CN102620776B - 内置式中部通孔动节流元件流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置式中部通孔动节流元件流量计，属于自动检测技术领域中的节流式流量计；本发明采用内置式中部通孔动节流元件，动节流元件内外压力平衡，被测流体压力由流量计耐压壳体承受，故可使用薄壁厚动节流元件；防堵塞机构的主体为挠性过滤介质或过滤膜片，结构简单；与差压式流量计以使用孔板不同，本发明以使用动文丘里管为主，文丘里管具有流动阻力损失小、使用年限长、精度较高、管道不易堵塞等优点。本发明结构简单，容易制造，性价比高，测量中的耗能较少，可应用于小管径及脏污流体的流量测量，具有取代差压式流量计及部分小管径的超声波流量计的发展前景。

Description

内置式中部通孔动节流元件流量计

技术领域

本发明涉及一种在自动检测技术领域中实现流量检测的仪表，特别是涉及节流式流量检测仪表。

背景技术

目前，利用节流原理来实施的流量测量仍是应用最广泛的，所使用的节流装置大部分为固定式节流元件，少部分为动节流元件。在利用节流原理做成的流量计中，差压式流量计使用固定式节流元件，而靶式流量计和转子流量计使用动节流元件。常用的固定式节流元件有孔板、喷嘴和文丘里管，它们使用历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以又称它们为“标准节流装置”。在测量中，孔板、喷嘴和文丘里管在管道中固定安装，流体从它们的中部通孔流过；靶式流量计或转子流量计的动节流元件为悬在管道中央的圆盘靶或转子，圆盘靶或转子这种动节流元件没有中部通孔，流体从圆盘靶或转子与管道间的环形间隙流过。固定式节流元件与差压计之间有导压管，不适于测量脏污介质，也不适于小管径流量测量。为了既保持孔板、喷嘴和文丘里管的各项优点，又摆脱导压管带来的种种不便，在“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”（申请号201110187493.0）中，采用了孔板、喷嘴或文丘里管廓形的中部通孔的动节流元件，在这种流量计中，被测流体对动节流元件的推力是与流体的流量一一对应的。上述流量计采用薄壁厚的弹性膜片或波纹管，耐压能力较弱，不适于被测流体绝对压力较高的测量场合。此外，当中部通孔动节流元件沿轴向位移时，流体作用在动节流元件上的推力不是只由力传感器弹性元件的反弹力平衡，推力的一部分还被弹性膜片或波纹管的反弹力所平衡，而弹性膜片或波纹管的刚度又与被测流体的绝对压力有关，这往往产生附加的误差。最后，上述流量计采用非金属的弹性环带隔离脏污的被测流体，以防止在大于外接管道口径的被测液体可到达的间隙内产生堵塞，而被测流体作用在弹性环带上的压力，则由弹性环带与弹性膜片或波纹管间的平衡液传递，并由弹性膜片或波纹管承压。

发明内容

 由于上述“中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计”的耐压能力较弱，以弹性膜片或波纹管来承压又容易产生附加的测量误差，此外，该流量计的防堵塞机构较复杂，需要在防堵塞机构注入平衡液，制造工艺比较复杂，因此，需要研制一种以流量计刚性耐压壳体来承受被测流体压力且防堵塞机构结构简单的中部通孔动节流元件流量计。

