隨著節(jié)能減排在發(fā)電廠、鋼廠等高耗能企業(yè)的實施，對其產生的過熱蒸汽測量尤為重要。渦街流量計傳感器檢測感應元件為壓電陶瓷，由于其極化時居里溫度的限制，只能在低于 240℃介質中使用。為了提高傳感器耐受溫度，利用技術沖突以及物理沖突理論，建立傳感器系統(tǒng)功能模型，然后進行因果分析，確定沖突區(qū)域，在此基礎上，確定多個創(chuàng)新方案，通過對比確定最優(yōu)解。

1?.問題背景和描述

1.1問題的背景

隨著能源日趨緊張，節(jié)能減排在發(fā)電廠、鋼廠等高耗能企業(yè)尤為重要，而能源計量要求越來越高，尤其是對這些工廠產生的過熱蒸汽（一般 350℃以上）的測量尤為重要，而一般渦街流量計傳感器的使用溫度低于 240℃，在此背景下，迫切需對渦街流量計重新進行研制開發(fā)，更好的滿足市場需求。

1.2?問題的描述

1）定義技術系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。問題所在技術系統(tǒng)為渦街流量計傳感器系統(tǒng)；該技術系統(tǒng)的功能為轉換信號；實現(xiàn)該功能的約束：測量精度為 ±1%，成本提高控制在 20% 之內。

2）現(xiàn)有技術系統(tǒng)的工作原理。渦街流量計是基于卡門渦街原理進行測量。當流體通過漩渦發(fā)生體時，它的兩側會交替出現(xiàn)兩排旋轉方向相反地漩渦，這些交替變化的漩渦就形成了一系列交替變化的負壓力。該壓力作用在傳感器的探頭上，便會產生一系列交變電信號，經過轉換器的過濾、整形和放大處理后，轉換成脈沖頻率信號。

3）當前技術系統(tǒng)存在的問題。由于目前使用的傳感器檢測感應元件為壓電陶瓷，其極化時居里溫度大約 420 ～ 460℃，因此只能在低于 240℃介質中使用，一旦被測量介質的溫度高于 240℃，渦街流量計傳感器便會因壓電陶瓷達到居里點，絕緣電阻降低，壓電信號變弱而失效。

4）問題或類似問題的現(xiàn)有解決方案及其缺點 （見表 1）。

5）新系統(tǒng)的要求。將渦街流量計傳感器的耐受溫度由原來的 240℃提高到 350℃。

2.問題分析

2.1?功能分析

系統(tǒng)分析（見表 2）。

建立已有系統(tǒng)的功能模型（見圖 1）。

通過功能模型分析，描述了系統(tǒng)元件及其之間的相互關系，并得出導致傳感器耐受溫度不足問題的功能因素：高溫蒸氣對測量管傳熱；測量管對探頭傳熱；探頭對灌封物傳熱；灌封物對壓電陶瓷片傳熱；高溫蒸氣對探頭傳熱。

2.2?因果分析

應用因果鏈分析法確定產生問題的原因（見圖 2）。

2.3沖突區(qū)域確定（問題關鍵點確定）

問題關鍵點：探頭安裝在測量管內，探頭與高溫介質及測量管直接接觸，受熱量多，而使壓電陶瓷片失效。

2.4?理想解分析

最終理想解：渦街流量計傳感器的耐熱溫度、測量精度等不受測量介質溫度的限制，且成本沒有提高。次理想解：渦街流量計傳感器的耐熱溫度可達 350℃，且成本提高控制在 20% 以內，測量精度為 ±1%。

3.使用沖突解決理論求解

3.1技術沖突解決過程

1）沖突描述：為了提高傳感器系統(tǒng)的“耐熱溫度”，需要探頭遠離高溫介質及測量管，但這樣做了會導致系統(tǒng)的測量信號變弱。

2）轉換成 TRIZ 標準沖突。改善的參數(shù)：NO.17 溫度；惡化的參數(shù)：NO.28 測試精度。

3）查找沖突矩陣，得到如下發(fā)明原理：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 改變顏色發(fā)明原理，得到解如下：改變透明或可視特性，使其適應信號傳輸。方案二：依據 No.19 周期性作用，得到解如下：改變漩渦運動頻率，使得信號易于獲取。方案三：依據 No.24 中介物，得到解如下：探頭外表面加真空絕熱材料。

3.2物理沖突解決過程

1）沖突描述：為了 “提高傳感器系統(tǒng)的耐熱溫度”，需 要參數(shù)“探頭與高溫介質及測量管的距離增大，但又為了 “提 高測量信號的精度”，需要參數(shù)“探頭與高溫介質及測量管 的距離減小，S卩，探頭與高溫介質及測量管的距離既要“增大” 又要“減小”。

2）考慮到該參數(shù)“探頭與高溫介質及測量管的距離”在 不同的“空間上”具有不同的特性，因此該沖突可以從“空間” 上進行分離。

3）選用4條分離原理（空間分離、時間分離、基于條件 的分離、整體與部分分離）當中的“空間分離”原理，得到 解決方案。

4）查找與該分離原理對應的發(fā)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(fā)明原理，得到解決方案。方案四：依 據No.1和No.2發(fā)明原理，得到解如下：探頭分割成獨立兩 部分，一部分置于高溫介質中，而壓電陶瓷片從探頭分離出 來的部分置于高溫介質外。方案五：依據No.7發(fā)明原理，得 到解如下：將探頭置于漩渦發(fā)生體中。

4.結論

對方案進行匯總（見表3)。

表3方案匯總

依據表3得到的若干創(chuàng)新解，通過評價，確定最優(yōu)解為： 探頭分割成獨立兩部分，加真空絕熱材料的部分位于高溫介 質中，含壓電陶瓷的部分在高溫介質外。