一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)及其組裝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)及其組裝方法，屬于工業(yè)流體的流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是：信號(hào)電纜（5）端部的上雙絞線（7）連接多普勒諧振晶片（3）；信號(hào)電纜（5）及屏蔽網(wǎng)（6）通過(guò)鎖緊器（4）鎖緊在主體殼體（1），使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)（6）與主體外殼（1）形成一個(gè)等電位的金屬腔體結(jié)構(gòu)；通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔（9）向主體殼體（1）的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)灌注填充軟體硅膠，填充2/3腔體結(jié)構(gòu)，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P?8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P?5系列。本發(fā)明的有益效果是：生產(chǎn)成本低廉、易于推廣、傳感器可以在復(fù)雜工況環(huán)境中，通過(guò)提高靈敏度方法使傳感器穩(wěn)定的工作。
【專利說(shuō)明】
一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)及其組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)及其組裝方法，用于在工業(yè)兩相流或多相流的流體測(cè)量中提高靈敏度，屬于工業(yè)流體的流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)兩相流或多相流的流體測(cè)量中，例如:電廠、污水處理廠等，往往需要能夠不停產(chǎn)不停水、在線安裝超聲波流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng);但是，市場(chǎng)上的超聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分是測(cè)量單一純凈介質(zhì)的時(shí)差法超聲波流量?jī)x表，由于流體的多相流特性，時(shí)差法超聲波流量?jī)x表很難滿足要求。多普勒流量?jī)x表適用于不停產(chǎn)不停水、在線安裝，但是，【背景技術(shù)】的多普勒流量傳感器大多靈敏度普遍不高，極易受周圍環(huán)境的干擾。由于測(cè)量多相流介質(zhì)的廠礦車間，大多使用變頻節(jié)能設(shè)備，以及重型啟動(dòng)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)的流量測(cè)量管道周圍，存在著強(qiáng)電、弱電、靜電等不同程度的干擾。由于受現(xiàn)場(chǎng)諸多以上因素的影響，影響了多普勒流量傳感器測(cè)量精度，致使流量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在調(diào)試生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常誤動(dòng)作。如果多普勒流量傳感器參數(shù)選擇不當(dāng)，流體料漿在輸送過(guò)程中易發(fā)生堵管、電機(jī)誤停等諸多問(wèn)題，給現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)帶來(lái)一定的損失。因此，現(xiàn)場(chǎng)迫切需要一種高靈敏度的多普勒流量?jī)x表，而超聲傳感器是多普勒流量?jī)x表中的重要組成部分，超聲傳感器的性能對(duì)超聲檢測(cè)的結(jié)果有著重要的影響，為了保證檢測(cè)結(jié)果的一致性和可靠性，靈敏度特性是一個(gè)重要的特性參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)及其組裝方法，設(shè)備簡(jiǎn)單、易于操作，具有抗噪聲強(qiáng)、靈敏度高的特點(diǎn)，適合復(fù)雜工況的現(xiàn)場(chǎng)使用，解決【背景技術(shù)】中存在的上述問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換能器構(gòu)成，換能器包含主體殼體、聲楔、多普勒諧振晶片、鎖緊器、信號(hào)電纜、屏蔽網(wǎng)、雙絞線、屏蔽緊固螺釘和注膠螺釘開(kāi)孔，主體殼體為金屬腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