本发明为解决其技术要求所采用的技术方案如下：如说明书附图所示，研制的流量计是一种内置式中部通孔动节流元件流量计，由中部通孔动节流元件、端管、机壳、传感器及防堵塞机构组成，其特征是：中部通孔动节流元件内置在由流量计入口端端管、流量计出口端端管及机壳组成的刚性耐压壳体内，内置的动节流元件将刚性耐压壳体内的空间分隔成两个腔室，即包括动节流元件内部中部通孔在内的内腔室，以及中部通孔动节流元件外表面与刚性耐压壳体间的外腔室；根据被测流体在外腔室中是否有分流，内置式中部通孔动节流元件流量计有两种结构形式：一种结构形式允许流入流量计的被测流体在外腔室中有一个分流，在这种结构形式中，中部通孔动节流元件入口端靠近流量计入口端端管，中部通孔动节流元件出口端靠近流量计出口端端管，动节流元件内孔的轴线与上述两个端管内孔的轴线重合，但动节流元件与上述两个端管均不接触，两个不接触处均为允许内置的动节流元件作轴向微量位移的环形间隙，对于不清洁的被测流体，防堵塞机构是在上述两个环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质，形成的两个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤层才能流进或流出外腔室，防堵塞机构还可以是两个与端管等口径的圆筒状的过滤膜片，每个过滤膜片的两端分别连接动节流元件一端及靠近该端的端管，过滤膜片可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤膜片才能流进或流出外腔室，上述连接关系形成一个流体从流量计入口端端管入口流入，接着流过动节流元件入口端防堵塞机构内孔，再流过动节流元件中部通孔，然后流过动节流元件出口端防堵塞机构内孔，最后从流量计出口端端管出口流出的内腔室流动通道，而被测流体在外腔室的分流是从动节流元件与流量计入口端端管间的防堵塞机构流入，再流过外腔室，然后从动节流元件与流量计出口端端管间的防堵塞机构流出并与内腔室流出的流体汇合，在这种结构形式中，中部通孔动节流元件由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件支承定位在刚性耐压壳体内，并由传动机械机构将被测流体对动节流元件的推力传递到力传感器；另一种结构形式不允许流入流量计的被测流体在外腔室存在分流，这种结构形式需要在中部通孔动节流元件的一端且仅在一端密封配接弹性膜片或波纹管，以阻止被测流体在外腔室形成分流，中部通孔动节流元件入口端靠近流量计入口端端管，中部通孔动节流元件出口端靠近流量计出口端端管，动节流元件内孔的轴线与上述两个端管内孔的轴线重合，但动节流元件与上述两个端管不接触或不直接接触，在其中的不接触处，在动节流元件与靠近该不接触处的端管间留有允许内置的动节流元件作轴向微量位移的环形间隙，该环形间隙还有连通内、外腔室的作用，在另一个不直接接触处，环形弹性膜片的内缘或波纹管的一端密封配接在动节流元件靠近该不直接接触处的一端上，环形弹性膜片的外缘或波纹管的另一端密封连接在靠近该不直接接触处的端管上，上述密封连接使得流量计的内、外腔室虽然是连通的，但被测流体却不能在外腔室中形成分流，在动节流元件一端配接弹性膜片时，弹性膜片还可对动节流元件配接弹性膜片的那一端起支承定位的作用，动节流元件另一端由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件支承定位在刚性耐压壳体内，在动节流元件一端配接波纹管时，波纹管一端与动节流元件该端密封连接，波纹管另一端与靠近动节流元件该端的端管密封连接，动节流元件的两端均由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件支承定位在刚性耐压壳体内，在这种结构形式中，防堵塞机构按如下方式设置，当动节流元件的一端配接的是弹性膜片时，在弹性膜片与其所连接端管间大于端管口径的空隙处，部分或全部填充挠性过滤介质，形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件的轴向移动做同样的轴向伸缩，使得上述空隙大小因动节流元件轴向移动产生微小变化时，被测流体只有经过这个过滤层才能进出上述空隙，而在动节流元件不配接弹性膜片的另一端与靠近该端的端管间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质，形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室，动节流元件一端配接弹性膜片的流量计的防堵塞机构还可以是两个与端管等口径的圆筒状的过滤膜片，每个过滤膜片的两端分别与动节流元件一端及靠近该端的端管连接，过滤膜片可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤膜片才能进出上述两处间隙，当动节流元件的一端配接的是波纹管时，在这个波纹管内部大于波纹管口径的被测液体可到达的各单波的空隙内，部分或全部填充挠性过滤介质，在波纹管每个单波内部都形成一个圆环状的过滤层，各单波过滤层均可跟随波纹管的轴向伸缩做相应的轴向伸缩，使得上述各单波空隙的大小因动节流元件轴向移动产生微小变化时，被测流体只有经过各单波的过滤层才能流进或流出各单波空隙，在动节流元件不配接波纹管的另一端与靠近该端的端管间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质，形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室，动节流元件一端配接波纹管的流量计的防堵塞机构还可以是两个与端管等口径的圆筒状的过滤膜片，一个过滤膜片封闭波纹管中所有单波内部大于波纹管口径的被测液体可到达的空隙，过滤膜片可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过过滤膜片才能进出波纹管上述各单波空隙，另一个过滤膜片的两端分别连接动节流元件不配接波纹管的那一端及靠近该端的端管，过滤膜片可跟随动节流元件的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过过滤膜片才能进出上述环形间隙。采取上述技术措施后，由于弹性膜片或波纹管跟随动节流元件移动所产生的轴向位移很小，被测流体流过挠性过滤介质或过滤膜片的流量也极小，被测流体的错位过滤流动在流过挠性过滤介质或过滤膜片表面时对它们的冲刷又有自净的效果，故挠性过滤介质或过滤膜片的污染轻，因挠性过滤介质或过滤膜片堵塞而使其过滤功能丧失或使弹性膜片及波纹管伸缩失效的周期就很长，可长期维持正常工作。在第二种结构形式中，被测流体对中部通孔动节流元件的推力可由传动机械机构直接传递到力传感器，也可先转换为电容量，再送电容传感器处理。第一种外腔室结构形式适于测量较清洁的流体，此时在外腔室的结构形状设计时，应设法增大其流动阻力，由于流体比较清洁，流过过滤介质或过滤膜片的流体流量又因流动阻力大而比较小，所以过滤介质或过滤膜片不易堵塞，可长期维持正常工作。当测量脏污流体时，应采取第二种外腔室结构形式，由于环形弹性膜片或波纹管随动节流元件移动所产生的轴向位移很小，流进或流出外腔室的流体数量也极少，即被测流体流过过滤介质或过滤膜片的流量极小，而被测流体流过内腔室时，流体的错位过滤流动对过滤层或过滤膜片内孔表面的冲刷又有自净的效果，因此过滤介质或过滤膜片不易堵塞，可在脏污流体环境中长期维持正常工作。

