì)不銹鋼管2的兩端分別密封固定在測(cè)量直管I的圓孔中；毛細(xì)不銹鋼管2軸向中心位置開有長(zhǎng)方形通孔，長(zhǎng)方形孔的兩側(cè)分別正對(duì)流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭3安裝在測(cè)量直管I中心線與長(zhǎng)方形孔中心線的交點(diǎn)上，鍍膜光纖光柵傳感探頭3光纖從毛細(xì)不銹鋼管2兩端引出。鍍膜光纖光柵傳感探頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)在申請(qǐng)日之前申請(qǐng)發(fā)明專利。探頭由兩段光纖光柵錯(cuò)位耦合熔接在一起，其中后一段光纖光柵表面鍍有金屬膜；毛細(xì)不銹鋼管兩端延伸出的鍍膜光纖光柵尾纖覆蓋光纖保護(hù)材料。
[0015]毛細(xì)不銹鋼管2外徑為3mm,內(nèi)徑為2mm。長(zhǎng)方形孔寬度為1.5mm,長(zhǎng)度為12mm。
[0016]本發(fā)明的工作原理如下:
如圖1、圖2所示，測(cè)量直管內(nèi)徑與現(xiàn)場(chǎng)管道內(nèi)徑相同，通過(guò)管口兩端的法蘭5連接在一起，4為連接孔；測(cè)量直管內(nèi)部被測(cè)氣體通過(guò)毛細(xì)不銹鋼管長(zhǎng)方形通孔流經(jīng)鍍膜光纖光柵傳感探頭流出，長(zhǎng)方形通孔兩端及毛細(xì)不銹鋼管兩端分別密封，起到集中、匯聚流束的作用，無(wú)被測(cè)氣體經(jīng)通孔流入毛細(xì)不銹鋼管；鍍膜光纖光柵傳感探頭由兩段光纖光柵錯(cuò)位耦合熔接在一起，其中后一段光纖光柵所在包層表面鍍有金屬膜。寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)環(huán)形器與激光光源發(fā)出的光一同接入波分復(fù)用器通入鍍膜光纖光柵傳感探頭，其中激光由前一段光纖的自由端注入，在經(jīng)過(guò)錯(cuò)位熔接區(qū)時(shí)激光的絕大部分能量將被耦合到第二段鍍膜光纖光柵包層中去，從而導(dǎo)致金屬膜吸收部分激光能量。吸收了激光能量的金屬膜將釋放出熱量，迫使對(duì)應(yīng)的光柵區(qū)形成特定的溫度場(chǎng)。寬度光源的光也經(jīng)由前一段光纖的自由端注入，在遇到光纖光柵時(shí)會(huì)形成反射譜，通過(guò)波長(zhǎng)解調(diào)可以檢測(cè)出光纖光柵對(duì)應(yīng)的溫度場(chǎng)從而進(jìn)一步計(jì)算出流體的流量。當(dāng)測(cè)量直管內(nèi)通入氣體后，氣體以一定流速流過(guò)帶走金屬膜上的熱量，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)柵區(qū)溫度發(fā)生改變，反射波波長(zhǎng)發(fā)生回飄直到穩(wěn)定。不同的穩(wěn)定波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同的狀態(tài)溫度，根據(jù)熱式流量計(jì)測(cè)量原理，計(jì)算得到氣體帶走的熱量從而求出氣體流速。同時(shí)，第一段光纖光柵內(nèi)沒(méi)有鍍膜的光纖光柵并不受金屬膜釋放熱量的影響，所以提供了當(dāng)前環(huán)境溫度的準(zhǔn)確測(cè)量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于:包括測(cè)量直管(I)、毛細(xì)不銹鋼管(2)和鍍膜光纖光柵傳感探頭(3);測(cè)量直管(I)軸向中心對(duì)應(yīng)的管壁上開有圓孔；毛細(xì)不銹鋼管(2)長(zhǎng)度與測(cè)量直管(I)管外徑相同；毛細(xì)不銹鋼管(2)的兩端分別密封固定在測(cè)量直管(I)的圓孔中；毛細(xì)不銹鋼管(2)軸向中心位置開有長(zhǎng)方形通孔，長(zhǎng)方形孔的兩側(cè)分別正對(duì)流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭(3)安裝在測(cè)量直管(I)中心線與長(zhǎng)方形孔中心線的交點(diǎn)上，鍍膜光纖光柵傳感探頭(3)光纖從毛細(xì)不銹鋼管(2)兩端引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于:所述的毛細(xì)不銹鋼管(2)外徑為3mm,內(nèi)徑為2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計(jì)，其特征在于:所述的長(zhǎng)方形孔寬度為1.5mm,長(zhǎng)度為12mm。
【文檔編號(hào)】G01F1/68GK103438946SQ201310368846
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】黃震威, 朱文君, 程佳, 王新淮 申請(qǐng)人:浙江省計(jì)量科學(xué)研究院