专利名称：一种射流流量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及射流流量传感器，尤其涉及一种采用悬臂梁式压电元件的射流流 量传感器。
背景技术：
随着全球淡水资源的日益紧缺，对用水量的准确计量和管理显得尤为重要。水表 作为用水量的重要计量器具，它的计量准确性、测量范围度、使用可靠性、寿命和功能、以及 制造成本等均关系到它在用水计量和水费结算，以及控制用水、节约用水和用水管理等方 面的使用价值。而流量传感器作为水表中的核心部件，在水表中的作用显得尤为重要。本世纪初以来，国际上将采用新型传感技术和现代流量计技术的电子水表归属于 水表范畴，开展了这方面的技术和应用研究，取得了一定的成果，特别是在民用和商用中小 口径管道水计量方面的应用得到了广泛的重视和关注。射流水表是电子水表中的主要种类 之一，目前国外已有将其用于中小口径封闭管道水流量计量方面的报道，其中采用永磁励 磁的电磁传感原理检测水流量流速信号的射流水表，在改善流体低雷诺数测量特性和消除 管道振动影响等方面取得了一定成效(目前国内尚无同类产品)。但这种传感和励磁方式 的射流水表技术在应用中还是存在许多不足，诸如(1)由于采用永磁励磁以及电磁传感 方式获取测量信号，很容易在导电水流体中产生较高的极化干扰电势，影响水表向更小流 量测量范围的拓展。当水流量较小时，测量信号处于很低的频率和很弱的幅值状态，此时 水表就难以区别由极化电势和流动噪声造成的随机干扰信号和有用的测量信号，并使测量 信号严重不稳定；(2)由于是永磁励磁，当铁质管道中的残余铁锈物质随水流流动吸附在 射流水表计量腔的内壁上时，就会影响射流水表的测量准确度，同时造成测量范围的变窄；当永磁励磁方式的射流水表受到人为的外部磁场干扰时，会对水表测量造成影响，严重 时会使测量失效。为了克服了永磁励磁的电磁传感射流水表的固有缺陷，本申请人的申请号为 200810163038.5的中国发明专利公开了一种压电传感式射流水表，包括射流水表计量 腔、压电传感元件和信号处理�？榈龋蒙淞魉砑屏壳话ń�、出水口、主通道、两个 反馈通道和侧壁体；压电传感元件安装在所述主通道中；该信号处理�？榘ǖ绾勺挥� 差动放大器，用于对压电传感元件测量的电荷信号进行转换放大和差动放大处理；放大与 低通滤波器，用于对差动放大后的电压信号进行放大和低通滤波处理；波形整形器，用于对 电压信号整形处理；单片计算机处理电路，用于对整形后的测量电压信号进行数字滤波和 运算处理。该压电传感式射流水表还包括无线收发�？椋糜诮藕糯砟？槭涑龅挠盟� 量和流量的计量数据，按约定的通信协议发送给远处的控制终端进行数据抄收和管理。但 其中的压电传感元件存在对流场影响较大，而且压电元件的检测灵敏度也不高。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种结构简单合理、对流场影响�。沟绱性沧霸诹魈宓牧魉俸脱沽Ρ浠畲蟮那蛑校伊髁考觳� 灵敏度较高的射流流量传感器。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为—种射流流量传感器，包括壳体和信号处理部件，所述的壳体内设置有射流流量 计量腔，所述的射流流量计量腔包括进水通道，出水通道，主通道，以及两个对称设置于所 述主通道两侧的反馈通道，所述主通道或/和反馈通道的内、外壁体上开设有相互对称的 两个容纳槽，所述的容纳槽内安装有悬臂梁式压电传感元件。优选方案之一，上述的悬臂梁式压电传感元件设置于主通道内的容纳槽内，主通 道的中心设置有一矩形阻流体，容纳槽在位于矩形阻流体两侧附近对称开设。进一步改进，上述的矩形阻流体的面向进水通道的侧面呈向内弯曲的凹弧面。进一步改进，上述的矩形阻流体的高度与射流流量计量腔的深度相同。进一步改进，所述的容纳槽垂直于所述的进水通道和出水通道的中轴线。为了取得更好的技术效果，进一步的技术措施还包括上述的悬臂梁式压电传感元件包括单片压电元件，压电元件的两侧面上均安装有 电荷引出片。上述的悬臂梁式压电传感元件还包括薄壁的、高绝缘性能的工程塑料零件，压电 元件以及电荷引出片安装在工程塑料零件中，并形成悬臂梁结构。上述的悬臂梁式压电传感元件的高度低于射流流量计量腔的深度，其高度差为 0. 1毫米至20毫米。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点1、由于悬臂梁式压电传感元件安装于开设于壁体上且相互对称的两个容纳槽内， 因此极大地减小了悬臂梁式压电传感元件本身对于流场的影响，测量结果更为准确；2、通过计算机流场仿真，在现在放置悬臂梁式压电传感元件的位置是流体的流速 和压力变化最大的区域，有利于感受到流体振荡信号幅值变化的最大值，同时使悬臂梁式 力敏元件产生最大变形量，使输出信号为最强。
