本發(fā)明涉及一種振動片結構的應變式管道流速傳感器以及使用方法，屬于管道流速傳感器領域。
背景技術：
流速計作為一個測量水流速度的設備，按領域，可以分為機械式、光學式、聲波學式等幾大類，其中：
光學式和聲波學式具有數(shù)據(jù)采集精度高，流速反饋及時、對管道流速不存在衰減等影響廣泛被使用在一些高精密的使用領域，比如：制藥、精密化工、流體模型建立、管道和水泵等精密流體輸送設備測試等；光學式和聲學式主要通過聲波、電磁波等介質，利用其在不同流速的介質下，對聲波、電磁波衰減影響不同、傳播速度不同的理念進行制造，其主體包括發(fā)射器和接收器，均為高精密的設備；
在對環(huán)境的要求較高，很難使用在諸如電廠、化工廠等粉塵含量高、水汽含量高的環(huán)境，且此類設備成本也較高，對于一些環(huán)境較差的使用工況，需要對設備進行經(jīng)常性的保養(yǎng)和維護，不是很適合這些單位產(chǎn)品利潤較低的工廠使用；
機械式的流速計一般安裝于管道內(nèi)部，從結構上來說，外界環(huán)境對機械式的流速計影響不大，而且機械式的流速計一般采用一個在流體中不斷旋轉的驅動葉輪，通過驅動葉輪的轉速來獲取流速，其主體結構包括葉輪和一個轉動的發(fā)電機結構，結構簡單、成本低廉，適合一些利潤低、使用量大、對數(shù)據(jù)精度要求不高的工廠，但機械式的流速計也存在較大的缺點，為了降低數(shù)據(jù)模擬的難度，一般葉輪的轉動軸線與管道的軸線同軸，流體迎面朝向葉輪流動，所以葉輪給管道中流體流速帶來的衰減十分巨大，不僅可能使得管道內(nèi)的流速無法達到工作指標，同時此種結構的流速也不是非常準確，一般只能按照在管路結構的尾管位置，使用范圍也很小；
如ZL201110251948.0提出的一種機械式的流速計，其采用一個大型葉輪實現(xiàn)對流速的檢測，此流速計流阻較大，對流體驅動泵的揚程要求較高，且對整個管路帶來的流速衰減也較大，此外，此流速計一般需要串聯(lián)到管道內(nèi)，如果需要對現(xiàn)有管路進行安裝，那么需要將現(xiàn)有管路進行拆卸，整體工程量較大，此外轉動式的流速計如果葉輪的品質不高的話，轉動時也會給管道帶來一定的抖動，影響管路的壽命。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術中光學、聲學式流速計成本高、使用環(huán)形要求高，葉輪式流速計流阻大、安裝困難等技術問題，提供一種振動片結構的應變式管道流速傳感器以及使用方法。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種振動片結構的應變式管道流速傳感器，包括彈性基板，所述彈性基板包括一個固定板和位于固定板兩邊的固定面，其中在所述固定板上安裝有振動片陣列機構；
所述振動片陣列機構包括安裝在固定板一側面的兩個的固定架，所述固定架相對固定板中部對稱，在所述固定架上陣列加工有若干掛裝孔，在所述固定架之間陣列設置有若干振動片，所述振動片的兩邊分別卡入到掛裝孔內(nèi)，振動片為弧形，所述振動片的兩端設置有截面積大于掛裝孔面積的限位塊，所述振動片之間通過若干硬質的連接絲連接，最頂部的振動片與固定板之間通過硬質的連接絲連接；
固定板采用彈性材料制成，在所述固定板的另一側上陣列加工有若干與振動片軸線垂直的擺動槽，在所述擺動槽內(nèi)卡接有若干擺動片，擺動片可沿擺動槽擺動；
