CN100425954C - 一种差压式流量测量方法及流量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流量的测量方法及流量装置，旨在提供一种低压损宽量程比的孔板节流差压式流量测量方法及流量测量装置。该方法包括：分别通过导压管将高压端压力测量咀和低压端压力测量咀的流体压力信号传递至压差传感器；通过压差传感器检测压力差信号；压差传感器将压差信号传递给开方运算变送器、或智能控制器、或计算机，并由收到的压差信号获取流体流量数值。本发明还提供了实现前述流量测量方法的测量装置。本发明的压差式流量测量方法及流量装置具有测量量程宽、节流阻力损失小、成本低、加工制作方便等优点。本发明的流量测量装置可以广泛应用于各种流体流动的流量测量，如水、空气、蒸汽、煤气等。

Description

一种差压式流量测量方法及流量装置

技术领域

本发明涉及一种流量的测量方法及流量装置。更具体地说，本发明涉及一种低压损宽量程比的孔板节流差压式流量测量方法及流量测量装置。

背景技术

差压式流量计是目前测量气体、液体和高温蒸汽等流体流动中最常用的流量仪表装置，它具有结构简单、运行稳定、加工和使用符合标准时不需要实流标定等优点。以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压式流量计成熟应用于工业领域，其中标准孔板流量计是国内外研究最早、试验数据最多、使用经验最丰富、标准化程度最高的计量手段。

传统的孔板或喷嘴管流量装置只能设置流量系数为常数，当流量变化范围较大尤其是小流量测量时，由于流量系数因雷诺数(Re)影响将造成很大的实际测量误差，因而定义的量程比相对较窄。国际上采用ISO 5167(2003)标准后，对经典孔板的安装、使用维护上提出了更苛刻要求，如不带整流网的孔板要求更长的上游直管以保证流场的充分发展，且孔板属于中心突然收缩式的节流装置，其压损十分大。

目前一些公开专利都旨在对孔板的安装、测量计算公式或结构形式上进行改进设计。由于标准孔板要求安装精度高、压力损失大，在实际工程中不太容易完全满足要求，由此出现了标准孔板改型的系列专利技术(如整体式孔板节流装置，内藏式孔板测量装置等)，以便将孔板测量装置、取压装置、安装法兰进行集成一体化的标准设计制作。

在孔板压差式原理的流量计算公式上，也提出了一些关于流量修正的专利技术或计算方法。目前标准孔板测量范围一般在4∶1左右(定义孔板的范围度为4)，其原因在于流量系数受雷诺数(Re)变化的影响太大。最近也有采用智能变送器或计算机技术将流量系数在不同范围内进行动态修正的专利技术，这从一定程度上提高了孔板测量范围；在孔板结构形式上，为了降低压力损失，也有许多专利技术集中在改变孔板上游的锐边，或者设计成偏心孔板、圆缺孔板等。这些专利大都停留标准孔板和标准喷嘴在形式上进行创新设计。

标准孔板对应压力损失值偏大的固有缺陷一直难以避免，因此也有完全脱离孔板模式的压差式流量测量方法和测量装置，如阿牛巴流量装置、威力巴流量装置、锥型绕流体流量测量装置等等。

建立在以孔板差压式原理为基础的流量计延伸产品同样具有结构简单、使用方便、通用性强、价格低廉等优点而得到广泛应用。如果将标准孔板进行改型设计成流改型，可以明显降低流量装置的压力损失、提高流量测量的量程比。

目前公知的还没有发现流线形孔板流量装置，利用该装置可以实现低压损、宽量程比的孔板差压式流量测量方法。

发明內容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种流量测量的实现方法。本发明更进一步的目的在于提供一种低压损、宽量程比的流线形孔板差压式流量测量方法及流量测量装置。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种差压式流量测量方法，包括以下步骤：

(1)分别通过导压管将高压端压力测量咀和低压端压力测量咀的流体压力信号传递至压差传感器；

所述高压端压力测量咀安装于被测管道壁上或流线形孔板的入流口壁上，所述低压端压力测量咀安装于流线形孔板的出流口壁上；

(2)通过压差传感器检测压力差信号；

(3)压差传感器将压差信号传递给开方运算变送器、或智能控制器、或计算机，并依据下列方式由收到的压差信号获取流体流量数值：

$Q_M=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}\·\mathrm{\ρ}}$

${\stackrel{\·}{Q}}_V=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}$ 或者 $Q_V=C_r\·\mathrm{\α}\·C_R\·d^2\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}$

其中：

C_R：定义流出系数(或流量系数)，是表征孔板节流装置流量特性的重要参数。

Q_M：流量装置的质量流量，单位kg/h；

Q_V：流量装置的体积流量，单位m³/h；

d：流线形孔板的最小通孔直径，单位m；

D：孔板流量装置的管道通径(直径)，单位m；

α：流线形孔板的阻塞系数，主要由孔板装置的孔径比β＝d/D决定，同时还受孔板几何尺寸影响，具体可以通过实流标定；

C_ε：测量不同流体流量时的修正系数，流体介质的影响可通过实流进行标定修正；

A：被测量管道的通流面积；

ΔP：流线孔板节流装置的输出差压值，单位Pa或kPa；

ρ：被测流体的密度，单位kg/m³；

式中： $C_{\mathrm{\τ}}=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\frac{A}{d^2}.$

