基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計。包括測量直管、毛細不銹鋼管和鍍膜光纖光柵傳感探頭；測量直管軸向中心對應的管壁上開有圓孔；毛細不銹鋼管長度與測量直管管外徑相同；毛細不銹鋼管的兩端分別密封固定在測量直管的圓孔中；毛細不銹鋼管軸向中心位置開有長方形通孔，長方形孔的兩側分別正對流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭安裝在測量直管中心線與長方形孔中心線的交點上，鍍膜光纖光柵傳感探頭光纖從毛細不銹鋼管兩端引出。本發明具有很好的靈敏度與穩定性。鍍膜光纖光柵熱式流量計具有結構簡單、體積小、壓損小、重復性較好、小流量時靈敏度較高等優點，可用于大管徑低流速氣體流量的測量。
【專利說明】基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計
【技術領域】
[0001]本發明涉及流量測量裝置，尤其是涉及一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計。
【背景技術】
[0002]熱式氣體流量計是根據介質熱傳遞原理制成的一種流量儀表，一般用來測量氣體的質量流量。早期的熱式質量流量計是一種熱接觸式流量計，由美國的托馬斯于20世紀初設計完成。20世紀70年代，基于測量氣體溫度分布的熱分布型熱式質量流量計得到了迅速的發展，開始用于微小氣體質量流量的測量。隨著科學技術的不斷推進，測量管道的口徑不斷擴大，1992年Kurz經過對熱式流量計的結構重新設計,在接觸式流量計的基礎上,設計了一種浸入型的熱式質量流量計，并得到了快速發展。熱式氣體流量計具有壓損小、無活動部件、精度高、測量范圍大等優點，但傳統的熱式流量傳感探頭需一定的加熱電流以及溫度補償模塊，很難做到無源低功耗運行。
[0003]近年來，光纖光柵以其本質安全、不受電磁干擾、靈敏度高、質量輕、體積小等特點而在傳感領域備受關注并得到了廣泛應用。越來越多的傳統流量計與光纖光學技術相結合，在流量測量領域取得了許多新進展: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展起來。基于光纖光柵流量傳感器的廣闊應用以及對傳統熱式流量計的優化設計與開發，鍍膜光纖光柵熱式流量計進入了我們的視野。

【發明內容】

[0004]本發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，使其可以用于大管徑(50mm以上)、低流速(低于lOm/s)的氣體質量流量的測量。
[0005]本發明采用的技術方案是:
本發明包括測量直管、毛細不銹鋼管和鍍膜光纖光柵傳感探頭；測量直管軸向中心對應的管壁上開有圓孔；毛細不銹鋼管長度與測量直管管外徑相同；毛細不銹鋼管的兩端分別密封固定在測量直管的圓孔中；毛細不銹鋼管軸向中心位置開有長方形通孔，長方形孔的兩側分別正對流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭安裝在測量直管中心線與長方形孔中心線的交點上，鍍膜光纖光柵傳感探頭光纖從毛細不銹鋼管兩端引出。
[0006]所述的毛細不銹鋼管外徑為3mm,內徑為2mm。所述的長方形孔寬度為1.5mm,長度為 12mm。
[0007]本發明具有的有益效果是:
本發明將光纖光柵傳感技術應用于熱式氣體流量測量領域，鍍膜光纖光柵傳感探頭作為一種無源元器件，具有很好的靈敏度與穩定性。鍍膜光纖光柵熱式流量計具有結構簡單、體積小、壓損小、重復性較好、小流量時靈敏度較高等優點，可用于大管徑低流速氣體流量的測量。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本流量計的一次部件結構圖。
[0009]圖2是圖1的A-A剖面圖。
[0010]圖3是本發明的鍍膜光纖光柵傳感探頭的封裝結構圖。
[0011]圖4是圖3的D-D剖面圖。
