專利名稱：能夠拓寬量程的均速管流量測(cè)定方法及流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流量測(cè)量技木，特別涉及一種通過流動(dòng)控制技術(shù)來拓寬有效量程的均速管流量測(cè)定方法及流量計(jì)。
背景技術(shù)：
均速管流量計(jì),包括Annbar、Torbar、Probar、verabar、itabar等，都是基于皮托管測(cè)速原理，即典型的壓差式流量傳感器，是以測(cè)管道中直線上幾點(diǎn)流速來推算流量的一種插入式流量儀表。均速管流量計(jì)，以其永久性壓カ損失小、輸出壓差穩(wěn)定、較好的防堵塞性能、安裝方便和成本相對(duì)較低，在エ業(yè)企業(yè)的エ藝流程中，得到大量的應(yīng)用，并且其應(yīng)用范圍正不斷擴(kuò)大。均速管流量計(jì)應(yīng)用的基本形式，都為在來流方向上某流動(dòng)充分發(fā)展截面上，沿徑向(或者指定位置和方向)插入ー根檢測(cè)桿。檢測(cè)桿內(nèi)部隔成總壓腔和靜壓腔兩個(gè)獨(dú)立的腔體，迎流方向前側(cè)腔體為總壓腔，后側(cè)為靜壓腔。檢測(cè)桿迎流方向按照對(duì)數(shù)切比雪夫積分方法，選擇位置成對(duì)開取總壓孔，與總壓腔相同。各點(diǎn)處流速的差異導(dǎo)致均速管總壓孔測(cè)出來的，是具有平均特性的總壓。不同名稱的均速管流量計(jì)，在上述的基本應(yīng)用形式下，主要的差別表現(xiàn)為不同研究技術(shù)對(duì)檢測(cè)桿界面以及靜壓孔開孔位置的差異性上。從總體上來講，均速管流量計(jì)的整體特征表現(xiàn)為1)結(jié)構(gòu)簡単，部件緊湊，安裝方便；2)適應(yīng)的范圍寬，可測(cè)流體包括氣、液和蒸汽；實(shí)際測(cè)量過程中，所對(duì)應(yīng)的管道直徑可在25-9000mm之間變化；壓力和溫度的適用條件范圍很寬，上限可分別達(dá)到40Mpa和 IOOO0C ；3)永久壓損小，不可恢復(fù)壓損僅為孔板流量計(jì)的幾十分之一；4)長期穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度不受粘污和腐蝕的影響，準(zhǔn)確度和重復(fù)性，在充分的直管段長度條件下，可分別達(dá)到和0. 2% ；準(zhǔn)確度受到直管段長度的影響；5)隨著均速管流量計(jì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，均速管流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用過程中， 其防堵性能不斷得到強(qiáng)化，如威力巴流量計(jì)采用側(cè)面開靜壓孔的方法等；這些特征，尤其是其較高的穩(wěn)定性和重復(fù)性，使均速管流量計(jì)更適合用于諸多エ 業(yè)流程中，流動(dòng)介質(zhì)流量的監(jiān)測(cè)，并在現(xiàn)場(chǎng)校正的基礎(chǔ)上，以其監(jiān)測(cè)結(jié)果，作為エ業(yè)流程系統(tǒng)監(jiān)控和優(yōu)化的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。但是對(duì)于均速管流量計(jì)在實(shí)際測(cè)量中的應(yīng)用而言，還存在如下形式的主要問題1)對(duì)于所測(cè)的大管徑管道，不可能保障其充分的直管段長度；2)由于其本身是依靠測(cè)桿形狀，是對(duì)應(yīng)流動(dòng)在其總壓孔和靜壓孔之間，產(chǎn)生多點(diǎn)平均的測(cè)量壓差。