在所述固定面上部還設置有一個封閉外殼，所述封閉外殼邊緣與固定板之間封閉連接，在所述封閉外殼與固定板之間設置有一個膨脹空腔，在支撐板朝向振動片的兩端設置有兩個凸起的膨脹卡扣，在所述膨脹空腔內(nèi)填充有高壓惰性氣體，所述膨脹卡扣在膨脹空腔的驅動下卡緊在管道壁面的開口上；
在所述封閉外殼內(nèi)安裝有一個固定帶，在所述固定帶上設置有若干固定套，在所述固定套上固定有一個擺動板，所述擺動板與擺動片之間通過電阻應變片連接；
所述管道流速計還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路包括與各個電阻應變片連接的將電阻應變片數(shù)據(jù)轉換成電信號的轉換器，以及與各電阻應變片的轉換器連接的數(shù)據(jù)處理器，通過數(shù)據(jù)處理器將各個轉換器輸出的電信號進行計算和轉換，并通過數(shù)據(jù)顯示器顯示出實際流速；
所述固定面包括一個與管道外壁面對應的貼合面，在所述固定面的端部加工有環(huán)形開口，構成一個固定環(huán)，在兩個固定面的固定環(huán)之間設置有一個箍緊帶。
作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，硬質的連接絲為不銹鋼絲。
作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，所述電阻應變片陣列橫向分為中間區(qū)和沿層區(qū)，所述沿層區(qū)位于中間區(qū)的兩側，所述沿層區(qū)電阻應變片的的靈敏度大于中間區(qū)電阻應變片的靈敏度。
作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，在所述支撐板和固定面之間設置有減振區(qū)，所述減振區(qū)的厚度小于支撐板、固定面的厚度，減振區(qū)為連續(xù)的之字形緩沖結構。
作為本發(fā)明的進一步創(chuàng)新，在所述支撐板和固定面的交界位置設置有一個條形的密封膠塊，所述密封膠塊與管道壁面接觸。
一種振動片結構的應變式管道流速傳感器的使用方法，包括如下若干個步驟：
第一步，安裝，在待測流量的管道壁面上切開一個方形的開口，開口面積根據(jù)固定基板的在平面上的投影面積進行設置，將本流速計裝入到開口內(nèi)，使得振動片伸入到管道內(nèi)，將固定面通過粘合劑或者螺釘固定到管道的壁面上；
第二步，測試，打開管道的通路，使得管道內(nèi)填充有一定流速的流體，且保證振動片至少有百分之50,處于流體介質內(nèi)，且開口與流速計之間不發(fā)生泄漏；
第三步，數(shù)據(jù)采集，將流體的速度增大至正常工作狀態(tài)，使得正常工作狀態(tài)下的流體對陣列東產(chǎn)生擾動，使得振動片帶動固定板處于一定的抖動狀態(tài)下，通過固定板的抖動變形，使得電阻應變片被拉伸或者放松，通過對各電阻應變片數(shù)據(jù)的收集，可以獲得振動片的擺動程度和擺動頻率，通過相關計算式即可獲得流體在不同流層位置的流速。
本發(fā)明的有益效果是：
1、本結構通過在管道內(nèi)安裝若干個振動片，通過不同流速流體對振動片擾動影響不同的原理，實現(xiàn)對流速的測量，相比于葉輪式的流速計，對流體流速的衰減更小，除了振動片表面的沿層阻力外，給管路帶來的流速影響較小，不會因為單個流速計而影響到整個管路的流速。
2、本結構的振動片接觸面積大，且通過連接絲連接，整體性強，強度高，不容易發(fā)生損壞。
3、膨脹空腔可以使得本流速計應用在一些流體工作壓力較高的場合，使得本結構不會因為流體壓縮壓力變化過大，使得本產(chǎn)品被高壓排出。
4、弧形的振動片可以進一步的擴大振動片的接觸面積。