本发明的有益效果是，内置式中部通孔动节流元件流量计在测量中利用节流原理，因而不像涡街流量计那样易受外界测量条件的影响。又由于将文丘里管、喷嘴和孔板作为动节流元件使用，取消了差压式流量计最受诟病的导压管，因而不易堵塞，可测量小管径流量，并可以降低施工难度。与差压式流量计以使用孔板为主不同，内置式中部通孔动节流元件流量计以使用动文丘里管为主，动文丘里管具有流动阻力损失小、使用年限长、精度较高、管道不易堵塞等优点，可应用在小管径及脏污流体的流量测量中。内置式中部通孔动节流元件流量计耐压能力强，弹性膜片两侧或波纹管内外压力基本均衡，弹性膜片或波纹管的刚度不受被测流体绝对压力波动的影响，测量精度较高；且其防堵塞机构极简单，仅需在相应间隙处填充过滤介质或设置过滤膜片。由上述可知，本发明制造工艺简单，性价比高，具有取代差压式流量计及部分小管径的超声波流量计的发展前景。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的结构原理图。

图2是本发明的第二个实施例的结构原理图。

图3是本发明的第三个实施例的结构原理图。

图4是本发明的第四个实施例的结构原理图。

图5是本发明的第五个实施例的结构原理图。

图6是本发明的第六个实施例的结构原理图。

图中1.挠性过滤介质，2.过滤膜片，3.端管，4.中部通孔动节流元件，5.机壳，6.传感器，7.弹性轴封膜片，8.杠杆，9.弹性支承元件，10.第一电容外极板，11.电容内极板，12.第二电容外极板，13.环形弹性膜片，14.差动电容敏感元件输出电缆，15.波纹管。

具体实施方式

在以下六个实施例中，为了减少流动阻力损失和防止污物聚集，中部通孔动节流元件4采用动文丘里管4，在有些应用场合，动文丘里管4也可被替换为动孔板或动喷嘴，而流量计其他部分则保持原结构形式不变。此外，实施例一、二是允许被测流体在外腔室中有分流的结构形式的流量计，适于较清洁流体的测量，而实施例三、四、五、六是不允许被测流体在外腔室中有分流的结构形式的流量计，适于脏污流体的测量。对于本发明来说，由于文丘里管管内外压力处于平衡状态，被测液体的压力是由刚性耐压壳体来承受的，因此，流量计可使用非金属文丘里管或薄壁文丘里管，这一点给该型流量计的设计与制造带来了许多便利。另外，为使文字更简明，在各实施例的附图中，部件位置关系规定：以左侧为前，以右侧为后。