试验研究结果发现，流出系数C_R的影响因素包括：(1)孔板的阻塞系数α、(2)孔板节流安装型式、(3)孔板压差的取压方式、(4)来流雷诺数Re。

其中前面三个方面主要由流线形孔板流量装置的机械结构决定。对于给定的孔板测量装置，当Re超过一定范围时，其流出系数(流量系数)C_R基本趋于常数，此时Q与

呈线性关系，利用压差传感器进行压差测量和数学开方运算后变送成标准电信号，就可实现压差式流量的测量。

作为一种改进，该方法还包括调整流线形孔板安装位置，使流线形孔板位于被测管道中心位置。

作为一种改进，该方法还包括调整流线形孔板安装位置，使流线形孔板位于被测管道中来流平均速度的位置。

本发明进一步提供了一种实现前述流量测量方法的测量装置，包括通过导压管分别与压差传感器相连的高压端压力测量咀和低压端压力测量咀，还包括一个具有中空筒形结构的流线形孔板，其内部沿流体流动方向依次为孔板入流口、流线形节流孔和孔板出流口，流线形节流孔的边缘呈流线形并沿流体流动方向向中心收缩；所述低压端压力测量咀安装于流线形孔板的出流口壁上。

作为一种改进，所述高压端压力测量咀安装于被测管道壁上或流线形孔板的入流口壁上。

作为一种改进，所述压差传感器通过信号线与开方运算变送器相连，将压差信号通过开方运算变送器7输出与流量成正比的标准电信号(如DC 4～20mA、DC0～10V)，构成了一种流线形孔板直接压差式的管道流量测量装置。。

作为一种改进，所述压差传感器通过信号线直接与智能控制器或计算机相连，利用高级语言的换算实现流量输出。

作为一种改进，所述流线形孔板通过支架安装于被测管道中心，高压端测量咀2可以直接连接到来流比较均匀的管道内壁面上。将高压端压力测量咀2、低压端压力测量咀4通过导压管8连接到压差传感器6，通过开方运算变送器7输出与流量成正比的标准电信号(如DC 4～20mA)，构成一种大口径的管道流量测量装置。

作为一种改进，所述流线形孔板通过支架安装于被测管道来流平均速度的位置，通过系数的修正，构成另一种大口径管的流量测量装置。

作为本发明的另一种改进，所述开方运算变送器7可以不配，通过将压差传感器6的压差信号直接输入到智能控制器或者计算机进行开方运算和量程标定后输出流量值，构成了一种流线形孔板压差式的管道流量测量装置。

与背景技术相比，本发明的有益效果在于，本发明的压差式流量测量方法及流量装置具有测量量程宽、节流阻力损失小、成本低、加工制作方便等优点。本发明的流量测量装置可以广泛应用于各种流体流动的流量测量，如水、空气、蒸汽、煤气等。

附图说明

图1是本发明实施例中流线形孔板结构示意图。

图2是本发明实施例中流线形孔板另一种结构示意图。

图3～图4是本发明实施例中流线形孔板装配在管道中心位置的测量装置示意图。

图例中符号：1孔板入流口、2高压端压力测量咀、3流线形节流孔、4低压端压力测量咀、5孔板出流口、6压差传感器、7开方运算变送器、8导压管、9流线形孔板、10孔板装置的安装支架、

具体实施方式

参考附图1～附图4，下面将对本发明进行详细描述。

具体实施例1如图1、3中所示。流量装置包括通过导压管8分别与压差传感器6相连的高压端压力测量咀2和低压端压力测量咀4，压差传感器8通过信号线与开方运算变送器7相连。一个具有中空筒形结构的流线形孔板9通过支架10安装于被测管道中心，其内部沿流体流动方向依次为孔板入流口1、流线形节流孔3和孔板出流口5，流线形节流孔3的边缘呈流线形并沿流体流动方向向中心收缩；低压端压力测量咀4安装于流线形孔板9的出流口5壁上，高压端压力测量咀2安装于被测管道壁上。

开方运算变送器7将压差信号进行开方变送后，输出与流量成正比的标准电信号(如DC 4～20mA)，流线形孔板9、高压端压力测量咀2、低压端压力测量咀4、导压管8、压差传感器6、开方运算变送器7共同构成了一种直接压差式管道流量的测量装置。

