CN102364308A

CN102364308A - 一种射流质量流量测量方法及测量装置

Info

Publication number: CN102364308A
Application number: CN2011103144364A
Authority: CN
Inventors: 白亚磊; 钟伟; 李鹏
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-02-29

Abstract

本发明公开了一种射流质量流量测量方法，属于流体测量技术领域。本发明的测量方法利用射流振荡元件喷嘴处的质量流量，与射流喷嘴、射流出口之间差压的平均值和射流振荡频率的比值之间成正比的关系，可直接测量得到质量流量。本发明还公开了一种射流质量流量测量装置，利用差压传感器实时测量射流喷嘴、射流出口之间差压，然后通过计算得到射流质量流量。相比现有技术，本发明不需要进行温差补偿即可直接得到射流的质量流量，测量装置的结构更简单，成本更低，测量误差更小。

Description

一种射流质量流量测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量方法，尤其涉及一种射流质量流量测量方法及测量装置，属于流体测量技术领域。

背景技术

传统的射流流量计大同小异，都是以射流振荡元件为核心部分，射流的康达效应和反馈回路诱使流体振荡，通过采集振荡信号，进行流量测量。现有射流流量测量的原理是将待测流体通过如图1所示的射流振荡元件，流体由射流喷嘴进入，形成主射流，由于射流的局部不稳定性，使其两侧的压力不均衡，主射流发生偏转，产生附壁效应，依附于其中一侧壁，由于主流体在偏转一侧的滞止作用，在连接该侧壁的反馈通道内形成高压区(相对于另外一通道的压力)，反馈通道高压区作用于主射流，使其向另一侧壁偏转，如此形成周期振荡。使用过程中，通过在反馈通道或者出入口附近设置热敏、力敏、光纤等检测元件，检测得到射流的振荡频率，再依据射流的工况流量与振荡频率的正比关系，

q =C*f ，

式中，q表示射流的工况流量；C为比例系数，由标定所得； f表示射流的振荡频率；

即可计算出射流的工况流量。更详细的内容可参考蔡武昌等编写的《新型流量检测仪表》（蔡武昌，应启嘎. 新型流量检测仪表.第一版.北京:化学工业出版社,2006,115-116页）。如果要获得质量流量或标况流量，还需要测量压力和温度补偿得到。

其结构和测量方式使之存在共同的优点：无可动部件，寿命长，温度、粘度影响小，易于小流量测量等。目前，国内外已有许多射流流量计产品问世，涉及其结构和性能的研究也越来越多，有通过实验来优化射流元件设计的，有拓展其测量量程比的，有降低其测量下限的，还有把射流流量计和差压式流量计结合进行深井石油测量的。即使如此，射流流量计仍旧存在明显的缺点：如其直接测得结果只能是工况体积流量，需经过温压补偿转换成质量流量或标况体积流量，以至于增加了成本也增加了误差。

发明内容

本发明所要解决的的技术问题在于克服现有射流测量方法不能直接得到质量流量，或需经过温压补偿转换方可获得质量流量的不足，提供一种射流质量流量测量方法及测量装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种射流质量流量测量方法，使射流通过射流振荡元件，产生振荡射流，通过测量振荡射流的参数，得到射流的质量流量，具体包括以下步骤：

步骤A、使射流通过射流振荡元件，产生振荡射流；

步骤B、测量射流振荡元件的射流喷嘴和射流出口的差压；

步骤C、根据下式计算射流的质量流量：

Q =K*(DP/f) ，

式中，Q表示射流的质量流量；DP表示射流振荡元件的射流喷嘴和射流出口的差压平均值；f表示射流的振荡频率；K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到。

优选地，所述射流振荡元件的射流喷嘴和射流出口的差压使用差压传感器测量。

进一步地，所述射流的振荡频率通过以下方法得到：动态记录下所述差压随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率。利用已测量得到的射流喷嘴和射流出口的差压，通过计算得到射流的振荡频率，不需要设置单独的振荡频率测量部件，简化了结构，降低了成本。

根据本发明的发明思路，可得到如下的射流质量流量测量装置：

一种射流质量流量测量装置，包括用于使待测射流产生振荡的射流振荡元件，所述射流振荡元件包括射流喷嘴、射流出口和射流反馈通道，其特征在于，该测量装置还包括差压传感器，以及与差压传感器的输出端信号连接的计算单元；差压传感器的两个输入端分别与射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口连接；所述计算单元根据差压传感器输出的差压，根据下式计算射流的质量流量：

Q =K*(DP/f) ，

式中，Q表示射流的质量流量；DP表示差压传感器输出的差压的平均值；f表示射流的振荡频率，通过以下方法得到：动态记录所述差压传感器的输出数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率；K为比例系数。

进一步地，所述射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口各与一法兰密闭连接，用于连接待测射流管路。

