專利名稱：一種差壓式流量測量方法及流量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流量的測量方法及流量裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種低壓損寬量程比的孔板節(jié)流差壓式流量測量方法及流量測量裝置。
背景技術(shù)：
差壓式流量計(jì)是目前測量氣體、液體和高溫蒸汽等流體流動中最常用的流量儀表裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、加工和使用符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不需要實(shí)流標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓式流量計(jì)成熟應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，其中標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是國內(nèi)外研究最早、試驗(yàn)數(shù)據(jù)最多、使用經(jīng)驗(yàn)最豐富、標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的計(jì)量手段。
傳統(tǒng)的孔板或噴嘴管流量裝置只能設(shè)置流量系數(shù)為常數(shù)，當(dāng)流量變化范圍較大尤其是小流量測量時(shí)，由于流量系數(shù)因雷諾數(shù)(Re)影響將造成很大的實(shí)際測量誤差，因而定義的量程比相對較窄。國際上采用ISO 5167(2003)標(biāo)準(zhǔn)后，對經(jīng)典孔板的安裝、使用維護(hù)上提出了更苛刻要求，如不帶整流網(wǎng)的孔板要求更長的上游直管以保證流場的充分發(fā)展，且孔板屬于中心突然收縮式的節(jié)流裝置，其壓損十分大。
目前一些公開專利都旨在對孔板的安裝、測量計(jì)算公式或結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。由于標(biāo)準(zhǔn)孔板要求安裝精度高、壓力損失大，在實(shí)際工程中不太容易完全滿足要求，由此出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)孔板改型的系列專利技術(shù)(如整體式孔板節(jié)流裝置，內(nèi)藏式孔板測量裝置等)，以便將孔板測量裝置、取壓裝置、安裝法蘭進(jìn)行集成一體化的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制作。
在孔板壓差式原理的流量計(jì)算公式上，也提出了一些關(guān)于流量修正的專利技術(shù)或計(jì)算方法。目前標(biāo)準(zhǔn)孔板測量范圍一般在4∶1左右(定義孔板的范圍度為4)，其原因在于流量系數(shù)受雷諾數(shù)(Re)變化的影響太大。最近也有采用智能變送器或計(jì)算機(jī)技術(shù)將流量系數(shù)在不同范圍內(nèi)進(jìn)行動態(tài)修正的專利技術(shù)，這從一定程度上提高了孔板測量范圍；在孔板結(jié)構(gòu)形式上，為了降低壓力損失，也有許多專利技術(shù)集中在改變孔板上游的銳邊，或者設(shè)計(jì)成偏心孔板、圓缺孔板等。這些專利大都停留標(biāo)準(zhǔn)孔板和標(biāo)準(zhǔn)噴嘴在形式上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
標(biāo)準(zhǔn)孔板對應(yīng)壓力損失值偏大的固有缺陷一直難以避免，因此也有完全脫離孔板模式的壓差式流量測量方法和測量裝置，如阿牛巴流量裝置、威力巴流量裝置、錐型繞流體流量測量裝置等等。
建立在以孔板差壓式原理為基礎(chǔ)的流量計(jì)延伸產(chǎn)品同樣具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、通用性強(qiáng)、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。如果將標(biāo)準(zhǔn)孔板進(jìn)行改型設(shè)計(jì)成流改型，可以明顯降低流量裝置的壓力損失、提高流量測量的量程比。