不同來流條件下，測(cè)量壓差的大小，直接決定了均速管流量計(jì)的量程，從而決定了均速管流量計(jì)的使用范圍。實(shí)際應(yīng)用過程中，由于測(cè)桿截面尺寸相對(duì)于測(cè)量管徑的差異，有流體繞過測(cè)桿的繞流流動(dòng)，在對(duì)應(yīng)孔位所產(chǎn)生的測(cè)量壓差必然不同，特別是對(duì)于中大管徑管道流量的測(cè)量， 測(cè)桿在低速流動(dòng)條件下，所產(chǎn)生的測(cè)量壓差會(huì)很小。而這ー壓差，又需要通過壓差傳感裝置輸出，系統(tǒng)誤差的相對(duì)作用，在低流速條件下，所占比重増加，直接影響到均速管流量計(jì)的測(cè)量精度?；蛘哒f，這ー類流量計(jì)，尤其是威力巴流量計(jì)，都適用于流速較高工況下，系統(tǒng)流量的測(cè)定。對(duì)于實(shí)際的エ業(yè)流程系統(tǒng)而言，其流程的荷載強(qiáng)度，直接受到市場(chǎng)因素、自身生產(chǎn) エ藝特征和環(huán)境エ況等因素的影響，并不總是工作在大流量的エ況下。那么對(duì)于給定的系統(tǒng)，在低流量エ況下，其流量對(duì)應(yīng)的取值如何準(zhǔn)確測(cè)定？均速管流量計(jì)在其現(xiàn)有特征基礎(chǔ)上，如何提高測(cè)桿所產(chǎn)生的測(cè)量壓差，從而提高均速管流量計(jì)的揚(yáng)程，有效提升其適用的范圍，成為該類型流量計(jì)應(yīng)用發(fā)展的重要瓶頸問題，而亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供ー種基于流動(dòng)控制理念的，能夠拓寬量程的均速管流量測(cè)定方法及流量計(jì)。為解決其技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是針對(duì)均速管測(cè)量壓差有限的問題，提供一種能夠拓寬量程的均速管流量測(cè)定方法，是在保持均速管流量計(jì)整體優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)流體力學(xué)原理和流動(dòng)控制的方法， 利用流動(dòng)過程中在能量守恒前提下流體動(dòng)壓和靜壓之間的轉(zhuǎn)換，通過具有文丘里管特性的流動(dòng)控制裝置加大對(duì)應(yīng)流動(dòng)截面處(喉部)流體的流動(dòng)速度，即提高流體在該局部流動(dòng)的動(dòng)壓，從而有效降低對(duì)應(yīng)的局部流動(dòng)的靜壓，來充分提高所測(cè)總壓與流動(dòng)控制段局部靜壓之間的壓差，從而提供寬量程的測(cè)量壓差提高均速管流量計(jì)的適用范圍。進(jìn)ー步地，本發(fā)明還提供了一種能夠拓寬量程的均速管流量計(jì)，其測(cè)量桿包括豎向井列布置的總壓腔、靜壓腔和尾部整流段；在總壓腔的前端設(shè)有總壓孔，在靜壓腔的側(cè)壁上設(shè)有靜壓孔；還包括對(duì)稱設(shè)于測(cè)量桿兩側(cè)的流動(dòng)控制裝置；所述流動(dòng)控制裝置與測(cè)量桿側(cè)壁共同構(gòu)成具有文丘里管特征的收縮、喉部及放大結(jié)構(gòu)。作為ー種改進(jìn)，所述流動(dòng)控制裝置的橫截面呈曲線狀或折線狀，分為前端、中部和后端三個(gè)部分；流動(dòng)控制裝置的前端與所述總壓腔的側(cè)壁配合構(gòu)成具有文丘里管入口幾何參數(shù)的漸縮控制段；流動(dòng)控制裝置的中部與所述靜壓腔的側(cè)壁構(gòu)成具有文丘里管喉部幾何參數(shù)的喉部靜壓段；流動(dòng)控制裝置的后端與測(cè)量桿尾部整流段的側(cè)壁構(gòu)成具有與前述漸縮控制段相應(yīng)夾角的尾部擴(kuò)張段。