图1为本实用新型实施例1的整体结构示意图；图2为本实用新型实施例2的整体结构示意图；图3为本实用新型实施例3的整体结构示意图；图4为本实用新型实施例4的整体结构示意图；图5为本实用新型实施例5的整体结构示意图；图6为本实用新型实施例6的整体结构示意图；图7为图1 图6中悬臂梁式压电传感元件的安装示意图；图8为图7中A-A位置的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。如图所示的实施例，图标号说明壳体1，矩形阻流体2，射流流量计量腔3，进水通道3a，出水通道3b，主通道3c，反馈通道3d，容纳槽3e，悬臂梁式压电传感元件4，压电元件 41，电荷引出片42，工程塑料零件43。实施例1如图1所示，一种射流流量传感器，包括壳体1和信号处理部件，壳体1内设置有 射流流量计量腔3，射流流量计量腔3包括进水通道3a，出水通道3b，主通道3c，以及两个 对称设置于所述主通道3c两侧的反馈通道3d，所述主通道3c的壁体上开设有相互对称的 两个容纳槽3e，容纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4，其中，主通道3c的中心设置 有一矩形阻流体2，容纳槽3e在位于矩形阻流体2两侧靠近进水通道方向的位置对称开设， 矩形阻流体2的面向进水通道3a的侧面呈向内弯曲的凹弧面且矩形阻流体2的高度与射 流流量计量腔3的深度相同。如图7及图8所示，悬臂梁式压电传感元件4包括单片压电元件41，压电元件41 的两侧面上均安装有电荷引出片42，悬臂梁式压电传感元件4还包括薄壁的、高绝缘性能 的工程塑料零件43，压电元件41以及电荷引出片42安装在工程塑料零件43中，并形成悬 臂梁结构。如图8所示，悬臂梁式压电传感元件4的高度低于射流流量计量腔3的深度，其高 度差为0. 1毫米。实施例2如图2所示，一种射流流量传感器，包括壳体1和信号处理部件2，壳体1内设置 有射流流量计量腔3，射流流量计量腔3包括进水通道3a，出水通道3b，主通道3c，以及两 个对称设置于所述主通道3c两侧的反馈通道3d，所述反馈通道3d的内壁体32d(反馈通 道3d的内壁体32d是指反馈通道3d靠近主通道3c的壁体，下文所述的反馈通道3d的外 壁体30d是指反馈通道3d远离主通道3c的壁体)上开设有相互对称的两个容纳槽3e，容 纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4，其中，容纳槽3e开设于反馈通道3d的两个靠近 中心的壁体上，容纳槽3e开设于垂直于进水通道3a和出水通道3b的中轴线的直径的前方 附近。实施例3图3示出了第3种实施方式射流流量传感器的示意图，其与图1所示的射流流量 传感器相比，区别在于主通道3c和反馈通道3d的内、外壁体30d、32d上均开设有相互对称 的两个容纳槽3e，容纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4。实施例4图4示出了第4种实施方式射流流量传感器的示意图，其与图3所示的射流流量 传感器相比，区别在于主通道3c和反馈通道3d的外壁体30d上均开设有相互对称的两个 容纳槽3e，容纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4。实施例5图5示出了第5种实施方式射流流量传感器的示意图，其与图3所示的射流流量 传感器相比，区别在于反馈通道3d的内、外壁体30d、32d上均开设有相互对称的两个容纳 槽3e，容纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4。实施例6图6示出了第6种实施方式射流流量传感器的示意图，其与图3所示的射流流量传感器相比，区别在于主通道3c和反馈通道3d的内壁体32d上均开设有相互对称的两个 容纳槽3e，容纳槽3e内安装有悬臂梁式压电传感元件4。如图7及图8所示，悬臂梁式压电传感元件4包括单片压电元件41，压电元件41 的两侧面上均安装有电荷引出片42，悬臂梁式压电传感元件4还包括薄壁的、高绝缘性能 的工程塑料零件43，压电元件41以及电荷引出片42安装在工程塑料零件43中，并形成悬 臂梁结构。如图8所示，悬臂梁式压电传感元件4的高度低于射流流量计量腔3的深度，其高 度差为20毫米。