)聲楔，主體外殼上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔，聲楔上設(shè)有多普勒諧振晶片;信號(hào)電纜上設(shè)有屏蔽網(wǎng)，通過(guò)鎖緊孔穿入主體殼體內(nèi)，信號(hào)電纜端部的上雙絞線連接多普勒諧振晶片;緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘壓緊在信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)，屏蔽緊固螺釘與屏蔽網(wǎng)緊密接觸連接，信號(hào)電纜及屏蔽網(wǎng)通過(guò)鎖緊器鎖緊在主體殼體，使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)與主體外殼形成一個(gè)等電位的金屬腔體結(jié)構(gòu)；通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔向主體殼體的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)灌注填充軟體硅膠，填充2/3腔體結(jié)構(gòu)，不填滿;灌注填充軟體硅膠后，通過(guò)螺釘封閉注膠螺釘開(kāi)孔；
所述兩個(gè)換能器，一個(gè)為發(fā)射換能器，一個(gè)為接收換能器，相互匹配;發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。
[0005]所述壓電陶瓷晶片P-8系列:發(fā)射型，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm達(dá)1000，發(fā)射功率大，內(nèi)部摩擦能量損失小;機(jī)械振幅的激勵(lì)響應(yīng)較大，因而提高了現(xiàn)場(chǎng)流體反射的多普勒信號(hào)的回波強(qiáng)度，提高信號(hào)的信噪比。陶瓷晶片P-8系列尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜環(huán)境。
[0006]所述壓電陶瓷晶片P-5系列:接收型，具有高機(jī)電耦合系數(shù)、高壓電應(yīng)變常數(shù)和高電阻率，機(jī)電參數(shù)具有優(yōu)異的時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。機(jī)械振幅的激勵(lì)有較寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率。由于接收的多普勒信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)已經(jīng)發(fā)生多普勒頻移(頻差)，壓電陶瓷晶片P-5系列正好具有較寬的頻帶，有利于信號(hào)接收。
[0007]所述多普勒諧振晶片選用小于IMHZ的發(fā)射頻率;聲楔選用航空聚砜材料，同時(shí)聲楔設(shè)計(jì)成斜角平面，也就是聲楔上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面，多普勒諧振晶片設(shè)置在斜面上。
[0008]所述鎖緊器為鎖緊螺母，設(shè)有外螺紋，鎖緊孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，通過(guò)螺紋匹配鎖緊。
[0009]本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)，具有如下四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
[0010]第一，傳感器的換能器(探頭)有別于【背景技術(shù)】的多普勒超聲波傳感器，【背景技術(shù)】的發(fā)射多普勒超聲波探頭與接收多普勒超聲波探頭均使用同一型號(hào)的壓電陶瓷晶片，致使內(nèi)部損耗大，發(fā)射效率不高。本發(fā)明發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，具有較大的輸出功率和較高的能量轉(zhuǎn)換效率;接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列，具有較寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率。