作為ー種改進(jìn)，所述靜壓腔的橫截面形狀為矩形。作為ー種改進(jìn)，所述尾部整流段的橫截面具有對(duì)稱兩條斜邊，其末端呈圓弧狀，或者變形為基于流動(dòng)控制研究的其它對(duì)稱性幾何形狀。作為ー種改進(jìn)，所述總壓腔的橫截面形狀為等腰三角形，總壓孔設(shè)于頂角處。作為ー種改進(jìn)，所述等腰三角形頂角的度數(shù)為16 42°。本發(fā)明的有益效果在干通過具有文丘里管特性的流動(dòng)控制裝置加大對(duì)應(yīng)流動(dòng)截面處(喉部)流體的流動(dòng)速度，即提高流體在該局部流動(dòng)的動(dòng)壓從而有效降低對(duì)應(yīng)的局部流動(dòng)的靜壓，來充分提高所測(cè)總壓與流動(dòng)控制段局部靜壓之間的壓差，從而提供寬量程的測(cè)量壓差提高均速管流量
4計(jì)的適用范圍。本發(fā)明所帯來的另ー項(xiàng)技術(shù)效果在干，利用截面速度提升的特征降低測(cè)量孔堵塞的可能性，進(jìn)ー步提高其使用過程測(cè)魯棒性。


圖1為本發(fā)明的主視圖；圖2為本發(fā)明的左視圖；圖3為本發(fā)明的右視圖；圖4為圖2中A-A處的橫截面示意圖。圖中的附圖標(biāo)記為1總壓孔；2靜壓孔；3靜壓管；4總壓管；5尾部整流段；6總壓腔壁；7總壓腔；8靜壓腔；9漸縮控制段；10喉部靜壓段；11尾部擴(kuò)張段；12流動(dòng)控制裝置。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的原理在于流動(dòng)控制理念的引入，流動(dòng)控制的開展的核心目標(biāo)是提高對(duì)應(yīng)均速管流量計(jì)的測(cè)量壓差。本發(fā)明的流動(dòng)控制是針對(duì)測(cè)量桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新構(gòu)建。如附圖所示，本發(fā)明中的均速管流量計(jì)，其測(cè)量桿包括豎向并列布置的總壓腔7 和靜壓腔8，在總壓腔7的前端設(shè)總壓孔1，在靜壓腔8的側(cè)壁上設(shè)靜壓孔2 ；還有ー個(gè)豎向并列布置于靜壓腔后部的全封閉的尾部整流段5，和若干組對(duì)稱設(shè)于測(cè)量桿兩側(cè)的流動(dòng)控制裝置12 ；所述流動(dòng)控制裝置12與測(cè)量桿的側(cè)壁共同構(gòu)成具有文丘里管特征的收縮及放大結(jié)構(gòu)。流動(dòng)控制裝置12的引入及測(cè)量桿橫截面的設(shè)計(jì)是核心之處。所述流動(dòng)控制裝置 12的橫截面呈曲線狀或折線狀，分為前端、中部和后端共三段；流動(dòng)控制裝置12的前端與所述總壓腔7的側(cè)壁配合構(gòu)成具有文丘里管入口幾何參數(shù)的漸縮控制段9 ；流動(dòng)控制裝置 12的中部與所述靜壓腔8的側(cè)壁構(gòu)成具有文丘里管喉部幾何參數(shù)的喉部靜壓段10 ；流動(dòng)控制裝置12的后端與尾部整流段5的側(cè)壁構(gòu)成具有與前述漸縮控制段9相應(yīng)夾角的尾部擴(kuò)張段11。本實(shí)施例中，所述總壓腔7的橫截面形狀為等腰三角形，總壓孔1設(shè)于頂角處，頂角的度數(shù)為16 42°，所述靜壓腔8的橫截面形狀為矩形，所述尾部整流段5的橫截面具有對(duì)稱兩條斜邊，其末端呈圓弧狀，或者變形為基于流動(dòng)控制研究的其它對(duì)稱性幾何形狀。處于橫截面來流方向前端的總壓腔7的外形，采用等腰三角形。