[0012]圖中:1、測量直管，2、毛細不銹鋼管，3、鍍膜光纖光柵傳感探頭，4、連接孔，5、法
ΛΑ
~O
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0014]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發明包括測量直管1、毛細不銹鋼管2和鍍膜光纖光柵傳感探頭3 ;測量直管I軸向中心對應的管壁上開有圓孔；毛細不銹鋼管2長度與測量直管I管外徑相同；毛細不銹鋼管2的兩端分別密封固定在測量直管I的圓孔中；毛細不銹鋼管2軸向中心位置開有長方形通孔，長方形孔的兩側分別正對流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭3安裝在測量直管I中心線與長方形孔中心線的交點上，鍍膜光纖光柵傳感探頭3光纖從毛細不銹鋼管2兩端引出。鍍膜光纖光柵傳感探頭結構已經在申請日之前申請發明專利。探頭由兩段光纖光柵錯位耦合熔接在一起，其中后一段光纖光柵表面鍍有金屬膜；毛細不銹鋼管兩端延伸出的鍍膜光纖光柵尾纖覆蓋光纖保護材料。
[0015]毛細不銹鋼管2外徑為3mm,內徑為2mm。長方形孔寬度為1.5mm,長度為12mm。
[0016]本發明的工作原理如下:
如圖1、圖2所示，測量直管內徑與現場管道內徑相同，通過管口兩端的法蘭5連接在一起，4為連接孔；測量直管內部被測氣體通過毛細不銹鋼管長方形通孔流經鍍膜光纖光柵傳感探頭流出，長方形通孔兩端及毛細不銹鋼管兩端分別密封，起到集中、匯聚流束的作用，無被測氣體經通孔流入毛細不銹鋼管；鍍膜光纖光柵傳感探頭由兩段光纖光柵錯位耦合熔接在一起，其中后一段光纖光柵所在包層表面鍍有金屬膜。寬帶光源發出的光經環形器與激光光源發出的光一同接入波分復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，在經過錯位熔接區時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，迫使對應的光柵區形成特定的溫度場。寬度光源的光也經由前一段光纖的自由端注入，在遇到光纖光柵時會形成反射譜，通過波長解調可以檢測出光纖光柵對應的溫度場從而進一步計算出流體的流量。當測量直管內通入氣體后，氣體以一定流速流過帶走金屬膜上的熱量，導致對應柵區溫度發生改變，反射波波長發生回飄直到穩定。不同的穩定波長對應不同的狀態溫度，根據熱式流量計測量原理，計算得到氣體帶走的熱量從而求出氣體流速。同時，第一段光纖光柵內沒有鍍膜的光纖光柵并不受金屬膜釋放熱量的影響，所以提供了當前環境溫度的準確測量。
【權利要求】
1.一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計，其特征在于:包括測量直管(I)、毛細不銹鋼管(2)和鍍膜光纖光柵傳感探頭(3);測量直管(I)軸向中心對應的管壁上開有圓孔；毛細不銹鋼管(2)長度與測量直管(I)管外徑相同；毛細不銹鋼管(2)的兩端分別密封固定在測量直管(I)的圓孔中；毛細不銹鋼管(2)軸向中心位置開有長方形通孔，長方形孔的兩側分別正對流體入口和出口方向，鍍膜光纖光柵傳感探頭(3)安裝在測量直管(I)中心線與長方形孔中心線的交點上，鍍膜光纖光柵傳感探頭(3)光纖從毛細不銹鋼管(2)兩端引出。
2.根據權利要求1所述的一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計，其特征在于:所述的毛細不銹鋼管(2)外徑為3mm,內徑為2mm。
3.根據權利要求1所述的一種基于鍍膜光纖光柵的熱式氣體流量計，其特征在于:所述的長方形孔寬度為1.5mm,長度為12mm。
【文檔編號】G01F1/68GK103438946SQ201310368846
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】黃震威, 朱文君, 程佳, 王新淮 申請人:浙江省計量科學研究院