[0011]第二，等電位的金屬腔體設(shè)計(jì)，【背景技術(shù)】使用PVC殼體，沒(méi)有等電位腔體的構(gòu)造;使用的信號(hào)電纜，其屏蔽網(wǎng)通過(guò)緊固屏蔽緊固螺釘壓緊，通過(guò)鎖緊器鎖緊，使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)與主體外殼形成一個(gè)等電位的金屬腔體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，腔體之中的多普勒諧振晶片可以免受周圍現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜工況的影響;而信號(hào)電纜內(nèi)部的雙絞線分別連接多普勒諧振晶片的正負(fù)兩極，由于采用信號(hào)電纜的雙絞線連接，使得現(xiàn)場(chǎng)布線過(guò)程中，綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的抗電磁干擾和抗電磁輻射功能。
[0012]第三，全新設(shè)計(jì)的低發(fā)射頻率多普勒諧振晶片。結(jié)合水聲學(xué)的傳導(dǎo)及吸聲最佳匹配原理，多普勒諧振晶片選用小于IMHZ的發(fā)射頻率，適于在多相流流體中傳播。這樣多普勒超聲波遇到流體中的雜質(zhì)衰減較少(頻率越高信號(hào)衰減越大)，從而有利于多普勒諧振晶片的接收效率。聲楔選用聚砜材料，可以耐高溫。同時(shí)聲楔設(shè)計(jì)成斜角平面，利于聲波的發(fā)射和接收。
[0013]第四，全新設(shè)計(jì)的軟填充吸波2/3腔體。為了防止超聲波在主體殼體的腔體之中輻射波干擾發(fā)射與接收的效率，在多普勒諧振晶片的負(fù)極面，通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔灌注填充軟體硅膠以吸收腔體內(nèi)部回波，填充2/3腔體，不是填滿，防止超聲波回波振蕩。
[0014]—種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)的組裝方法，分別組裝發(fā)射換能器和接收換能器，發(fā)射換能器的組裝包含如下步驟:
①首先使用萬(wàn)用表檢測(cè)多普勒諧振晶片的電容值，保證電容值的一致性及傳感器的互換性;多普勒諧振晶片由圓形的正極和圓形的負(fù)極構(gòu)成；
②然后將金屬的主體外殼和聲楔四周用無(wú)水酒精擦拭干凈，涼置2-3分鐘;所述主體殼體為一封閉金屬腔體結(jié)構(gòu)，聲楔上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面;主體外殼上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔；
③使用工業(yè)AB膠以1:1比例攪拌均勻，涂抹于聲楔斜面和多普勒諧振晶片正極一面，用手指按壓，使膠體充分粘合;放置于通風(fēng)處，晾30-40分鐘；
④然后使用砂紙打磨多普勒諧振晶片的負(fù)極，將多普勒諧振晶片的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)，使用松香、焊錫進(jìn)行處理；
⑤將信號(hào)電纜穿過(guò)鎖緊器，透過(guò)鎖緊孔進(jìn)入主體外殼的腔體之中，剝?nèi)バ盘?hào)電纜外皮，裸露屏蔽網(wǎng)及兩股雙絞線的芯線，使用松香、焊錫處理雙絞線的線芯；
⑥將兩股雙絞線的芯線分別焊接多普勒諧振晶片的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)；
⑦將攪拌均勻的AB膠涂抹于聲楔底面內(nèi)側(cè)，直接粘合于主體殼體的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)，晾30-40分鐘;
⑧緊固緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘，壓緊屏蔽網(wǎng)并鎖緊鎖緊器；
⑨通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔向主體殼體內(nèi)灌注填充軟體硅膠，以吸收腔體內(nèi)部的回波，填充2/3腔體，不填滿，防止超聲波回波振蕩；
⑩靜置24小時(shí)，擰緊螺釘密封注膠螺釘開(kāi)孔，完成發(fā)射換能器的組裝；
所述接收換能器，組裝步驟與發(fā)射換能器相同；發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:生產(chǎn)成本低廉、易于推廣、傳感器可以在復(fù)雜工況環(huán)境中，通過(guò)提高靈敏度方法使傳感器穩(wěn)定的工作。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明傳感器測(cè)量安裝原理示意圖；
圖2為本發(fā)明傳感器用于多普勒流量?jī)x表整體系統(tǒng)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:主體殼體1、聲楔2、多普勒諧振晶片3、鎖緊器4、專用信號(hào)電纜5、屏蔽網(wǎng)6、雙絞線