5、本流速計可以通過切割機對現(xiàn)有管道進行開口并安裝，簡單方便，不需要拆卸某些管路段，相比于葉輪式，安裝復雜度更低。
6、本流速計的固定帶可以在一些不方便粘合和螺釘鉆孔的管壁上實現(xiàn)流速計的固定。
7、本流速計的減振區(qū)可以有效降低振動片給整體管路帶來的抖動影響，相比于葉輪式流速計，更加穩(wěn)定性。
8、多層的振動片考慮到了管路內(nèi)不同位置管道沿層阻力不同，流速也不同的問題，為了保證流速，為了補償振動片不同位置的擾流影響較不同可能導致管路壁面位置流速檢測不準確的問題，本結構改良了不同位置振動片傳感器的精度，控制了成本，保證了整個設備的精度。
9、封閉外殼可以在流速計處于一些環(huán)境較差的工況時，保證壓力傳感器不受水汽、空氣和一些活性氣體的腐蝕，也不容易受外界壓力的影響。
10、本結構主要利用振動片擾動時帶動固定板的變化區(qū)間大小來識別流速，所以對于振動片的制造時的精度要求更低，相比于質量平衡要求度較高的葉輪式流速計，本結構品控要求更低，可以有效降低制造成本，縮短制造時間。
附圖說明
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明的剖面示意圖。
圖中：1、固定架；2、固定板；3、固定面；4、減震區(qū)；5-1、電阻應變片；5-2、擺動板；5-3、擺動片；6、封閉外殼；7、氣嘴；8、振動片；9、連接絲；10、密封膠塊；11、膨脹卡扣；12、固定環(huán)；13、箍緊帶；14、固定帶；A中間區(qū)；B、沿層區(qū)。
具體實施方式
現(xiàn)在結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結構，因此其僅顯示與本發(fā)明有關的構成。
如圖1，一種振動片結構的應變式管道流速傳感器，包括彈性基板，所述彈性基板包括一個固定板和位于固定板兩邊的固定面，其中在所述固定板上安裝有振動片陣列機構；
所述振動片陣列機構包括安裝在固定板一側面的兩個的固定架，所述固定架相對固定板中部對稱，在所述固定架上陣列加工有若干掛裝孔，在所述固定架之間陣列設置有若干振動片，所述振動片的兩邊分別卡入到掛裝孔內(nèi)，振動片為弧形，所述振動片的兩端設置有截面積大于掛裝孔面積的限位塊，所述振動片之間通過若干硬質的不銹鋼絲連接，最頂部的振動片與固定板之間通過硬質的不銹鋼絲連接；
固定板采用彈性材料制成，在所述固定板的另一側上陣列加工有若干與振動片軸線垂直的擺動槽，在所述擺動槽內(nèi)卡接有若干擺動片，擺動片可沿擺動槽擺動；
在所述固定面上部還設置有一個封閉外殼，所述封閉外殼邊緣與固定板之間封閉連接，在所述封閉外殼與固定板之間設置有一個膨脹空腔，在支撐板朝向振動片的兩端設置有兩個凸起的膨脹卡扣，在所述膨脹空腔內(nèi)填充有高壓惰性氣體，所述膨脹卡扣在膨脹空腔的驅動下卡緊在管道壁面的開口上；
在所述封閉外殼內(nèi)安裝有一個固定帶，在所述固定帶上設置有若干固定套，在所述固定套上固定有一個擺動板，所述擺動板與擺動片之間通過電阻應變片連接，所述電阻應變片陣列橫向分為中間區(qū)和沿層區(qū)，所述沿層區(qū)位于中間區(qū)的兩側，所述沿層區(qū)電阻應變片的的靈敏度大于中間區(qū)電阻應變片的靈敏度；
所述管道流速計還包括數(shù)據(jù)處理電路，所述數(shù)據(jù)處理電路包括與各個電阻應變片連接的將電阻應變片數(shù)據(jù)轉換成電信號的轉換器，以及與各電阻應變片的轉換器連接的數(shù)據(jù)處理器，通過數(shù)據(jù)處理器將各個轉換器輸出的電信號進行計算和轉換，并通過數(shù)據(jù)顯示器顯示出實際流速；
