随着节能减排在发电厂、钢厂等高耗能企业的实施，对其产生的过热蒸汽测量尤为重要。涡街流量计传感器检测感应元件为压电陶瓷，由于其极化时居里温度的限制，只能在低于 240℃介质中使用。为了提高传感器耐受温度，利用技术冲突以及物理冲突理论，建立传感器系统功能模型，然后进行因果分析，确定冲突区域，在此基础上，确定多个创新方案，通过对比确定最优解。

1 .问题背景和描述

1.1问题的背景

随着能源日趋紧张，节能减排在发电厂、钢厂等高耗能企业尤为重要，而能源计量要求越来越高，尤其是对这些工厂产生的过热蒸汽（一般 350℃以上）的测量尤为重要，而一般涡街流量计传感器的使用温度低于 240℃，在此背景下，迫切需对涡街流量计重新进行研制开发，更好的满足市场需求。

1.2 问题的描述

1）定义技术系统实现的功能。问题所在技术系统为涡街流量计传感器系统；该技术系统的功能为转换信号；实现该功能的约束：测量精度为 ±1%，成本提高控制在 20% 之内。

2）现有技术系统的工作原理。涡街流量计是基于卡门涡街原理进行测量。当流体通过漩涡发生体时，它的两侧会交替出现两排旋转方向相反地漩涡，这些交替变化的漩涡就形成了一系列交替变化的负压力。该压力作用在传感器的探头上，便会产生一系列交变电信号，经过转换器的过滤、整形和放大处理后，转换成脉冲频率信号。

3）当前技术系统存在的问题。由于目前使用的传感器检测感应元件为压电陶瓷，其极化时居里温度大约 420 ～ 460℃，因此只能在低于 240℃介质中使用，一旦被测量介质的温度高于 240℃，涡街流量计传感器便会因压电陶瓷达到居里点，绝缘电阻降低，压电信号变弱而失效。

4）问题或类似问题的现有解决方案及其缺点 （见表 1）。

5）新系统的要求。将涡街流量计传感器的耐受温度由原来的 240℃提高到 350℃。

2.问题分析

2.1 功能分析

系统分析（见表 2）。

建立已有系统的功能模型（见图 1）。

通过功能模型分析，描述了系统元件及其之间的相互关系，并得出导致传感器耐受温度不足问题的功能因素：高温蒸气对测量管传热；测量管对探头传热；探头对灌封物传热；灌封物对压电陶瓷片传热；高温蒸气对探头传热。

2.2 因果分析

应用因果链分析法确定产生问题的原因（见图 2）。

2.3冲突区域确定（问题关键点确定）

问题关键点：探头安装在测量管内，探头与高温介质及测量管直接接触，受热量多，而使压电陶瓷片失效。

2.4 理想解分析

最终理想解：涡街流量计传感器的耐热温度、测量精度等不受测量介质温度的限制，且成本没有提高。次理想解：涡街流量计传感器的耐热温度可达 350℃，且成本提高控制在 20% 以内，测量精度为 ±1%。

3.使用冲突解决理论求解

3.1技术冲突解决过程

1）冲突描述：为了提高传感器系统的“耐热温度”，需要探头远离高温介质及测量管，但这样做了会导致系统的测量信号变弱。

2）转换成 TRIZ 标准冲突。改善的参数：NO.17 温度；恶化的参数：NO.28 测试精度。

3）查找冲突矩阵，得到如下发明原理：No.32 改变颜色、 No.19 周期性作用、No.24 中介物。方案一：依据 No.32 改变颜色发明原理，得到解如下：改变透明或可视特性，使其适应信号传输。方案二：依据 No.19 周期性作用，得到解如下：改变漩涡运动频率，使得信号易于获取。方案三：依据 No.24 中介物，得到解如下：探头外表面加真空绝热材料。

3.2物理冲突解决过程

1）冲突描述：为了 “提高传感器系统的耐热温度”，需 要参数“探头与高温介质及测量管的距离增大，但又为了 “提 高测量信号的精度”，需要参数“探头与高温介质及测量管 的距离减小，S卩，探头与高温介质及测量管的距离既要“增大” 又要“减小”。

2）考虑到该参数“探头与高温介质及测量管的距离”在 不同的“空间上”具有不同的特性，因此该冲突可以从“空间” 上进行分离。

3）选用4条分离原理（空间分离、时间分离、基于条件 的分离、整体与部分分离）当中的“空间分离”原理，得到 解决方案。

4）查找与该分离原理对应的发明原理有“No. 1、 No.2、No.3、No.4、No.7、No.13、No.17、No.24、No.25、 No.30”。根据选定的发明原理，得到解决方案。方案四：依 据No.1和No.2发明原理，得到解如下：探头分割成独立两 部分，一部分置于高温介质中，而压电陶瓷片从探头分离出 来的部分置于高温介质外。方案五：依据No.7发明原理，得 到解如下：将探头置于漩涡发生体中。

4.结论

对方案进行汇总（见表3)。

表3方案汇总

依据表3得到的若干创新解，通过评价，确定最优解为： 探头分割成独立两部分，加真空绝热材料的部分位于高温介 质中，含压电陶瓷的部分在高温介质外。