7、屏蔽緊固螺釘8、注膠螺釘開(kāi)孔9。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]參照附圖3，一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換能器構(gòu)成，換能器包含主體殼體1、聲楔2、多普勒諧振晶片3、鎖緊器4、信號(hào)電纜5、屏蔽網(wǎng)6、雙絞線
7、屏蔽緊固螺釘8和注膠螺釘開(kāi)孔9，主體殼體I為金屬腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)聲楔2，主體外殼I上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔9，聲楔2上設(shè)有多普勒諧振晶片3;信號(hào)電纜5上設(shè)有屏蔽網(wǎng)6，通過(guò)鎖緊孔穿入主體殼體I內(nèi)，信號(hào)電纜5端部的上雙絞線7連接多普勒諧振晶片3;緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘8壓緊在信號(hào)電纜5的屏蔽網(wǎng)6，屏蔽緊固螺釘與屏蔽網(wǎng)緊密接觸連接，信號(hào)電纜5及屏蔽網(wǎng)6通過(guò)鎖緊器4鎖緊在主體殼體I，使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)6與主體外殼I形成一個(gè)等電位的金屬腔體結(jié)構(gòu);通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔9向主體殼體I的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)灌注填充軟體硅膠，填充2/3腔體結(jié)構(gòu)，不填滿;灌注填充軟體硅膠后，通過(guò)螺釘封閉注膠螺釘開(kāi)孔9;
所述兩個(gè)換能器，一個(gè)為發(fā)射換能器，一個(gè)為接收換能器，相互匹配;發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。
[0019]所述壓電陶瓷晶片P-8系列:發(fā)射型，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm達(dá)1000，發(fā)射功率大，內(nèi)部摩擦能量損失小;機(jī)械振幅的激勵(lì)響應(yīng)較大，因而提高了現(xiàn)場(chǎng)流體反射的多普勒信號(hào)的回波強(qiáng)度，提高信號(hào)的信噪比。陶瓷晶片P-8系列尤其適用于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜環(huán)境。
[0020]所述壓電陶瓷晶片P-5系列:接收型，具有高機(jī)電耦合系數(shù)、高壓電應(yīng)變常數(shù)和高電阻率，機(jī)電參數(shù)具有優(yōu)異的時(shí)間穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性。機(jī)械振幅的激勵(lì)有較寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率。由于接收的多普勒信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)已經(jīng)發(fā)生多普勒頻移(頻差)，壓電陶瓷晶片P-5系列正好具有較寬的頻帶，有利于信號(hào)接收。
[0021]所述多普勒諧振晶片3選用小于IMHZ的發(fā)射頻率;聲楔2選用航空聚砜材料，同時(shí)聲楔2設(shè)計(jì)成斜角平面，也就是聲楔2上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面，多普勒諧振晶片3設(shè)置在斜面上。
[0022]所述鎖緊器為鎖緊螺母，設(shè)有外螺紋，鎖緊孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，通過(guò)螺紋匹配鎖緊。
[0023]本發(fā)明多普勒諧振晶片3采用了鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷晶片，主體殼體I背向流體的聲腔采用吸聲材料，符合聲學(xué)吸聲最佳匹配方式，避免了傳統(tǒng)換能器靈敏度低的問(wèn)題。
[0024]本發(fā)明的傳感器結(jié)構(gòu)，具有如下四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。