目前公知的還沒有發(fā)現(xiàn)流線形孔板流量裝置，利用該裝置可以實(shí)現(xiàn)低壓損、寬量程比的孔板差壓式流量測量方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種流量測量的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提供一種低壓損、寬量程比的流線形孔板差壓式流量測量方法及流量測量裝置。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種差壓式流量測量方法，包括以下步驟(1)分別通過導(dǎo)壓管將高壓端壓力測量咀和低壓端壓力測量咀的流體壓力信號傳遞至壓差傳感器；所述高壓端壓力測量咀安裝于被測管道壁上或流線形孔板的入流口壁上，所述低壓端壓力測量咀安裝于流線形孔板的出流口壁上；(2)通過壓差傳感器檢測壓力差信號；(3)壓差傳感器將壓差信號傳遞給開方運(yùn)算變送器、或智能控制器、或計(jì)算機(jī)，并依據(jù)下列方式由收到的壓差信號獲取流體流量數(shù)值QM=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP·ρ]]>QV=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP/ρ]]>或者QV=Cτ·α·CR·d2·2·ΔP/ρ]]>其中
CR定義流出系數(shù)(或流量系數(shù))，是表征孔板節(jié)流裝置流量特性的重要參數(shù)。
QM流量裝置的質(zhì)量流量，單位kg/h；QV流量裝置的體積流量，單位m3/h；d流線形孔板的最小通孔直徑，單位m；D孔板流量裝置的管道通徑(直徑)，單位m；α流線形孔板的阻塞系數(shù)，主要由孔板裝置的孔徑比β＝d/D決定，同時(shí)還受孔板幾何尺寸影響，具體可以通過實(shí)流標(biāo)定；Cε測量不同流體流量時(shí)的修正系數(shù)，流體介質(zhì)的影響可通過實(shí)流進(jìn)行標(biāo)定修正；A被測量管道的通流面積；ΔP流線孔板節(jié)流裝置的輸出差壓值，單位Pa或kPa；試驗(yàn)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，流出系數(shù)CR的影響因素包括(1)孔板的阻塞系數(shù)α、(2)孔板節(jié)流安裝型式、(3)孔板壓差的取壓方式、(4)來流雷諾數(shù)Re。
其中前面三個方面主要由流線形孔板流量裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定。對于給定的孔板測量裝置，當(dāng)Re超過一定范圍時(shí)，其流出系數(shù)(流量系數(shù))CR基本趨于常數(shù)，此時(shí)Q與 呈線性關(guān)系，利用壓差傳感器進(jìn)行壓差測量和數(shù)學(xué)開方運(yùn)算后變送成標(biāo)準(zhǔn)電信號，就可實(shí)現(xiàn)壓差式流量的測量。
作為一種改進(jìn)，該方法還包括調(diào)整流線形孔板安裝位置，使流線形孔板位于被測管道中心位置。
作為一種改進(jìn)，該方法還包括調(diào)整流線形孔板安裝位置，使流線形孔板位于被測管道中來流平均速度的位置。
本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種實(shí)現(xiàn)前述流量測量方法的測量裝置，包括通過導(dǎo)壓管分別與壓差傳感器相連的高壓端壓力測量咀和低壓端壓力測量咀，還包括一個具有中空筒形結(jié)構(gòu)的流線形孔板，其內(nèi)部沿流體流動方向依次為孔板入流口、流線形節(jié)流孔和孔板出流口，流線形節(jié)流孔的邊緣呈流線形并沿流體流動方向向中心收縮；所述低壓端壓力測量咀安裝于流線形孔板的出流口壁上。
作為一種改進(jìn)，所述高壓端壓力測量咀安裝于被測管道壁上或流線形孔板的入流口壁上。
作為一種改進(jìn)，所述壓差傳感器通過信號線與開方運(yùn)算變送器相連，將壓差信號通過開方運(yùn)算變送器7輸出與流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(如DC 4～20mA、DC0～10V)，構(gòu)成了一種流線形孔板直接壓差式的管道流量測量裝置。。
作為一種改進(jìn)，所述壓差傳感器通過信號線直接與智能控制器或計(jì)算機(jī)相連，利用高級語言的換算實(shí)現(xiàn)流量輸出。
作為一種改進(jìn)，所述流線形孔板通過支架安裝于被測管道中心，高壓端測量咀2可以直接連接到來流比較均勻的管道內(nèi)壁面上。將高壓端壓力測量咀2、低壓端壓力測量咀4通過導(dǎo)壓管8連接到壓差傳感器6，通過開方運(yùn)算變送器7輸出與流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(如DC 4～20mA)，構(gòu)成一種大口徑的管道流量測量裝置。
作為一種改進(jìn)，所述流線形孔板通過支架安裝于被測管道來流平均速度的位置，通過系數(shù)的修正，構(gòu)成另一種大口徑管的流量測量裝置。
作為本發(fā)明的另一種改進(jìn)，所述開方運(yùn)算變送器7可以不配，通過將壓差傳感器6的壓差信號直接輸入到智能控制器或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行開方運(yùn)算和量程標(biāo)定后輸出流量值，構(gòu)成了一種流線形孔板壓差式的管道流量測量裝置。
