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液態液化氣流量計的應用與問題分析（xī）及（jí）使用衝突解決
點擊（jī）次數：2026 發布時間：2021-01-08 06:43:45
摘 要：隨著節能減排在發電廠、鋼廠等高耗能企業的實施，對其產生的過熱蒸汽（qì）測量尤（yóu）為（wéi）重要。液態液化氣流量計傳感器檢測感應元件為壓（yā）電陶瓷，由於其*化時（shí）居裏溫度的限製（zhì），隻能在低於 240℃介（jiè）質中使用。為了提高傳感器（qì）耐受溫度，利用技術（shù）衝突以及物理衝（chōng）突理論，建立傳感器係（xì）統功能模型，然後進行因果分析，確定衝突區（qū）域，在此基礎上，確定多個創新方案，通過對比確（què）定*優解。
1 問題背景和描（miáo）述
1.1 問題的背景
隨著能源（yuán）日趨緊張，節能（néng）減（jiǎn）排（pái）在發電廠、鋼廠等高耗能企業尤為重要，而能源計（jì）量要求越來越高，尤其是對這些工廠產生的過熱蒸汽（一般（bān） 350℃以（yǐ）上）的測量尤為重要，而一般液態（tài）液化氣流量計傳感器的使（shǐ）用溫度（dù）低於 240℃，在此背景下，迫切需對液態液化氣流量計重新進行研製開發，更好的滿足（zú）市場需求。
1.2 問題的描述
1）定義技術（shù）係統（tǒng）實現的功能。問（wèn）題（tí）所在技術係統為液態液化氣流量計傳感器係統；該技術係統的功（gōng）能為轉換信號（hào）；實現該功能的（de）約束：測量精度為 ±1%，成本提高控製在（zài） 20% 之內。
2）現有技術係統的工作原理。液態（tài）液化氣流（liú）量計是基（jī）於卡門渦街原理（lǐ）進行測量。當流體通過漩渦發生體時，它的兩側會交替出現兩排（pái）旋轉（zhuǎn）方向相反（fǎn）地漩渦，這些交（jiāo）替變化的漩渦就形成了一係（xì）列交替變化的（de）負壓力。該壓力作用在傳感器的探頭上，便會產生一係列交變電信號，經過（guò）轉換器的過濾、整形和放大處理後，轉換成脈衝頻（pín）率信號。
3） 當前技術係統存在的問題。 由於目前（qián）使用的傳感器檢測感應元件為壓電（diàn）陶瓷，其*化時居裏溫度大約420 ～ 460℃，因此隻能在低（dī）於 240℃介質中使用，一旦被（bèi）測量介質的（de）溫度高於 240℃，液態液化氣流量計傳感（gǎn）器便會因壓電陶（táo）瓷達到居裏點（diǎn），絕緣電阻降低，壓電信號變弱而失（shī）效。
4）問題或類（lèi）似問題的（de）現有解決方案及其缺點（見表 1）。
5）新係統的要求。將液態液化氣（qì）流量計傳（chuán）感器的耐受溫度由原來的 240℃提高到 350℃。
2 問題（tí）分析
2.1 功能分析
係統分（fèn）析（見（jiàn）表 2）。
建立已有係統的功能模（mó）型（見圖 1）。通過功能模型分析，描述了係統元件（jiàn）及其之間的相互關係，並得出導致傳感器耐受溫度不足（zú）問（wèn）題（tí）的功能因素：高溫蒸氣對（duì）測量管傳熱；測量（liàng）管對探頭傳熱；探頭對灌封物（wù）傳熱；灌封物對壓電陶瓷（cí）片傳熱；高溫蒸氣對探頭傳熱（rè）。
2.2 因果分析
應用因果鏈分析法（fǎ）確定產（chǎn）生（shēng）問（wèn）題的（de）原因（見圖 2）。
2.3 衝突區域確（què）定（問題關鍵點確定）
問題關鍵點：探頭安裝在（zài）測量管內，探頭與高溫介質（zhì）及測量管直接接觸，受熱量多（duō），而使壓電陶瓷（cí）片失效。
2.4 理想（xiǎng）解分析
*終理想解：液態液化氣流量計傳感器的耐（nài）熱溫度、測量精度等不受測量介質（zhì）溫度（dù）的（de）限製，且成本沒有提高。次理想解：液態（tài）液化氣流量計傳感器的耐熱（rè）溫度可達 350℃，且成本提高控（kòng）製在20% 以內，測量精度為 ±1%。