[0025]第一，傳感器的換能器(探頭)有別于【背景技術(shù)】的多普勒超聲波傳感器，【背景技術(shù)】的發(fā)射多普勒超聲波探頭與接收多普勒超聲波探頭均使用同一型號(hào)的壓電陶瓷晶片，致使內(nèi)部損耗大，發(fā)射效率不高。本發(fā)明發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，具有較大的輸出功率和較高的能量轉(zhuǎn)換效率;接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列，具有較寬的頻帶和高的靈敏度及分辨率。
[0026]第二，等電位的金屬腔體設(shè)計(jì)，【背景技術(shù)】使用PVC殼體，沒(méi)有等電位腔體的構(gòu)造;使用的信號(hào)電纜5，其屏蔽網(wǎng)6通過(guò)緊固屏蔽緊固螺釘8壓緊，通過(guò)鎖緊器4鎖緊，使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)6與主體外殼I形成一個(gè)等電位的金屬腔體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，腔體之中的多普勒諧振晶片3可以免受周圍現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜工況的影響；而信號(hào)電纜5內(nèi)部的雙絞線7分別連接多普勒諧振晶片3的正負(fù)兩極，由于采用信號(hào)電纜的雙絞線連接，使得現(xiàn)場(chǎng)布線過(guò)程中，綜合利用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用，因而具有非常好的抗電磁干擾和抗電磁輻射功會(huì)K。
[0027]第三，全新設(shè)計(jì)的低發(fā)射頻率多普勒諧振晶片。結(jié)合水聲學(xué)的傳導(dǎo)及吸聲最佳匹配原理，多普勒諧振晶片3選用小于IMHZ的發(fā)射頻率，適于在多相流流體中傳播。這樣多普勒超聲波遇到流體中的雜質(zhì)衰減較少(頻率越高信號(hào)衰減越大)，從而有利于多普勒諧振晶片3的接收效率。聲楔2選用聚砜材料，可以耐高溫。同時(shí)聲楔2設(shè)計(jì)成斜角平面，利于聲波的發(fā)射和接收。
[0028]第四，全新設(shè)計(jì)的軟填充吸波2/3腔體。為了防止超聲波在主體殼體I的腔體之中輻射波干擾發(fā)射與接收的效率，在多普勒諧振晶片3的負(fù)極面，通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔9灌注填充軟體硅膠以吸收腔體內(nèi)部回波，填充2/3腔體，不是填滿，防止超聲波回波振蕩。
[0029]—種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)的組裝方法，分別組裝發(fā)射換能器和接收換能器，發(fā)射換能器的組裝包含如下步驟:
①首先使用萬(wàn)用表檢測(cè)多普勒諧振晶片3的電容值，保證電容值的一致性及傳感器的互換性;多普勒諧振晶片由圓形的正極和圓形的負(fù)極構(gòu)成；
②然后將金屬的主體外殼I和聲楔2四周用無(wú)水酒精擦拭干凈，涼置2-3分鐘;所述主體殼體I為一封閉金屬腔體結(jié)構(gòu)，聲楔2上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面;主體外殼I上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔9;
③使用工業(yè)AB膠以1:1比例攪拌均勻，涂抹于聲楔2斜面和多普勒諧振晶片3正極一面，用手指按壓，使膠體充分粘合;放置于通風(fēng)處，晾30-40分鐘；
④然后使用砂紙打磨多普勒諧振晶片3的負(fù)極，將多普勒諧振晶片3的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)，使用松香、焊錫進(jìn)行處理；
⑤將信號(hào)電纜5穿過(guò)鎖緊器4，透過(guò)鎖緊孔進(jìn)入主體外殼I的腔體之中，剝?nèi)バ盘?hào)電纜5外皮，裸露屏蔽網(wǎng)6及兩股雙絞線7的芯線，使用松香、焊錫處理雙絞線7的線芯；
⑥將兩股雙絞線7的芯線分別焊接多普勒諧振晶片3的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)；
⑦將攪拌均勻的AB膠涂抹于聲楔2底面內(nèi)側(cè)，直接粘合于主體殼體I的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)，晾30-40分鐘；
⑧緊固緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘8，壓緊屏蔽網(wǎng)6并鎖緊鎖緊器4;
⑨通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔9向主體殼體內(nèi)灌注填充軟體硅膠，以吸收腔體內(nèi)部的回波，填充2/3腔體，不填滿，防止超聲波回波振蕩；