與背景技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的壓差式流量測量方法及流量裝置具有測量量程寬、節(jié)流阻力損失小、成本低、加工制作方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的流量測量裝置可以廣泛應(yīng)用于各種流體流動的流量測量，如水、空氣、蒸汽、煤氣等。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例中流線形孔板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中流線形孔板另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3～圖4是本發(fā)明實(shí)施例中流線形孔板裝配在管道中心位置的測量裝置示意圖。
圖例中符號1孔板入流口、2高壓端壓力測量咀、3流線形節(jié)流孔、4低壓端壓力測量咀、5孔板出流口、6壓差傳感器、7開方運(yùn)算變送器、8導(dǎo)壓管、9流線形孔板、10孔板裝置的安裝支架、
具體實(shí)施例方式
參考附圖1～附圖4，下面將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
具體實(shí)施例1如圖1、3中所示。流量裝置包括通過導(dǎo)壓管8分別與壓差傳感器6相連的高壓端壓力測量咀2和低壓端壓力測量咀4，壓差傳感器8通過信號線與開方運(yùn)算變送器7相連。一個具有中空筒形結(jié)構(gòu)的流線形孔板9通過支架10安裝于被測管道中心，其內(nèi)部沿流體流動方向依次為孔板入流口1、流線形節(jié)流孔3和孔板出流口5，流線形節(jié)流孔3的邊緣呈流線形并沿流體流動方向向中心收縮；低壓端壓力測量咀4安裝于流線形孔板9的出流口5壁上，高壓端壓力測量咀2安裝于被測管道壁上。
開方運(yùn)算變送器7將壓差信號進(jìn)行開方變送后，輸出與流量成正比的標(biāo)準(zhǔn)電信號(如DC 4～20mA)，流線形孔板9、高壓端壓力測量咀2、低壓端壓力測量咀4、導(dǎo)壓管8、壓差傳感器6、開方運(yùn)算變送器7共同構(gòu)成了一種直接壓差式管道流量的測量裝置。
實(shí)施例1如圖3所示，流量裝置進(jìn)行差壓式流量測量的方法如下(1)分別通過導(dǎo)壓管8將高壓端壓力測量咀2和低壓端壓力測量咀4的流體壓力信號傳遞至壓差傳感器6；所述高壓端壓力測量咀2安裝于被測管道壁上，所述低壓端壓力測量咀4安裝于流線形孔板9的出流口5壁上；(2)通過壓差傳感器6檢測壓力信號以獲取壓差信號；(3)壓差傳感器6將壓差信號傳遞給開方運(yùn)算變送器7，并依據(jù)下列方式由收到的壓差信號獲取流體流量值QM=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP·ρ;]]>或QV=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP/ρ;]]>其中CR定義流出系數(shù)；QM流量裝置的質(zhì)量流量，單位kg/h；QV流量裝置的體積流量，單位m3/h；d流線形節(jié)流孔的最小通孔直徑，單位m；
D孔板流量裝置的管道直徑，單位m；α流線形孔板的阻塞系數(shù)；Cε測量不同流體流量時(shí)的修正系數(shù)；ΔP流量裝置的輸出差壓，單位Pa或kPa。
A被測量管道的通流面積。
實(shí)施例2如圖4中所示，本實(shí)施例中，高壓端壓力測量咀2安裝于流線形孔板9的入流口1壁上。流線形孔板9通過安裝支架10安裝到接近來流平均速度的管道位置，通過修改系數(shù)CR的修正標(biāo)定，構(gòu)成另一種大口徑管道流量的測量裝置。
實(shí)施例3如圖2中所示，本實(shí)施例中，高壓端壓力測量咀2安裝于流線形孔板9的入流口1壁上，低壓端壓力測量咀4安裝于流線形孔板9的出流口5壁上，并將孔板流量裝置的管道直徑D與被測管道的通流直徑相同，并裝配成一體化結(jié)構(gòu)，構(gòu)成另一種小口徑管道流量測量裝置，此時(shí)的標(biāo)定公式如下QV=Cτ·α·CR·d2·2·ΔP/ρ]]>所述的開方運(yùn)算變送器7可以不必配置，通過將壓差傳感器6的壓差信號直接輸入到智能控制器或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行開方運(yùn)算和量程標(biāo)定后輸出，構(gòu)成了一種流線孔板壓差式管道流量的測量裝置。
顯然，上述的流線形孔板測量裝置壓力損失很小、測量量程范圍寬。如將該流量測量裝置應(yīng)用于水流量測量時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水流速0.25m/s～5.0m/s范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)高精度的流量測量，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO116311998最新定義，該流量測量裝置的范圍度(Range ability)達(dá)到20。
顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種差壓式流量測量方法，其特征在于，包括以下步驟(1)分別通過導(dǎo)壓管將高壓端壓力測量咀和低壓端壓力測量咀的流體壓力信號傳遞至壓差傳感器；所述高壓端壓力測量咀安裝于被測管道壁上或流線形孔板的入流口壁上，所述低壓端壓力測量咀安裝于流線形孔板的出流口壁上；(2)通過壓差傳感器檢測壓力信號以獲取壓差信號；(3)壓差傳感器將壓差信號傳遞給開方運(yùn)算變送器、智能控制器或計(jì)算機(jī)，并依據(jù)下列方式由收到的壓差信號獲取流體流量數(shù)值QM=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP·ρ;]]>QV=Cϵ·α·CR·A·2·ΔP/ρ;]]>或者Qv=Cτ·α·CR·d2·2·Δ/ρ;]]>其中CR定義流出系數(shù)；QM流量裝置的質(zhì)量流量，單位kg/h；QV流量裝置的體積流量，單位m3/h；d流線形節(jié)流孔的通孔直徑，單位m；D被測管道直徑，單位m；α流線形孔板的阻塞系數(shù)；Cε測量不同流體流量時(shí)的修正系數(shù)；ΔP流量裝置的輸出差壓，單位Pa或kPa；A被測量管道的通流面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差壓式流量測量方法，其特征在于，還包括調(diào)整流線形孔板安裝位置，使流線形孔板位于被測管道中心位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差壓式流量測量方法，其特征在于，還包括調(diào)整流線形孔板安裝位置，使流線形孔板位于被測管道中來流平均速度的位置。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述孔板差壓式方法測量流體流量的流量裝置，包括通過導(dǎo)壓管分別與壓差傳感器相連的高壓端壓力測量咀和低壓端壓力測量咀，其特征在于，還包括一個具有中空筒形結(jié)構(gòu)的流線形孔板，其內(nèi)部沿流體流動方向依次為孔板入流口、流線形節(jié)流孔和孔板出流口，流線形節(jié)流孔的邊緣呈流線形并沿流體流動方向向中心收縮；所述低壓端壓力測量咀安裝于流線形孔板的出流口壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量裝置，其特征在于，所述高壓端壓力測量咀安裝于被測管道壁上或流線形孔板的入流口壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量裝置，其特征在于，所述壓差傳感器通過信號線與開方運(yùn)算變送器相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量裝置，其特征在于，所述壓差傳感器通過信號線與智能控制器或計(jì)算機(jī)相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量裝置，其特征在于，所述流線形孔板通過支架安裝于被測管道中心。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的流量裝置，其特征在于，所述流線形孔板通過支架安裝于被測管道來流平均速度的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及流量的測量方法及流量裝置，旨在提供一種低壓損寬量程比的孔板節(jié)流差壓式流量測量方法及流量測量裝置。該方法包括分別通過導(dǎo)壓管將高壓端壓力測量咀和低壓端壓力測量咀的流體壓力信號傳遞至壓差傳感器；通過壓差傳感器檢測壓力差信號；壓差傳感器將壓差信號傳遞給開方運(yùn)算變送器、或智能控制器、或計(jì)算機(jī)，并由收到的壓差信號獲取流體流量數(shù)值。本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)前述流量測量方法的測量裝置。本發(fā)明的壓差式流量測量方法及流量裝置具有測量量程寬、節(jié)流阻力損失小、成本低、加工制作方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的流量測量裝置可以廣泛應(yīng)用于各種流體流動的流量測量，如水、空氣、蒸汽、煤氣等。
文檔編號G01F1/42GK1963402SQ20061015476
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月24日
發(fā)明者沈新榮, 朱文斌, 黎焱, 章威軍, 楊春節(jié), 郁輝球, 潘康, 徐煒芳 申請人:浙江大學(xué), 杭州哲達(dá)科技實(shí)業(yè)有限公司