3 使用衝突解決理論求解
3.1 技術衝突解決過程
1）衝突描述：為了（le）提高傳感器係統的“耐熱溫度”，需要探頭（tóu）遠離高溫介質及測量管，但這樣做了會導致係統的測（cè）量信號變弱。
2）轉換成 TRIZ 標準衝突。改善的參（cān）數：**.17 溫度；惡化的參數：**.28 測（cè）試精度。
3）查找衝突矩陣，得到如下發明（míng）原理：No.32 改變顏色、No.19 周期性作用、No.24 中介物。方案一：依據No.32 改變顏色（sè）發明原理，得到解如下：改變透明或可視特性，使其（qí）適應信號傳輸。方案二：依據 No.19 周期性（xìng）作用，得到解如下：改變漩渦（wō）運（yùn）動頻率，使得信號易於獲取。方案三：依據 No.24中介物，得到解如下（xià）：探頭外表麵加真空絕熱材料。
3.2 物理衝（chōng）突解決過程
1）衝突描述：為了“提高傳感器係統的耐（nài）熱溫度”，需要參數“提高測量信號的精（jīng）度”，需要參數探頭與（yǔ）高溫介質及測（cè）量（liàng）管的距離減小，即，探頭與高溫介質及測量管的距離既要“增大”又要“減小”。
2）考慮（lǜ）到該參數“探（tàn）頭與高溫介質及測量管的距離”在不（bú）同的“空間上”具有不同的特性，因此該衝突可以從（cóng）“空間”上進行分離。
3）選用 4 條分離原理（空（kōng）間分離、時間（jiān）分離、基（jī）於條件的分離、整體與部分分離）當中的（de）“空間分離”原理，得到解決方案。
4） 查找與（yǔ）該分離原理對（duì）應的發明原理有“No.1、No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25、No.30”。根據選定的發明原理，得到解決方案。方案四：依據 No.1 和 No.2 發明原理，得到解如下：探頭分割成獨立兩（liǎng）部分，一部分置於（yú）高（gāo）溫介（jiè）質中，而（ér）壓電陶瓷（cí）片從探頭分離出來的部分置於高溫介質外。方案五（wǔ）：依據 No.7 發明原理，得到解如下：將探頭置於漩渦發生體中。
4 結論
對方案（àn）進行匯總（見表 3）。
依據表 3 得到的若幹創新解，通過評價（jià），確定*優（yōu）解為（wéi）：探頭分割成獨立兩部分，加真空絕熱材料的部分位於高溫介質中，含壓電陶瓷的部分在高溫介（jiè）質外。
1 問題背景和描（miáo）述
1.1 問題的背景
隨著能源（yuán）日趨緊張，節能（néng）減（jiǎn）排（pái）在發電廠、鋼廠等高耗能企業尤為重要，而能源計（jì）量要求越來越高，尤其是對這些工廠產生的過熱蒸汽（一般（bān） 350℃以（yǐ）上）的測量尤為重要，而一般液態（tài）液化氣流量計傳感器的使（shǐ）用溫度（dù）低於 240℃，在此背景下，迫切需對液態液化氣流量計重新進行研製開發，更好的滿足（zú）市場需求。
1.2 問題的描述
1）定義技術（shù）係統（tǒng）實現的功能。問（wèn）題（tí）所在技術係統為液態液化氣流量計傳感器係統；該技術係統的功（gōng）能為轉換信號（hào）；實現該功能的（de）約束：測量精度為 ±1%，成本提高控製在（zài） 20% 之內。
2）現有技術係統的工作原理。液態（tài）液化氣流（liú）量計是基（jī）於卡門渦街原理（lǐ）進行測量。當流體通過漩渦發生體時，它的兩側會交替出現兩排（pái）旋轉（zhuǎn）方向相反（fǎn）地漩渦，這些交（jiāo）替變化的漩渦就形成了一係（xì）列交替變化的（de）負壓力。該壓力作用在傳感器的探頭上，便會產生一係列交變電信號，經過（guò）轉換器的過濾、整形和放大處理後，轉換成脈衝頻（pín）率信號。
3） 當前技術係統存在的問題。 由於目前（qián）使用的傳感器檢測感應元件為壓電（diàn）陶瓷，其*化時居裏溫度大約420 ～ 460℃，因此隻能在低（dī）於 240℃介質中使用，一旦被（bèi）測量介質的（de）溫度高於 240℃，液態液化氣流量計傳感（gǎn）器便會因壓電陶（táo）瓷達到居裏點（diǎn），絕緣電阻降低，壓電信號變弱而失（shī）效。
