CN1038160A - 测量流体流量的装置 - Google Patents

Abstract

一种流体流量的测量装置，它包括一个使被测流 体流过的管子，在管内选定的位置片改变温度的装 置，以及在选定位置的上游和下游位置测量温度的探 测器，以及由测得的温度值来确定流体流率的装置。 管子被固着于或者嵌入一传热材料层中，该材料适于 将热量沿着基本上垂直于管子的方向从一部分传到 另一部分，或者传到与管子隔开的一个导热体。

Description

本发明涉及一种测量流体流量的装置，它包括一个可导引被测流体的贯通管，用于改变在该管上某选定位置处温度的一些装置和一些探测器用以测量选定位置上游某处及其下游某处的温度，以及根据测得的温度值确定介质流量的装置，或者将测得的温度值提供给单独的测量装置的装置。

美国专利3，650，151公开了一种这样类型的流量计，它专用于测定气体的流量。公知的流量计工作所依据的基础在于，在无流体流通时，在选定位置处所产生的温度变化原则上沿着管子是稳定的且相等，而在相反的情况下，在所说位置对称排布的两个区域将产生温度梯度，表现为在气体通流影响下，管内温度分布的漂移，而漂移的程度表示为流量。

现有的流量计不适于测量液体的流量，或者很难测量液体的流量。鉴于液体与气体或蒸汽相比，其热容量较大，所以已知流量计只能在不太高流量情况下起作用，甚至在这种情况下也不够好。有时流量还受到流量计本身结构的限制，例如在被测流量的较大管道上的小截面支管里，这种支管中的流量比主干管道的要小到一个可被计算的程度。而且，由于液体中空气或蒸汽泡、分路与主干管道中的内摩擦不一样等的存在，以致常常出现故障。

当液体或蒸汽的流量小到诸如每小时几个立方厘米数量级时，公知的流量计就不适用了。

本发明的目的在于提供一种克服了上述缺点的可适用于测量液体和气体的流量计，利用前述这类流量计可达到该予期目的，其中管子被固着于或者嵌入一导热材料层中，该材料适宜于将热量基本上沿着垂直于管子的方向从一部分传到另一部分，或者传到与管子隔开的一个导热体。

在以下对本发明的说明中，为方便起见假设在管内选定位置处的温度因管子在该处得到了适当方式的加热而被升高，另外，本发明的技术也可用于管子在选定位置处被冷却的装置。最为相关的特点在于，一方面在管子的始端与末端之间应该有一个温度差，另一方面，应有一个选定的位置。

与现有装置不同，本发明所提供的如上述的装置中，在对应于温度变化的位置对称配置的上述区段上产生相等且相反的垂直于管道的热流，并且与管内介质的流率成正比。

在本发明的装置中，在传热材料之中或其上装着管子，以确保热量从管子的选定位置下游部分传到其上游部分。在理想情况下，稳态流体温度分布基本上沿直线自管子始端向热点（选定的位置）延伸，之后再沿着同样的直线降低直到端部。而当液体通过管子时，温度分布相对于理想情况的分布将稍有偏移，不过由于热流基本上垂直于管子穿过传热材料层，所以其基本上依然是直线。而偏移的程度表示为流率。

在本发明装置的最佳实施例中，管子呈U型且在U型的两立柱之间有传热材料，这时U型管的底部被选作为改变温度的选定位置。

当流体流过管子时，因已建立起了温度差，就不再保持与理想情况相同的情况了。这首先表现在基本上呈线性的热量分布的两端，由于管内流动本身使得在两端所吸收的热量不再完全等于所放出的热量了，使温度分布的线性在端部受到了影响，这个问题在本发明的最佳实施例中被回避了。其特征在于高导热率材料的导管平行于管道或管道的主要部分并被分开配置着，而且与导热材料层相连接。

这种传热导管或管线的工作是很容易被理解的。不断地有热流自管子的被加热位置经所说的管线传到两端。这股热流比起通过传热材料层与管子本身平行的热流相比要大得多。当在长度dx上所吸收的热量不等于所放出的热量时，就意味着沿X方向产生了热传导（X方向与管子平行，Y方向与管子垂直），其实质上是由管线提供的。鉴于管线的良好的导热性，在流体流动的情况下，传热材料层中央的温度分布很少变化。沿着Y方向传导并不因管线的附加而改变，所以这不会影响被测的温度差。

与此相适应的是本发明的装置中，炔牧喜憔哂薪鹗舯∑男问健?