实施例1如图3所示，流量装置进行差压式流量测量的方法如下：

(1)分别通过导压管8将高压端压力测量咀2和低压端压力测量咀4的流体压力信号传递至压差传感器6；

所述高压端压力测量咀2安装于被测管道壁上，所述低压端压力测量咀4安装于流线形孔板9的出流口5壁上；

(2)通过压差传感器6检测压力信号以获取压差信号；

(3)压差传感器6将压差信号传递给开方运算变送器7，并依据下列方式由收到的压差信号获取流体流量值：

$Q_M=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}\·\mathrm{\ρ}}$ ；或

$Q_V=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}};$

其中：

C_R：定义流出系数；

Q_N：流量装置的质量流量，单位kg/h；

Q_V：流量装置的体积流量，单位m³/h；

d：流线形节流孔的最小通孔直径，单位m；

D：孔板流量装置的管道直径，单位m；

α：流线形孔板的阻塞系数；

C_ε：测量不同流体流量时的修正系数；

ΔP：流量装置的输出差压，单位Pa或kPa。

A：被测量管道的通流面积。

实施例2如图4中所示，本实施例中，高压端压力测量咀2安装于流线形孔板9的入流口1壁上。流线形孔板9通过安装支架10安装到接近来流平均速度的管道位置，通过修改系数C_R的修正标定，构成另一种大口径管道流量的测量装置。

实施例3如图2中所示，本实施例中，高压端压力测量咀2安装于流线形孔板9的入流口1壁上，低压端压力测量咀4安装于流线形孔板9的出流口5壁上，并将孔板流量装置的管道直径D与被测管道的通流直径相同，并装配成一体化结构，构成另一种小口径管道流量测量装置，此时的标定公式如下：

$Q_V=C_{\mathrm{\τ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·d^2\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}}$

所述的开方运算变送器7可以不必配置，通过将压差传感器6的压差信号直接输入到智能控制器或者计算机进行开方运算和量程标定后输出，构成了一种流线孔板压差式管道流量的测量装置。

显然，上述的流线形孔板测量装置压力损失很小、测量量程范围宽。如将该流量测量装置应用于水流量测量时，实验发现水流速0.25m/s～5.0m/s范围内均能实现高精度的流量测量，根据国际标准ISO11631：1998最新定义，该流量测量装置的范围度(Range ability)达到20。

显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种差压式流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别通过导压管将高压端压力测量咀和低压端压力测量咀的流体压力信号传递至压差传感器；

所述高压端压力测量咀安装于被测管道壁上或流线形孔板的入流口壁上，所述低压端压力测量咀安装于流线形孔板的出流口壁上；

(2)通过压差传感器检测压力信号以获取压差信号；

(3)压差传感器将压差信号传递给开方运算变送器、智能控制器或计算机，并依据下列方式由收到的压差信号获取流体流量数值：

$Q_M=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}\·\mathrm{\ρ}};$

$Q_V=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·A\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}};$ 或者 $Q_V=C_{\mathrm{\τ}}\·\mathrm{\α}\·C_R\·d^2\·\sqrt{2\·\mathrm{\ΔP}/\mathrm{\ρ}};$

其中：

C_R：定义流出系数；

Q_M：流量装置的质量流量，单位kg/h；

Q_V：流量装置的体积流量，单位m³/h；

d：流线形节流孔的最小通孔直径，单位m；

D：被测管道直径，单位m；

α：流线形孔板的阻塞系数；

C_ε：测量不同流体流量时的修正系数；

ΔP：流量装置的输出差压，单位Pa或kPa；

A：被测量管道的通流面积；

ρ：被测流体的密度，单位kg/m³；

式中： $C_{\mathrm{\τ}}=C_{\mathrm{\ϵ}}\·\frac{A}{d^2}.$

2、根据权利要求1所述的差压式流量测量方法，其特征在于，还包括调整流线形孔板安装位置，使流线形孔板位于被测管道中心位置。

3、根据权利要求1所述的差压式流量测量方法，其特征在于，还包括调整流线形孔板安装位置，使流线形孔板位于被测管道中来流平均速度的位置。

4、一种根据权利要求1所述孔板差压式方法测量流体流量的流量装置，包括通过导压管分别与压差传感器相连的高压端压力测量咀和低压端压力测量咀，其特征在于，还包括一个具有中空筒形结构的流线形孔板，其内部沿流体流动方向依次为孔板入流口、流线形节流孔和孔板出流口，流线形节流孔的边缘呈流线形并沿流体流动方向向中心收缩；所述低压端压力测量咀安装于流线形孔板的出流口壁上。

5、根据权利要求4所述的流量装置，其特征在于，所述高压端压力测量咀安装于被测管道壁上或流线形孔板的入流口壁上。

6、根据权利要求4所述的流量装置，其特征在于，所述压差传感器通过信号线与开方运算变送器相连。

7、根据权利要求4所述的流量装置，其特征在于，所述压差传感器通过信号线与智能控制器或计算机相连。

8、根据权利要求4所述的流量装置，其特征在于，所述流线形孔板通过支架安装于被测管道中心。

9、根据权利要求4所述的流量装置，其特征在于，所述流线形孔板通过支架安装于被测管道来流平均速度的位置。

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