4）問題或類（lèi）似問題的（de）現有解決方案及其缺點（見表 1）。
5）新係統的要求。將液態液化氣（qì）流量計傳（chuán）感器的耐受溫度由原來的 240℃提高到 350℃。
2 問題（tí）分析
2.1 功能分析
係統分（fèn）析（見（jiàn）表 2）。
建立已有係統的功能模（mó）型（見圖 1）。通過功能模型分析，描述了係統元件（jiàn）及其之間的相互關係，並得出導致傳感器耐受溫度不足（zú）問（wèn）題（tí）的功能因素：高溫蒸氣對（duì）測量管傳熱；測量（liàng）管對探頭傳熱；探頭對灌封物（wù）傳熱；灌封物對壓電陶瓷（cí）片傳熱；高溫蒸氣對探頭傳熱（rè）。
2.2 因果分析
應用因果鏈分析法（fǎ）確定產（chǎn）生（shēng）問（wèn）題的（de）原因（見圖 2）。
2.3 衝突區域確（què）定（問題關鍵點確定）
問題關鍵點：探頭安裝在（zài）測量管內，探頭與高溫介質（zhì）及測量管直接接觸，受熱量多（duō），而使壓電陶瓷（cí）片失效。
2.4 理想（xiǎng）解分析
*終理想解：液態液化氣流量計傳感器的耐（nài）熱溫度、測量精度等不受測量介質（zhì）溫度（dù）的（de）限製，且成本沒有提高。次理想解：液態（tài）液化氣流量計傳感器的耐熱（rè）溫度可達 350℃，且成本提高控（kòng）製在20% 以內，測量精度為 ±1%。
3 使用衝突解決理論求解
3.1 技術衝突解決過程
1）衝突描述：為了（le）提高傳感器係統的“耐熱溫度”，需要探頭（tóu）遠離高溫介質及測量管，但這樣做了會導致係統的測（cè）量信號變弱。
2）轉換成 TRIZ 標準衝突。改善的參（cān）數：**.17 溫度；惡化的參數：**.28 測（cè）試精度。
3）查找衝突矩陣，得到如下發明（míng）原理：No.32 改變顏色、No.19 周期性作用、No.24 中介物。方案一：依據No.32 改變顏色（sè）發明原理，得到解如下：改變透明或可視特性，使其（qí）適應信號傳輸。方案二：依據 No.19 周期性（xìng）作用，得到解如下：改變漩渦（wō）運（yùn）動頻率，使得信號易於獲取。方案三：依據 No.24中介物，得到解如下（xià）：探頭外表麵加真空絕熱材料。
3.2 物理衝（chōng）突解決過程
1）衝突描述：為了“提高傳感器係統的耐（nài）熱溫度”，需要參數“提高測量信號的精（jīng）度”，需要參數探頭與（yǔ）高溫介質及測（cè）量（liàng）管的距離減小，即，探頭與高溫介質及測量管的距離既要“增大”又要“減小”。
2）考慮（lǜ）到該參數“探（tàn）頭與高溫介質及測量管的距離”在不（bú）同的“空間上”具有不同的特性，因此該衝突可以從（cóng）“空間”上進行分離。
3）選用 4 條分離原理（空（kōng）間分離、時間（jiān）分離、基（jī）於條件的分離、整體與部分分離）當中的（de）“空間分離”原理，得到解決方案。
4） 查找與（yǔ）該分離原理對（duì）應的發明原理有“No.1、No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25、No.30”。根據選定的發明原理，得到解決方案。方案四：依據 No.1 和 No.2 發明原理，得到解如下：探頭分割成獨立兩（liǎng）部分，一部分置於（yú）高（gāo）溫介（jiè）質中，而（ér）壓電陶瓷（cí）片從探頭分離出來的部分置於高溫介質外。方案五（wǔ）：依據 No.7 發明原理，得到解如下：將探頭置於漩渦發生體中。
4 結論
對方案（àn）進行匯總（見表 3）。
依據表 3 得到的若幹創新解，通過評價（jià），確定*優（yōu）解為（wéi）：探頭分割成獨立兩部分，加真空絕熱材料的部分位於高溫介質中，含壓電陶瓷的部分在高溫介（jiè）質外。