采用該形式的總壓腔7的目標(biāo)在于兩點(diǎn)其一，該形式截面對(duì)應(yīng)的流動(dòng)分離特征穩(wěn)定；其ニ，其外壁與來流方向的夾角，是構(gòu)成后續(xù)流動(dòng)控制的基礎(chǔ)?？倝呵?前端開孔，其內(nèi)部總壓腔7用于測(cè)量不同孔位處，流體流動(dòng)的總壓，這是保留傳統(tǒng)均壓管特征之一所在。在測(cè)量桿的橫截面上，本發(fā)明引入基于內(nèi)文丘里管形式的流動(dòng)控制技木。通過流動(dòng)控制裝置12的前端與總壓腔7的側(cè)壁配合，構(gòu)建具有標(biāo)準(zhǔn)文丘里管入口幾何參數(shù)的漸縮控制段9。來流流體在流經(jīng)這一段吋，處于加速的狀態(tài)，按照流動(dòng)的伯努利方程，沿程靜壓由此降低。這ー理念是提高均速管測(cè)量壓差的根本來源。測(cè)壓管總壓腔7后方是具有矩形截面的靜壓腔8，按照文丘里管的幾何特征，該矩形腔外側(cè)與流動(dòng)控制裝置12的中部構(gòu)成對(duì)應(yīng)內(nèi)文丘里管的喉部。靜壓腔8的開孔位置處于內(nèi)文丘里管的喉部，如圖4所示。其充分利用文丘里管喉部靜壓最小的特征，大幅度提高總壓腔7均壓取值與靜壓腔8均壓取值之間差異，達(dá)到全面提升均速管測(cè)量壓差的目標(biāo)。為全面引入文丘里管內(nèi)流動(dòng)特征，在測(cè)量桿的靜壓腔8后部設(shè)計(jì)了末端呈圓弧狀的尾部整流段5，其側(cè)壁與流動(dòng)控制裝置12的后端構(gòu)成具有與漸縮控制段9相應(yīng)夾角的文丘里管的放大段，從而形成具有測(cè)量壓差提升的流動(dòng)控制機(jī)制。對(duì)于測(cè)量桿結(jié)構(gòu)的尾部幾何特征，其引入的目標(biāo)一方面是文丘里管內(nèi)流動(dòng)機(jī)制的構(gòu)建；另一方面，其作用在于其它非測(cè)量段，流體繞過測(cè)桿截面時(shí)具有良好的分離特征，從而保持傳統(tǒng)均速管測(cè)量過程中，永久壓損或不可恢復(fù)壓損低的根本性特征。本發(fā)明中，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)文丘里管的幾何特征，對(duì)應(yīng)流動(dòng)測(cè)量桿結(jié)構(gòu)的側(cè)壁與來流的夾角可以在相應(yīng)的范圍內(nèi)變化，各段尺寸可根據(jù)實(shí)際的需要，在保持文丘里管特征的前提下進(jìn)行相似性變形。該發(fā)明所提出的基于流動(dòng)控制提升測(cè)量壓差的方法，包含利用局部流速加快提升測(cè)量壓差的方式?？倝呵?和靜壓腔8的內(nèi)部形狀也可以根據(jù)實(shí)際的過程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。為了控制、制造和安裝過程的方便，可按照相似性要求對(duì)流動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的具體尺寸進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.一種能夠拓寬量程的均速管流量測(cè)定方法，其特征在干，是在保持均速管流量計(jì)整體優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)流體力學(xué)和流動(dòng)控制的方法，利用流動(dòng)過程中在能量守恒前提下流體動(dòng)壓和靜壓之間的轉(zhuǎn)換，通過具有文丘里管特性的流動(dòng)控制裝置加大對(duì)應(yīng)流動(dòng)截面處流體的流動(dòng)速度，即提高流體在該局部流動(dòng)的動(dòng)壓從而有效降低對(duì)應(yīng)的局部流動(dòng)的靜壓，來充分提高所測(cè)總壓與流動(dòng)控制段局部靜壓之間的壓差，從而提供寬量程的測(cè)量壓差提高均速管流量計(jì)的適用范圍。