所述固定面包括一個與管道外壁面對應的貼合面，在所述固定面的端部加工有環(huán)形開口，構成一個固定環(huán)，在兩個固定面的固定環(huán)之間設置有一個箍緊帶。
在所述支撐板和固定面之間設置有減振區(qū)，所述減振區(qū)的厚度小于支撐板、固定面的厚度，減振區(qū)為連續(xù)的之字形緩沖結構。
在所述支撐板和固定面的交界位置設置有一個條形的密封膠塊，所述密封膠塊與管道壁面接觸。
一種振動片結構的應變式管道流速傳感器的使用方法，其特征是：包括如下若干個步驟：
第一步，安裝，在待測流量的管道壁面上切開一個方形的開口，開口面積根據(jù)固定基板的在平面上的投影面積進行設置，將本流速計裝入到開口內(nèi)，使得振動片伸入到管道內(nèi)，將固定面通過粘合劑或者螺釘固定到管道的壁面上；
第二步，測試，打開管道的通路，使得管道內(nèi)填充有一定流速的流體，且保證振動片至少有百分之50,處于流體介質內(nèi)，且開口與流速計之間不發(fā)生泄漏；
第三步，數(shù)據(jù)采集，將流體的速度增大至正常工作狀態(tài)，使得正常工作狀態(tài)下的流體對陣列東產(chǎn)生擾動，使得振動片帶動固定板處于一定的抖動狀態(tài)下，通過固定板的抖動變形，使得電阻應變片被拉伸或者放松，通過對各電阻應變片數(shù)據(jù)的收集，可以獲得振動片的擺動程度和擺動頻率，通過相關計算式即可獲得流體在不同流層位置的流速。
本發(fā)明主要利用不同流速流體對的擾動不同，通過在不同流速下擾動幅度和頻率均不同的振動片，帶動一個彈性固定板的抖動，實現(xiàn)對管道內(nèi)流體流速的檢測，結構簡單，無需其余精密的傳感器件，制造成本低，維護成本低；
制造時，首先采用一整個不銹鋼板沖壓加工獲得固定板、固定面以及之字形緩沖結構的緩沖減振區(qū)；
隨后在沖壓后的不銹鋼上進行激光切割，獲得條形溝槽和環(huán)形開口；
之后在固定板上安裝鉆好孔的固定架，振動片采用彈性不銹鋼薄片彎折而成；振動片兩端插入到掛裝孔中，同時振動片兩端卷邊，防止振動片脫出，通過焊接安裝連接絲，并在固定板上部開槽；
在封閉外殼內(nèi)安裝固定帶，并在固定帶和開槽之間柔性安裝電阻應變片；
安裝完成后，安裝封閉外殼，即可完成產(chǎn)品的生產(chǎn)；
安裝時，首先對管道壁進行切割，通過膨脹卡扣，將本傳感器卡入到管道的切割開口處，然后套接固定帶，再根據(jù)具體情形選擇不同規(guī)格的密封膠條和密封膠片進行本產(chǎn)品的安裝和密封調試，安裝完成后對膨脹空腔進行充氣，使得膨脹空腔內(nèi)壓力與管道內(nèi)流體工作壓力相對持平。
測量時，本結構分為A、B兩個區(qū)域，分別針對不同的沿層流阻，設計了中間區(qū)和沿層區(qū)，使得兩個區(qū)域的電阻應變片的精度不同，在保證流體流速檢測的精度的同時，降低了設備的成本；
振動片的擾流部受到流體的驅動而發(fā)生抖動，在抖動時，擾動的力在力臂較短的擺動部上體現(xiàn)，因為擾動，彈性變形片發(fā)生壓縮，使得柔性變形帶發(fā)生拉伸，電阻應變片的電阻值發(fā)生變化，通過測量獲得的電阻值變化數(shù)據(jù)可以通過相關的擾流公式轉化成實際的局部流速值，再通過相關矩陣變化就可以獲得管道內(nèi)流體的流速和粘度的情況。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。