实施例一

在图1的实施方案中，动文丘里管4内置在由前部端管3、后部端管3及机壳5组成的刚性耐压壳体内，动文丘里管4的重量由设置在其两端的两个弹性支承元件9支承，在本实施例及以下各实施例中，弹性支承元件9均采用金属片吊带9，金属片吊带9由很薄的弹性金属片制成，其沿管道轴向的刚度很小，故其变形产生的反弹力也非常小，因而可认为动文丘里管4所受到的推力F只被力传感器6弹性元件的反弹力所平衡。在本实施例及后面各实施例中，弹性支承元件9也可改用悬丝、十字形片簧、车幅式圆簧片及柔性铰链。被测流体绝大部分流过由两个端管3内孔及动文丘里管4内孔组成的内腔室，仅有极小部分流体流过动文丘里管4与刚性耐压壳体间的外腔室。显然，外腔室的流动阻力越大，流过外腔室的流体流量就越小。在图1中，为使流量计原理图更显明，其外腔室形状并未考虑如何增加流动阻力的问题，但在实际设计时，这个问题是必须考虑的。力传感器6通常由弹性元件和位移检测元件两部分组成，弹性元件将被测力转换为弹性元件自由端的对应位移，位移检测元件再将这个位移转换为相应的电信号输出。在动文丘里管4与两个端管3间的两个环形间隙处，填充有挠性过滤介质1，形成两个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动文丘里管4的轴向位移作同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤层才能流进或流出外腔室。挠性过滤介质1可使用海绵状过滤介质或纤维状过滤介质，其挠性指的是该过滤介质在很小的外力作用下，就可以按设计要求改变自己的形状。由于在测量过程中流过这两个过滤层的流量很小，被测流体又比较清洁，所以挠性过滤介质1因堵塞而失效的周期就很长，可长期使用而不必更换。当流体流过动文丘里管4时，流体的流量越大，流体对动文丘里管4的推力也越大，动文丘里管4又通过传动机械机构将这个推力作用在力传感器6上。在本实施例及后面各实施例中，传动机械机构为弹性轴封膜片7与单杠杆8，当然也可以使用弹性轴封膜片7与双杠杆，或者使用弹性轴封膜片7与双杠杆加上矢量机构。最后，力传感器6根据杠杆8传递来的推力大小输出与推力对应（即与流量对应）的电信号。安装在机壳5上的弹性轴封膜片7为杠杆8的支点，弹性轴封膜片7同时还起到密封的作用，使得刚性耐压壳体内的被测流体不会泄漏到壳体外。为避免普通铰链存在摩擦力的弊端，特别是考虑到普通铰链还可能被流体腐蚀，因而在杠杆下端使用的是柔性铰链。

由于流过外腔室的被测流体流量很小，可近似认为被测流体只流过内腔室。因此，被测流体作用在动文丘里管4上的推力与被测流量之间关系的可分析如下：动文丘里管4安置在水平直管道上，这样，研究动文丘里管4前后流体的位能变化时就只需考虑静压能，因此根据流体力学可以得出

      

式中  

、——动文丘里管4前、后流体作用在其上的静压力；

      

——被测流体的重度；

      

——阻力系数，它与动文丘里管4形状，流体粘性等有关；

      ——重力加速度；

      

——流体流过动文丘里管4中部通孔的流速。

显然，

乘以动文丘里管4的有效横截面积A，即得到被测流体作用在动文丘里管4上的推力F。动文丘里管4有效横截面积可按下式计算

式中  

——外接管道内径，也是动文丘里管4的口径；

      

——动文丘里管4中部通孔直径。

动节流元件的有效横截面积直接按其几何尺寸计算是基于以下考虑：与边缘受限的弹性膜片的有效面积的计算不同，动节流元件是整体移动的，有效横截面积不必考虑边缘效应。

因此被测流体对动文丘里管4的推力F为

或  

据上式可得被测体积流量

的表达式

在上式中，当被测流体的各项参数及动文丘里管4几何尺寸已确定后，为常数，因此被测流体的体积流量

与推力F的平方根成正比。但由于

的组成项

不能通过理论推导获得，因此只能通过对流量计进行实验标定的方法来确定值。

实施例二

在图2的实施方案中，可以看出本实施例与图1的实施例一在结构上大体相同，只是在动文丘里管4与两个端管3间的两个环形间隙处，不填充挠性过滤介质1，而是使用了两个与端管3及动文丘里管4等口径的圆筒状的过滤膜片2，每个过滤膜片2的两端分别连接动文丘里管4的一端及靠近该端的端管3，过滤膜片2可跟随动文丘里管4的轴向移动做同样大小的轴向伸缩，保证流体只有经过这两个过滤膜片2才能进出上述两个环形间隙。圆筒状的过滤膜片2可以是普通纤维织物的，也可以是使用膜分离技术的无机微滤膜或有机微滤膜。当使用的是刚性过滤膜片2时，可在圆筒状的刚性过滤膜片2的两端各密封连接一短段的非金属弹性环带，这种圆筒状的组合体可保证其能够跟随波纹管8的轴向伸缩做同样的轴向伸缩。基于与实施例一中同样的理由，过滤膜片2也可长期使用而不必更换。