2.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的能夠拓寬量程的均速管流量計(jì)，其測(cè)量桿包括豎向并列布置的總壓腔、低壓腔和尾部整流段；在總壓腔的前端設(shè)有總壓孔，在低壓腔的側(cè)壁上設(shè)有低壓孔；其特征在于，還包括對(duì)稱設(shè)于測(cè)量桿兩側(cè)的流動(dòng)控制裝置；所述流動(dòng)控制裝置與測(cè)量桿側(cè)壁共同構(gòu)成具有文丘里管特征的收縮、喉部及放大結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均速管流量計(jì)，其特征在干，所述流動(dòng)控制裝置的橫截面呈曲線狀或折線狀，分為前端、中部和后端三個(gè)部分；流動(dòng)控制裝置的前端與所述總壓腔的側(cè)壁配合構(gòu)成具有文丘里管入口幾何參數(shù)的漸縮控制段；流動(dòng)控制裝置的中部與所述低壓腔的側(cè)壁構(gòu)成具有文丘里管喉部幾何參數(shù)的喉部低壓段；流動(dòng)控制裝置的后端與測(cè)量桿尾部整流段的側(cè)壁構(gòu)成具有與前述漸縮控制段相應(yīng)夾角的尾部擴(kuò)張段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的均速管流量計(jì)，其特征在干，所述低壓腔的橫截面形狀為矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的均速管流量計(jì)，其特征在干，所述尾部整流段的橫截面具有對(duì)稱兩條斜邊，其末端呈圓弧狀，或者變形為基于流動(dòng)控制研究的其它對(duì)稱性幾何形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的均速管流量計(jì)，其特征在干，所述總壓腔的橫截面形狀為等腰三角形，總壓孔設(shè)于頂角處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的均速管流量計(jì)，其特征在干，所述等腰三角形頂角的度數(shù)為 16 42°。
全文摘要
本發(fā)明涉及流量測(cè)量技術(shù)，旨在提供一種能夠拓寬量程的均速管流量測(cè)定方法及流量計(jì)。該流量計(jì)的測(cè)量桿包括豎向并列布置的總壓腔、靜壓腔和尾部整流段；在總壓腔的前端設(shè)有總壓孔，在靜壓腔的側(cè)壁上設(shè)有靜壓孔；還包括對(duì)稱設(shè)于測(cè)量桿兩側(cè)的流動(dòng)控制裝置；所述流動(dòng)控制裝置與測(cè)量桿側(cè)壁共同構(gòu)成具有文丘里管特征的收縮、喉部及放大結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過提高流體在該局部流動(dòng)的動(dòng)壓從而有效降低對(duì)應(yīng)的局部流動(dòng)的靜壓，來充分提高所測(cè)總壓與流動(dòng)控制段局部靜壓之間的壓差，從而提供寬量程的測(cè)量壓差提高均速管流量計(jì)的適用范圍。同時(shí)，利用截面速度提升的特征降低測(cè)量孔堵塞的可能性，進(jìn)一步提高其使用過程測(cè)魯棒性。
文檔編號(hào)G01F1/34GK102564501SQ20111045761
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者朱瑩, 湯中彩, 王小華, 王楊, 許丹丹, 麻劍鋒 申請(qǐng)人:杭州哲達(dá)科技股份有限公司