本装置的一个实施例可包括一个带有金属薄片（如薄铜片）的U型金属弯管（如不锈钢管），金属薄片在U型管的两立柱之间延伸，并附着在两立柱上（如，利用焊接等等），而U型管两立柱的中间，有一条良导热体的丝或带（如铜丝或铜带），其固着在平行于两立柱延伸的金属薄片上。此外，在这个带U型弯管的实施例中，U型管的底部可相应地固着在一个金属部件里（如铜块），然后在这个块里插入一个晶体三极管作为加热元件。

现在将通过举例并参照附图来描述本发明的一些实施例，其中，

图1是本发明装置的一个实施例的俯视图;

图2是无流动的理想情况下的温度分布图;

图3表示有流动时理想情况下的温度分布图;

图4是类似于图1所示的本发明装置的另一个实施例;

图5a及5b为沿图4V-V剖线所取的两种变型的剖面图;

图6表示另一个实施例

图7及图8为再一个实施例的俯视图和侧视图。

在这些图中，凡相同的部分或相类似的部分，均使用了相同的参考标号。

图1所示的装置包括弯成U型的管1，构成用于流体，如液体或气体的传输导管部件。U型管的两端2和3固定在部件4上，并与结合管1的传输系统相连。可以假定，工作时部件4将具有邻接系统的温度，这个温度称为T。

U型弯管1连同U字的底部一起被嵌入部件5中，部件5进而还提供了相应的装置6，其用以提高部件5的温度，于是U型管1的底部温度达T₁值。

在U字底部的每一侧，在同管相隔离开的两个对称位置处，把温度探测器7和8固定到管1上，利用其来测量管1在该处的温度。并通过相应的导线装置，传给处理装置（未画出）。

沿部件4和5之间的空间的整个长度，把管1固定于金属薄片9上。

图4表示本发明的又一个实施例，它与图1所示实施例的差别仅在于，在管1的U字两立柱正中间并与两立柱平行的一金属丝或金属带10被附着在薄片9上。该金属线具有前述的导线（guide    line）功能。

图5a和5b表示图4所示装置的过V-V剖线的两种变型的剖面图。在图5a所示的变型中，管1嵌入金属薄片9，金属丝10在两个管段之正中间延伸着。图5b所示的变型中，金属薄片9成拱形，金属丝10或者金属带10嵌于拱顶，不过金属带10到U型管的每一立柱的距离相等。

图1或图4所示的相适宜的实施例包括一个如不锈钢的管子，其从部件4到U型管的底部所具有的长度大约为6厘米，管子的直径约为1毫米，壁厚0.1毫米。当金属薄片使用比如0.1毫米的铜片而且使用了如图4所示的导线时，大约为3毫米的铜线是适宜的。部件5适宜为一个铜块，管子和导线对薄片以及管子对部件的固着可以用焊接来完成。

适宜的传感器7和8是兰宝石上带有铂的正温度元件（pt·elements）。热交换柱或半导体装置也可作为传感器用。

部件4与部件5之间的温度差可由适宜的装置6，诸如电阻元件或功率晶体管，通过加热部件6来建立。部件5也可以通过例如一个珀尔帖元件而被冷却。在部件4和5上，可以提供一些温度传感器（未画出）用来控制装置6的工作。