本实用新型的工作过程为封闭管道中的水流量从射流流量计量腔3的进水通道 3a流入射流流量计量腔3后，在“附壁效应”作用下水流会在主通道3c和反馈通道3e之间 进行持续的振荡，其振荡频率与封闭管道中水的流速成正比，只要测得水的流速就能计算 得到流过射流流量计量腔3的用水量。由于水流在射流计量腔内的振荡，造成腔内压力变 化，会使悬臂梁式压电传感元件4随流体振荡产生同频率的微小形变，也使内部具有悬臂 梁结构形式的压电元件41同步产生形变，输出电荷信号。水的流速越快，流体的振荡频率 就越高，腔内压力变化也越大，悬臂梁式压电传感元件4形变速率和幅值就越高，产生的电 荷变化的频率和幅值也越大，通过电荷转换与差动放大器输出的电信号幅值也越大。同时 流速的快慢与水流体在射流流量计量腔3中的振荡频率成正比，因此悬臂梁式压电传感元 件4感受到的压力变化也与振荡频率成正比，因此悬臂梁式压电传感元件4输出的频率也 随之变化。流速越快，悬臂梁式压电传感元件4输出的电荷信号频率越高、幅值越大，反之 频率越低，幅值越小。通过后续专用电路可将信号处理成符合单片计算机要求的电信号。
权利要求一种射流流量传感器，包括壳体(1)和信号处理部件，所述的壳体(1)内设置有射流流量计量腔(3)，所述的射流流量计量腔(3)包括进水通道(3a)，出水通道(3b)，主通道(3c)，以及两个对称设置于所述主通道(3c)两侧的反馈通道(3d)，其特征在于所述主通道(3c)或/和反馈通道(3d)的内、外壁体(30d、32d)上开设有相互对称的两个容纳槽(3e)，所述的容纳槽(3e)内安装有悬臂梁式压电传感元件(4)。
2.根据权利要求1所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的悬臂梁式压电传 感元件(4)设置于所述的主通道(3c)内的容纳槽(3e)内，所述的主通道(3c)的中心设置 有一矩形阻流体(2)，所述的容纳槽(3e)在位于所述的矩形阻流体(2)两侧附近对称开设。
3.根据权利要求2所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的矩形阻流体(2) 的面向所述的进水通道(3a)的侧面呈向内弯曲的凹弧面。
4.根据权利要求3所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的矩形阻流体(2) 的高度与所述的射流流量计量腔(3)的深度相同。
5.根据权利要求4所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的容纳槽(3e)垂直 于所述的进水通道(3a)和出水通道(3b)的中轴线。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的一种射流流量传感器，其特征在于所 述的悬臂梁式压电传感元件(4)包括单片压电元件(41)，所述的压电元件(41)的两侧面上 均安装有电荷引出片(42)。
7.根据权利要求6所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的悬臂梁式压电传 感元件(4)还包括薄壁的、高绝缘性能的工程塑料零件(43)，所述的压电元件(41)以及所 述的电荷引出片(42)安装在所述的工程塑料零件(43)中，并形成悬臂梁结构。
8.根据权利要求7所述的一种射流流量传感器，其特征在于所述的悬臂梁式压电传 感元件(4)的高度低于所述的射流流量计量腔(3)的深度，其高度差为0. 1毫米至20毫米。
专利摘要本实用新型公开了一种射流流量传感器，包括壳体和信号处理部件，所述的壳体内设置有射流流量计量腔，所述的射流流量计量腔包括进水通道，出水通道，主通道，以及两个对称设置于所述主通道两侧的反馈通道，所述主通道或/和反馈通道的内、外壁体上开设有相互对称的两个容纳槽，所述的容纳槽内安装有悬臂梁式压电传感元件。与现有技术相比，本实用新型具有极大地减小悬臂梁式压电传感元件本身对于流场的影响，测量结果更为准确，以及将悬臂梁式压电传感元件放置在流体的流速和压力变化最大的区域，有利于感受到流体振荡信号幅值变化的最大值，同时使悬臂梁式力敏元件产生最大变形量，使输出信号为最强的优点。
文档编号G01F1/56GK201607255SQ20102011234
公开日2010年10月13日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者姚灵, 左富强, 徐亮 申请人:宁波水表股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
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