⑩靜置24小時(shí)，擰緊螺釘密封注膠螺釘開(kāi)孔，完成發(fā)射換能器的組裝；
所述接收換能器，組裝步驟與發(fā)射換能器相同；發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。
[0030]本發(fā)明工作原理:
多普勒流量?jī)x表是一種高性能非接觸式流量?jī)x表。該儀表是以超聲波傳播原理測(cè)量圓管內(nèi)液體流量的儀表，換能器(探頭)只需貼裝在管外側(cè)，不與流體直接接觸，其測(cè)量過(guò)程對(duì)管路系統(tǒng)無(wú)任何影響，使用非常方便，主要適用于含有固體顆?；螂s質(zhì)的多相流體的計(jì)量。[0031 ]多普勒流量?jī)x表以多普勒效應(yīng)為其工作原理，即反射聲源被一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的介質(zhì)反射時(shí)，反射信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的頻率出現(xiàn)差異，這種現(xiàn)象稱之為多普勒效應(yīng)，而這種頻差稱之為多普勒頻差。
[0032]如圖1所示，兩個(gè)專門設(shè)計(jì)的超聲波換能器(探頭)安裝于管道外壁。換能器T連續(xù)發(fā)射超聲波Ft，超聲波以聲速C穿過(guò)管壁進(jìn)入流體流速為V的流體之中，部分超聲波遇到流體中的顆粒雜質(zhì)等介質(zhì)而發(fā)生反射，頻率為Fr的超聲波，由換能器R接收。
[0033]接收頻率Fr發(fā)生多普勒頻移Fd，與流體流速成正比。其理論公式為:Fr/Ft=(C-VXCOS0)/(C+VXCOS0)---式中Θ為流體流向與超聲波聲束夾角
Fd=Ft-Fr=(2VXCOS9/C) XFt整理得V=(C/2COS9) X(Fd/Ft)
從上式可知通過(guò)測(cè)量Fd便可以得出流速V，而流量Q通過(guò)管道截面積S得出:Q=V X S本發(fā)明采用了鋯鈦酸鉛(PZT)圓形壓電超聲換能器，超聲換能器背向流體的聲腔采用吸聲材料，符合聲學(xué)吸聲最佳匹配方式，避免了傳統(tǒng)換能器靈敏度低的問(wèn)題，因此本方法具有簡(jiǎn)單、易行的特點(diǎn)。
[0034]超聲換能器所接收的來(lái)自流體超聲波信號(hào)往往很弱，本發(fā)明使用專用的射頻信號(hào)電纜連接。
[0035]超聲波流量?jī)x表分超聲換能器(探頭)與主機(jī)兩部分。參照附圖2。
[0036]超聲波探頭是一種可逆的換能器，發(fā)射換能器可將電振蕩轉(zhuǎn)換成機(jī)械振蕩，形成超聲波；相反，接收換能器也可以將從流體中接收超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電路的換能器為單發(fā)單收超聲波換能器，該發(fā)射電路產(chǎn)生對(duì)振元的激勵(lì)脈沖，其電路性能的優(yōu)劣，不僅影響到超聲波發(fā)射的功率，還關(guān)系到接收信號(hào)的靈敏度，因此，對(duì)于超聲波流量?jī)x表而言占有較為重要的位置。主機(jī)電路是一種處理接收超聲波信號(hào)的電路，它將發(fā)射電路的頻率，與經(jīng)過(guò)AGC調(diào)節(jié)的接收波一同輸入差頻電路，經(jīng)過(guò)差頻電路檢出頻率差Fd，然后經(jīng)過(guò)專有的信號(hào)處理電路，最后將多普勒流量信號(hào)給CPU采集。
[0037]本發(fā)明整機(jī)體積小重量輕，使用時(shí)將換能器貼裝在被測(cè)管路上，通過(guò)電纜與主機(jī)相連。使用本機(jī)鍵盤將管道參數(shù)輸入主機(jī)，儀表即可工作。多普勒流量?jī)x表采用了先進(jìn)的“差頻”技術(shù)及可編程數(shù)字信號(hào)處理器，以微電腦單片計(jì)算機(jī)為控制電路核心，高精度地完成對(duì)電信號(hào)的處理，電路設(shè)計(jì)上充分考慮了復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，采用了專用的抗干擾集成電路，從而保證了儀表的精度與可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換能器構(gòu)成，換能器包含主體殼體(1)、聲楔(2)、多普勒諧振晶片(3)、鎖緊器(4)、信號(hào)電纜(5)、屏蔽網(wǎng)(6)、雙絞線(7)、屏蔽緊固螺釘(8)和注膠螺釘開(kāi)孔(9)，主體殼體(I)為金屬腔體結(jié)構(gòu)，內(nèi)設(shè)聲楔(2)，主體外殼(I)上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔(9)，聲楔(2)上設(shè)有多普勒諧振晶片(3);信號(hào)電纜(5)上設(shè)有屏蔽網(wǎng)(6)，通過(guò)鎖緊孔穿入主體殼體