实施例三

在图3的实施方案中，文丘里管4内置在由前、后部端管3及机壳5组成的刚性耐压壳体内。使用两个圆环状的第一电容外极板10与第二电容外极板12，这两个电容外极板10、12的内缘均与动文丘里管4前端密封连接；同时使用同样大小的圆环状电容内极板11，电容内极板11的外缘与刚性耐压壳体固定连接，上述三个极板构成了一个差动电容敏感元件。使用两个环形弹性膜片13，两个环形弹性膜片13的外缘分别与刚性耐压壳体密封连接，两个环形弹性膜片13的内缘不是直接与动文丘里管4密封连接，而是通过分别与两个电容外极板10、12的外缘密封连接，间接地与动文丘里管4密封连接，上述密封连接阻止了实施例一、二中被测流体经过外腔室的分流。在动文丘里管4后端与后部端管3间留有允许内置的动文丘里管4作轴向微量位移的环形间隙，该环形间隙还有连通内、外腔室的作用。在第一电容外极板10与第二电容外极板12间的密封空间内充满硅油，作为传递压力的介质。第一电容外极板10与第二电容外极板12跟随动文丘里管一起移动，为差动电容敏感元件的动极板，电容内极板11与刚性耐压壳体固定在一起，为差动电容敏感元件的固定极板。当被测流体的流量为零，即差动电容敏感元件前、后两侧的压力相同时，电容内极板11与两个电容外极板之间的距离相等，均为

；当被测流体的流量增大时，动文丘里管4在流体的推动下向后移动，同时两个环形弹性膜片13变形产生反弹力，当反弹力与流体推力平衡时，动文丘里管4停止向后移动。在这个新的平衡位置，电容内极板11与第一电容外极板10的距离近了一个

的距离，相应的，与第二电容外极板12的距离远了一个

的距离；即电容内极板11与第一电容外极板10的电容变大，而电容内极板11与第二电容外极板12的电容变小，实现了差动电容敏感元件输出电容信号的差动变化。

若不考虑边缘电场影响，差动电容敏感元件两个电容

、

可以近似看成是平板电容器，因此，上述电容量变化可用下式表示

式中  

，

——电容

、

介质的介电常数，两个电容中的介质（硅油）相同，故

；

      

，

——电容

的极板面积，制造中使两者相等，即

。

上述差动电容敏感元件输出的差动电容变化由差动电容敏感元件输出电缆14送电容传感器6处理，即可得到与动文丘里管4位移

对应的电信号输出。由于位移

与流体对动文丘里管4的推力对应，该推力与被测流体的流量对应，因此，传感器6的电信号输出就与被测流体的流量相对应。在本实施例中，被测流体对动文丘里管4的推力除了内腔室流体对动文丘里管4的直接推力外，还包括外腔室中差动电容敏感元件前、后两侧静压力差作用在电容极板10、12及环形弹性膜片13上产生的对动文丘里管4的间接推力。流体对动文丘里管4的直接推力计算方法与实施例一中相同，流体对动文丘里管4的间接推力计算方法为差动电容敏感元件前、后两侧静压力差乘上电容极板面积与环形弹性膜片13有效面积之和。

在动文丘里管4与前、后两个端管3之间的两个环形间隙处，填充挠性过滤介质1，形成两个圆环状的过滤层。过滤层可跟随动文丘里管4的前后移动做同样大小的轴向伸缩，保证流体只有经过这两个过滤层才能进出上述两个间隙。在测量过程中，动文丘里管4的前后位移很小，进出上述两个间隙的流量也就很小，同时过滤层的通孔口径与端管3的口径相同，流体的错位过滤流动对过滤层的通孔表面又有清洁作用，所以即使测量赃污流体，挠性过滤介质1因堵塞而失效的周期也很长，可长期使用而不必更换。

由于设在动文丘里管4入口端的两个环形弹性膜片13本身有弹性支承作用，所以只在动文丘里管4出口端设置了金属片吊带9。另外，如果将两个电容外极板10、12密封连接在刚性耐压壳体上，而将电容内极板11固定在动文丘里管4上，两个环形弹性膜片13的内缘密封连接在动文丘里管4上，其外缘密封连接在两个环形电容外极板10、12的内缘上，则电容内极板11是动极板，两个电容外极板10、12为固定极板，可组成另一种结构形式的差动电容敏感元件。在中，流体对动文丘里管4的间接推力的计算方法为差动电容敏感元件前、后两侧静压力差乘上单个环形弹性膜片13的有效面积。因此，这种结构形式的差动电容敏感元件能够产生的间接推力较小。

实施例四

在图4的实施方案中，可以看出本实施方案在结构上大体与图3中的实施例三相同，只是在动文丘里管4与前、后两个端管3之间的两个环形间隙处，不填充挠性过滤介质1，而是使用了两个与端管3相同口径的圆筒状的过滤膜片2，每个过滤膜片2的两端分别连接动文丘里管4的一端及靠近该端的端管3，过滤膜片2可跟随动文丘里管4的轴向移动做同样大小的轴向伸缩，保证流体只有经过这两个过滤膜片2才能进出上述两个环形间隙。基于与实施例三中所述的同样的理由，过滤膜片2也可长期使用而不必更换。