相比现有技术，本发明不需要进行温差补偿即可直接得到射流的质量流量，测量装置的结构更简单，成本更低，测量误差更小。

附图说明

图1为现有射流流量计的测量原理示意图；

图2为具体实施方式中所述本发明的射流质量流量测量装置的装配图；

图3为具体实施方式中所述本发明的射流质量流量测量装置的主试图；

图4为具体实施方式中所述本发明的射流质量流量测量装置的俯视图；

图5为具体实施方式中所述本发明的射流质量流量测量装置的爆炸图；

图2-5中各标号的含义如下：

1为法兰，2为入口管道，3为上升管道，4为射流振荡元件，5为盖板，6为高压取压孔，7为动低压取压孔，8为下降管道，9为出口管道，10为射流振荡元件4的射流附壁，11为射流振荡元件4的射流反馈回路，12为射流振荡元件4的射流喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的射流质量流量测量装置的一个实施例如图1、图2、图3和图4所示，它包括：法兰1、入口管道2、上升管道3、射流振荡元件4、盖板5、高压取压孔6、动低压取压孔7、下降管道8、出口管道9，以及差压传感器及与差压传感器信号连接的计算单元（两者在图中均未示出），其中射流振荡元件4包括射流附壁10、射流反馈回路11、射流喷嘴12，以及射流出口。法兰1与入口管道2焊接，出口管道9与另一法兰1焊接；上升管道3的下端焊接入口管道2，上端与射流振荡元件4焊接连接；下降管道8的上端焊接射流振荡元件4，下端焊接出口管道9；盖板5盖在射流振荡元件4之上并通过螺栓与之固连；盖板5上设置有与射流振荡元件4的射流喷嘴12处连通的高压取压孔6，以及与射流振荡元件4的出口处连通的低压取压孔7；差压传感器的两个输入端分别与高压取压孔6、低压取压孔7密闭连接。

当进行流量测量时，将上述测量装置通过法兰1与待测流体的流动管路连接，流体从入口管道2进入，经上升管道3进入射流振荡元件4，由于康达效应使射流喷嘴12出来的主体射流偏向射流附壁10的一边，主射流经射流振荡元件4的出口流出，而一小部分射流经同侧的射流反馈回路11返回至射流喷嘴12处，推动主射流偏向另外一侧的附壁10，一小部分射流再经另外一侧的射流反馈回路11至射流喷嘴12处；如此不断循环，形成腔体振荡。差压传感器通过高压取压孔6、低压取压孔7对射流振荡元件4的射流喷嘴12、射流出口之间的差压进行实时测量，并将测量数据传输至计算单元，计算单元根据下式计算并显示输出射流的质量流量：

Q =K*(DP/f) ，

式中，Q表示射流的质量流量；DP表示差压传感器输出的差压的平均值；f表示射流的振荡频率，通过以下方法得到：动态记录所述差压传感器的输出数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率；K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到。

为使公众便于理解本发明的技术方案，下面对本发明的测量原理进行详细说明：

经理论研究和实验证明，由射流的康达效应和反馈回路诱使的腔体振荡的频率f与射流喷嘴处的流速v成正比，公式如下：

v = k1* f (1)

其中，k1为比例系数；振荡频率f可采用现有的在反馈通道或者出入口附近设置热敏、力敏、光纤等检测元件进行测量得到，而本发明为了简化结构，利用对动态差压信号做傅里叶变换的方法得到，具体为：动态记录所述差压传感器的输出数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率。此为现有技术，更详细信息可参考文献（何振亚著，数字信号处理的理论与应用，北京：人民邮电出版社，北京，1983）

而动态差压的平均值DP与射流喷嘴处的动压头ρv²成正比，公式如下：

ρv²=k2*DP (2)

其中，k2为比例系数；ρ为流体密度；

由公式（1）和公式（2）可以得到公式（3）如下：

ρv=(k2/k1)*(DP/f) (3)

设喷嘴处管道面积为A，流体的质量流量为Q，令k2/k1的值为K，则有公式（4）：

Q=ρv*A=K*(DP/f) (4)

对于特定的射流振荡元件，比例系数K为定值，可根据实验预先标定得到。

Claims

1.一种射流质量流量测量方法，使射流通过射流振荡元件，产生振荡射流，通过测量振荡射流的参数，得到射流的质量流量，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤A、使射流通过射流振荡元件，产生振荡射流；

步骤B、测量射流振荡元件的射流喷嘴和射流出口的差压；

步骤C、根据下式计算射流的质量流量：

Q =K*(DP/f) ，

式中，Q表示射流的质量流量；DP表示射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口的差压平均值；f表示射流的振荡频率；K为比例系数，对于特定的射流振荡元件，其为定值，根据实验预先标定得到。

2.如权利要求1所述射流质量流量测量方法，其特征在于，所述射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口的差压使用差压传感器测量。

3.如权利要求1或2所述射流质量流量测量方法，其特征在于，所述射流的振荡频率通过以下方法得到：动态记录下所述差压随时间的变化数值，应用快速傅里叶变换把时域信号转化成频域信号，得到振荡频率。

4.一种射流质量流量测量装置，包括用于使待测射流产生振荡的射流振荡元件，所述射流振荡元件包括射流喷嘴、射流出口和射流反馈通道，其特征在于，该测量装置还包括差压传感器，以及与差压传感器的输出端信号连接的计算单元；差压传感器的两个输入端分别与射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口连接；所述计算单元根据差压传感器输出的差压，利用下式计算射流的质量流量：

Q =K*(DP/f) ，

5.如权利要求1所述射流质量流量测量装置，其特征在于，所述射流振荡元件的射流喷嘴、射流出口各与一法兰密闭连接，用于连接待测射流管路。