(I)內(nèi)，信號(hào)電纜(5)端部的上雙絞線(7)連接多普勒諧振晶片(3);緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘(8)壓緊在信號(hào)電纜(5)的屏蔽網(wǎng)(6)，屏蔽緊固螺釘與屏蔽網(wǎng)緊密接觸連接，信號(hào)電纜(5)及屏蔽網(wǎng)(6)通過(guò)鎖緊器(4)鎖緊在主體殼體(I)，使得信號(hào)電纜的屏蔽網(wǎng)(6)與主體外殼(I)形成一個(gè)等電位的金屬腔體結(jié)構(gòu);通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔(9)向主體殼體(I)的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)灌注填充軟體硅膠，填充2/3腔體結(jié)構(gòu)，不填滿;灌注填充軟體硅膠后，通過(guò)螺釘封閉注膠螺釘開(kāi)孔(9); 所述兩個(gè)換能器，一個(gè)為發(fā)射換能器，一個(gè)為接收換能器，相互匹配;發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述多普勒諧振晶片(3)選用小于IMHZ的發(fā)射頻率;聲楔(2)選用航空聚砜材料，同時(shí)聲楔(2)設(shè)計(jì)成斜角平面，也就是聲楔(2)上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面，多普勒諧振晶片(3)設(shè)置在斜面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述鎖緊器為鎖緊螺母，設(shè)有外螺紋，鎖緊孔上設(shè)有內(nèi)螺紋，通過(guò)螺紋匹配鎖緊。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:多普勒諧振晶片(3)采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片，主體殼體(I)背向流體的聲腔采用吸聲材料。5.—種用于多普勒流量?jī)x表的傳感器結(jié)構(gòu)的組裝方法，其特征在于分別組裝發(fā)射換能器和接收換能器，發(fā)射換能器的組裝包含如下步驟: ①首先使用萬(wàn)用表檢測(cè)多普勒諧振晶片(3)的電容值，保證電容值的一致性及傳感器的互換性;多普勒諧振晶片由圓形的正極和圓形的負(fù)極構(gòu)成； ②然后將金屬的主體外殼(I)和聲楔(2)四周用無(wú)水酒精擦拭干凈，涼置2-3分鐘;所述主體殼體(I)為一封閉金屬腔體結(jié)構(gòu)，聲楔(2)上面設(shè)有帶有傾斜角度的斜面;主體外殼(I)上設(shè)有鎖緊孔、緊固螺釘孔和注膠螺釘開(kāi)孔(9); ③使用工業(yè)AB膠以1:1比例攪拌均勻，涂抹于聲楔(2)斜面和多普勒諧振晶片(3)正極一面，用手指按壓，使膠體充分粘合;放置于通風(fēng)處，晾30-40分鐘； ④然后使用砂紙打磨多普勒諧振晶片(3)的負(fù)極，將多普勒諧振晶片(3)的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)，使用松香、焊錫進(jìn)行處理； ⑤將信號(hào)電纜(5)穿過(guò)鎖緊器(4)，透過(guò)鎖緊孔進(jìn)入主體外殼(I)的腔體之中，剝?nèi)バ盘?hào)電纜(5)外皮，裸露屏蔽網(wǎng)(6)及兩股雙絞線(7)的芯線，使用松香、焊錫處理雙絞線(7)的線芯； ⑥將兩股雙絞線(7)的芯線分別焊接多普勒諧振晶片(3)的正極和負(fù)極焊接點(diǎn)； ⑦將攪拌均勻的AB膠涂抹于聲楔(2)底面內(nèi)側(cè)，直接粘合于主體殼體(I)的腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)，晾30-40分鐘； ⑧緊固緊固螺釘孔內(nèi)的屏蔽緊固螺釘(8)，壓緊屏蔽網(wǎng)(6)并鎖緊鎖緊器(4); ⑨通過(guò)注膠螺釘開(kāi)孔(9)向主體殼體內(nèi)灌注填充軟體硅膠，以吸收腔體內(nèi)部的回波，填充2/3腔體，不填滿，防止超聲波回波振蕩； ⑩靜置24小時(shí)，擰緊螺釘密封注膠螺釘開(kāi)孔，完成發(fā)射換能器的組裝； 所述接收換能器，組裝步驟與發(fā)射換能器相同；發(fā)射換能器與接收換能器上的多普勒諧振晶片型號(hào)不同，發(fā)射換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-8系列，接收換能器上的多普勒諧振晶片為壓電陶瓷晶片P-5系列。
【文檔編號(hào)】G01F1/66GK105928576SQ201610576813
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年7月21日
【發(fā)明人】杜泓霖
【申請(qǐng)人】杜泓霖