实施例五

本实施例也属于不允许被测流体在外腔室中有分流的结构形式的流量计。在图5的实施方案中，动文丘里管4的前端配接环形弹性膜片13，环形弹性膜片13的内缘与动文丘里管4密封连接，环形弹性膜片13的外缘与刚性耐压壳体密封连接，环形弹性膜片13还可对动文丘里管4前端起支承定位的作用；动文丘里管4的后端由内摩擦力小、轴向反弹力小的金属片吊带9在刚性耐压壳体内支承定位。在动文丘里管4后端与后部端管3间留有允许内置的动文丘里管4作轴向微量位移的环形间隙，该环形间隙还有连通内、外腔室的作用。防堵塞机构按如下方式设置，在环形弹性膜片13与前部端管间大于端管口径的空隙处，部分或全部填充挠性过滤介质1，形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动文丘里管4的前后移动做同样大小的轴向伸缩，使得上述空隙大小因动文丘里管4前后移动产生微小变化时，被测流体只有经过这个过滤层才能进出上述空隙；而在动文丘里管4后端与后部端管3间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质1，形成一个圆环状的过滤层，过滤层也可跟随动文丘里管4的前后位移做同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室。本实施例中的防堵塞机构还可以采用与图5不同的方式，即不使用挠性过滤介质1，而使用两个与端管等口径的圆筒状的过滤膜片2，每个过滤膜片2的两端分别与动文丘里管4一端及靠近该端的端管连接，每个过滤膜片2均可跟随动文丘里管4的前后位移做同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤膜片2才能进出上述两处间隙。因为这种与图5不同的防堵塞机构的结构可参考实施例二附图2及实施例四附图4的对应连接方式，为节省篇幅，就没有再专门附图。

在本实施例中，被测流体对动文丘里管4的推力除了内腔室流体对动文丘里管4的直接推力外，还包括外腔室中环形弹性膜片13前、后两侧静压力差作用在环形弹性膜片13上产生的对动文丘里管4的间接推力。流体对动文丘里管4的直接推力计算方法与实施例一中相同，流体对动文丘里管4的间接推力计算方法为环形弹性膜片13前、后两侧静压力差乘上环形弹性膜片13有效面积。当流体流过动文丘里管4时，流体的流量越大，流体对动文丘里管4的推力也越大，动文丘里管4又通过杠杆8将这个推力作用在力传感器6上，力传感器6根据推力大小输出与推力对应（即与流量对应）的电信号。安装在机壳5上的弹性轴封膜片7为杠杆8的支点，弹性轴封膜片7同时还起到密封的作用，在杠杆下端使用的是内摩擦力极小的柔性铰链。

本实施例中，由于金属片吊带9的反弹力可忽略不计，流体对动文丘里管4的推力F可认为仅被弹性膜片13的反弹力与力传感器6弹性元件的反弹力所平衡。若文丘里管4在推力F的作用下产生位移

，则在弹性膜片13与力传感器6弹性元件上分别产生

与

大小的反弹力，其中

。由上述可得

，

`

式中 

——弹性膜片13的刚度；

     

——力传感器6弹性元件的刚度。

并且，

如果弹性膜片13的刚度

与力传感器6弹性元件的刚度

为常数，则力传感器6通过调量程的方式，将弹性膜片13的刚度

与力传感器6弹性元件的刚度

归并到一起，也就是力传感器6中的位移检测元件将弹性元件的刚度按进行后续的放大处理。这样，就可以通过测量位移

，准确测得被测流体流量的大小。通过有限元分析可知，若薄壁厚的弹性膜片13仅在单侧承受被测流体压力，则其变形明显，并且在被测流体压力波动时，弹性膜片13的变形程度也要跟着压力一起变化，使得其刚度也跟着变化，从而产生测量误差。但在本实施例中，弹性膜片13前、后两侧均承受被测流体压力，由于两侧压力相差不多，压力虽大，但绝大部分压力被相互平衡，很小的压力差仅能使弹性膜片13产生微不足道的变形，这个变形比弹性膜片13仅在单侧承受流体压力所产生的变形要小得多，这个变形对弹性膜片13刚度的影响也就小得可以忽略不计，可认为弹性膜片13的刚度在测量过程中保持不变，即