图2表示图1和4所示的装置，在处于无流动通过管子的状态下，装置横截面的温度分布。这个分布是自T₀值（部件4的温度）向T₁值（部件5的温度）延伸的一条直线。在X_m处提供探测器7和8。

图3表示有介质流通过管1时的温度分布图。断开线表示沿U型管1进流立柱（线11）与沿出流立柱（线12）的差异。由于有金属薄片9，线11和12沿其长度的主要部分基本上是线性的。通过使用导线10来提高线性度。由传感器7和8在X_m处所测的温度呈现一个温度差△TY，在过流情况下，该温度差与流率成正比。

图6表示本发明装置的另一实施例，它包括一个与一传输系统（未画出）相结合的直管13。结合处14及15之间的管子13为系统的空白区（Clear），在结合处14，15那里，管子13将具有环境系统16的温度T₀。在14，15端处的正中间，管13附着于部件17，其可与图1及图4所示装置的部件5相类似。在部件17上还提供了适当的加热装置或致冷装置（未画出），以便对该部件及管子供给温度T₁。

管子13附着于薄片18上，薄片在部件17的两边向管子13的端部14和15延伸。同管13隔开的并且平行于管13的导线19附着于金属薄片18上。在部件17两边的对称位置处，把温度传感器20、21固定在管子13上。

在该实施例中，由于金属薄片18及导线19的缘故，管子13在部件17的上游和下游这两部分的温度变化基本上为直线，而且即使有流体通流时仍然基本上维持直线，不过当有流体通流时，部件17的上游和下游的温度线彼此间相对地也还具有偏移。偏移的程度表示为流率。

以上所描述的本发明装置的实施例尤其适用于做液体流量计。当专门用于气体时，将可能产生热滞后现象。当流率较高时，因为流体具有有限的导热率，所以就会产生明显的热滞后，从管子中央传热到管壁需要时间，反之亦然。为了解决这个热滞后问题。本发明装置的管子可以是螺旋管形的，这种实施例如图7和8所示。

所示的实施例中，包括螺旋管22，其也呈U型。U型螺旋管22的U字的底部装在部件5上，而U字的两立柱的顶部装在部件4上。U字的立柱与导管25和26相连接，管子22通过导管25、26与传输管道系统相结合。像功率晶体管这种加热元件6被装在部件5上。

螺旋管22的两立柱与波纹薄片24固接，两立柱正中间的薄片24上固定有导线23，并也以平行关系被螺旋化。管子22与导线23之间的距离，在任何一点都是相同的。

本实施例的工作与图4所示的实施例的工作相同。正如前面参照图2及图3所说明的那样。

Claims (6)

1、一种测量流体流量的装置，它包括一个引导被测流体通过的管子，用于改变在管子选定位置处温度的装置和用于测量被选定位置的上游某处及下游某处温度的探测器，以及根据所测得的温度值来确定流体流率的装置，其特征在于：管子被固着于或者嵌入一传热材料层中，该材料适于将热量沿着基本上垂直于管子的方向从一部分传到另一部分，或者传到与管子隔开的一个导热体。

2、一种如权利要求1所述的装置，其特征在于：所说的管子呈U型，而且传热材料被提供于U字两立柱之间，而且选定U字的底部作为改变温度的选定位置。

3、一种如权利要求1至2所述的装置，其特征在于：高导热率材料的导管按平行于管子或管子的主要部分被分隔开配置，并与该导热材料层相连接。

4、一种如权利要求1至3所述的装置，其特征在于：传热材料层具有金属薄片的形状。

5、一种如权利要求1所述的装置，其特征在于：管子是弯成U型的金属管，具有U字的两立柱之间延伸着一个金属薄片，而且所说的两立柱被固着在薄片的上面，U字两立柱的正中间平行于所说的管立柱把一根良导热体的金属丝或金属带固着在金属薄片上。

6、一种如权利要求2所述的装置，其特征在于：其中U型管的弯曲底部分固着到一个金属部件上，在其上还提供了一个晶体三极管作为加热材料。