。因此，使用弹性膜片13前、后两侧均承受被测流体压力的结构设计，流量计的测量精度就可基本上不受被测流体压力波动的影响。 

从图5的实施方案还可以看出，本实施例在原理上与靶式流量计基本相同，在结构上也并不复杂，但却具有流量计的流动阻力小得多，且可以测量小管径流体流量等优点。

实施例六

本实施例同样属于不允许被测流体在外腔室中有分流的结构形式的流量计。在图6的实施方案中，在动文丘里管4前端配接一个波纹管15，波纹管15后端与动文丘里管4前端密封连接，波纹管15前端与前部端管3密封连接，在动文丘里管4后端与后部端管3间留有允许内置的动文丘里管4作轴向微量位移的环形间隙，该环形间隙还有连通内、外腔室的作用。动文丘里管4的前、后端均由内摩擦力小、轴向反弹力小的金属片吊带9支承定位在刚性耐压壳体内。防堵塞机构按如下方式设置，在这个波纹管15内部大于波纹管15口径的被测液体可到达的各单波的空隙内，部分或全部填充挠性过滤介质1，在波纹管15每个单波内部都形成一个圆环状的过滤层，每个单波过滤层均可跟随动文丘里管4的前后移动做相应的轴向伸缩，使得上述各单波空隙的大小因动文丘里管4前后移动产生微小变化时，被测流体只有经过各单波过滤层才能进出各单波空隙，在动文丘里管4后端与后部端管3间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质1，形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动文丘里管4的前后位移做同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室，本实施例中的防堵塞机构还可以采用与图6不同的方式，即不使用挠性过滤介质1，而使用两个与端管3等口径的圆筒状的过滤膜片2，一个过滤膜片2封闭波纹管15中所有单波内部大于波纹管15口径的被测流体可到达的空隙，过滤膜片2可跟随动文丘里管4的前后位移做同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤膜片2才能进出波纹管15的上述各单波空隙，另一个过滤膜片2的两端分别与动文丘里管4后端及后部端管3连接，过滤膜片2可跟随动文丘里管4的前后位移做同样大小的轴向伸缩，使得被测流体只有经过过滤膜片2才能流进或流出外腔室。

在本实施例中，被测流体对动文丘里管4的推力只有内腔室流体的流动对动文丘里管4的推力，这个推力的计算方法与实施例一中相同。当流体流过动文丘里管4时，流体的流量越大，流体对动文丘里管4的推力也越大，动文丘里管4又通过杠杆8将这个推力作用在力传感器6上，力传感器6根据推力大小输出与推力对应（即与流量对应）的电信号。安装在机壳5上的弹性轴封膜片7为杠杆8的支点，弹性轴封膜片7同时还起到密封的作用，在杠杆下端使用的是内摩擦力极小的柔性铰链。

本实施例中，由于金属片吊带9的反弹力可忽略不计，流体对动文丘里管4的推力可认为仅被波纹管15的反弹力与力传感器6弹性元件的反弹力所平衡。如果波纹管15的刚度

与力传感器6弹性元件的刚度

为常数，则力传感器6通过调量程的方式，将波纹管15的刚度与力传感器6弹性元件的刚度

归并到一起，就可以通过测量位移

，准确测得被测流体流量的大小。由于被测流体压力同时作用在波纹管15内外两侧，与实施例五中的分析相同，是可以认为波纹管15的刚度

不随被测流体压力波动而变化的。 

Claims (1)

1.一种内置式中部通孔动节流元件流量计，由中部通孔动节流元件（4）、端管（3）、机壳（5）、传感器（6）及防堵塞机构（1、2）组成，其特征是：中部通孔动节流元件（4）内置在由流量计入口端端管（3）、流量计出口端端管（3）及机壳（5）组成的刚性耐压壳体内，内置的动节流元件（4）将刚性耐压壳体内的空间分隔成两个腔室，即包括动节流元件（4）内部中部通孔在内的内腔室，以及中部通孔动节流元件（4）外表面与刚性耐压壳体间的外腔室；根据被测流体在外腔室中是否有分流，内置式中部通孔动节流元件流量计有两种结构形式：一种结构形式允许流入流量计的被测流体在外腔室中有一个分流，在这种结构形式中，中部通孔动节流元件（4）入口端靠近流量计入口端端管（3），中部通孔动节流元件（4）出口端靠近流量计出口端端管（3），动节流元件（4）内孔的轴线与上述两个端管（3）内孔的轴线重合，但动节流元件（4）与上述两个端管（3）均不接触，两个不接触处均为允许内置的动节流元件（4）作轴向微量位移的环形间隙，对于不清洁的被测流体，防堵塞机构是在上述两个环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质（1），形成的两个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤层才能流进或流出外腔室，防堵塞机构还可以是两个与端管（3）等口径的圆筒状的过滤膜片（2），每个过滤膜片（2）的两端分别连接动节流元件（4）一端及靠近该端的端管（3），过滤膜片（2）可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤膜片（2）才能流进或流出外腔室，上述连接关系形成一个流体从流量计入口端端管（3）入口流入，接着流过动节流元件（4）入口端防堵塞机构内孔，再流过动节流元件（4）中部通孔，然后流过动节流元件（4）出口端防堵塞机构内孔，最后从流量计出口端端管（3）出口流出的内腔室流动通道，而被测流体在外腔室的分流是从动节流元件（4）与流量计入口端端管（3）间的防堵塞机构流入，再流过外腔室，然后从动节流元件（4）与流量计出口端端管（3）间的防堵塞机构流出并与内腔室流出的流体汇合，在这种结构形式中，中部通孔动节流元件（4）由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件（9）支承定位在刚性耐压壳体内，并由机械机构将被测流体对动节流元件（4）的推力传递到力传感器（6）；另一种结构形式不允许流入流量计的被测流体在外腔室存在分流，这种结构形式需要在中部通孔动节流元件（4）的一端且仅在一端密封配接弹性膜片（13）或波纹管（15），以阻止被测流体在外腔室形成分流，中部通孔动节流元件（4）入口端靠近流量计入口端端管（3），中部通孔动节流元件（4）出口端靠近流量计出口端端管（3），动节流元件（4）内孔的轴线与上述两个端管（3）内孔的轴线重合，但动节流元件（4）与上述两个端管（3）均不接触或不直接接触，在其中的不接触处，在动节流元件（4）与靠近该不接触处的端管间留有允许内置的动节流元件（4）作轴向微量位移的环形间隙，该环形间隙还有连通内、外腔室的作用，在另一个不直接接触处，环形弹性膜片（13）的内缘或波纹管（15）的一端密封配接在动节流元件（4）靠近该不直接接触处的一端上，环形弹性膜片（13）的外缘或波纹管（15）的另一端密封连接在靠近该不直接接触处的端管（3）上，上述密封连接使得流量计的内、外腔室虽然是连通的，但被测流体却不能在外腔室中形成分流，在动节流元件（4）一端配接弹性膜片（13）时，弹性膜片（13）还可对动节流元件（4）配接弹性膜片（13）的那一端起支承定位的作用，动节流元件（4）另一端由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件（9）支承定位在刚性耐压壳体内，在动节流元件（4）一端配接波纹管（15）时，波纹管（15）一端与动节流元件（4）该端密封连接，波纹管（15）另一端与靠近动节流元件（4）该端的端管（3）密封连接，动节流元件（4）的两端均由无外摩擦力、内摩擦力小、轴向反弹力小的弹性支承元件（9）支承定位在刚性耐压壳体内，在这种结构形式中，防堵塞机构按如下方式设置，当动节流元件（4）的一端配接的是弹性膜片（13）时，在弹性膜片（13）与其所连接端管（3）间大于端管（3）口径的空隙处，部分或全部填充挠性过滤介质（1），形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件（4）的轴向移动做同样的轴向伸缩，使得在上述空隙大小因动节流元件（4）轴向移动产生微小变化时，被测流体只有经过这个过滤层才能进出上述空隙，而在动节流元件（4）不配接弹性膜片（13）的另一端与靠近该端的端管（3）间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质（1），形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室，动节流元件（4）一端配接弹性膜片（13）的流量计的防堵塞机构还可以是两个与端管（3）等口径的圆筒状的过滤膜片（2），每个过滤膜片（2）的两端分别与动节流元件（4）一端及靠近该端的端管（3）连接，过滤膜片（2）可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这两个过滤膜片（2）才能流进或流出弹性膜片（13）处的空隙及外腔室，当动节流元件（4）的一端配接的是波纹管（15）时，在这个波纹管（15）内部大于波纹管（15）口径的被测流体可到达的各单波的空隙内，部分或全部填充挠性过滤介质（1），在波纹管（15）每个单波内部都形成一个圆环状的过滤层，各单波过滤层均可跟随波纹管（15）的轴向伸缩做相应轴向伸缩，使得上述各单波空隙的大小因动节流元件（4）轴向移动产生微小变化时，被测流体只有经过各单波的过滤层才能流进或流出各单波空隙，在动节流元件（4）不配接波纹管（15）的另一端与靠近该端的端管（3）间的环形间隙内，部分或全部填充挠性过滤介质（1），形成一个圆环状的过滤层，过滤层可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过这个过滤层才能流进或流出外腔室，动节流元件（4）一端配接波纹管（15）的流量计的防堵塞机构还可以是两个与端管（3）等口径的圆筒状的过滤膜片，一个过滤膜片（2）封闭波纹管（15）中所有单波内部大于波纹管（15）口径的被测流体可到达的空隙，过滤膜片（2）可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过过滤膜片（2）才能进出波纹管（15）上述各单波空隙，另一个过滤膜片（2）的两端分别连接动节流元件（4）不配接波纹管（15）的那一端及靠近该端的端管（3），过滤膜片（2）可跟随动节流元件（4）的轴向位移做同样的轴向伸缩，使得被测流体只有经过过滤膜片（2）才能进出上述环形间隙。

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