CN104316117B - 一种流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流量测量装置，该装置主要包括导流段和测量段，其中流体流动管道、导流段管道(6)、测量段管道(7)和流体流动管道从左到右顺次连接，其特征在于，导流段管道(6)内有沿流体运动方向均匀排布的导流管(3)，测量段有一个间接读数测量单元，测量部件为毕托管(4)和压差计(5)，毕托管(4)的一端置于测量段管道内，口径方向对着流体的流动方向，另一端竖直向上穿出测量段管道的圆周并固定，穿出测量段管道(7)的毕托管(4)的一端与压差计(5)相连。本发明的导流作用可以有效改善流体的速度剖面，使其更加均匀，解决了流量计测量对测量位置敏感的问题，同时本装置成本低廉，安装方便，测量精度高。

Description

一种流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，尤其是一种测量管道中流体的流体流量的装置，属于流量检测技术领域。

背景技术

基于毕托管测量原理的流量计通常被运用于管道中流体流量的测量。测量时，毕托管测量端口径正对来流，其内部有流体通路与毕托管上部一端相通，管侧有多个开口，其内部也有流体通路与毕托管上部另一端相通，通过毕托管上部两端的压强差即可由公式计算得到管道中流体的流速，进而求得流体的流量，其中CP为测量装置系数，理想状态下CP取1。但是，流体在管道内的流动由于受管壁粘滞阻力的影响，其速度剖面并不均匀；而且测量一般应在流动充分发展段进行，然而在现场条件受限制的情况下往往没有足够的长度(管长/管径＞20)使流体流动达到充分发展。基于以上问题，测量时毕托管开口在管道中的位置非常关键，测量结果对测点位置十分敏感。另一方面，压差测量的误差会传递到流速的计算中，特别是当压差较小时，测量误差将会变得不可忽略，流速的计算结果会显著偏离真值。这些都在很大程度上降低了基于毕托管测量原理的流量计的测量精度。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种流量测量装置，改善传统的基于毕托管原理的流量计测量结果对测点位置的敏感性、测量精度低的缺陷。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种流量测量装置，包括导流段和测量段；其中，所述导流段包括导流段管道和若干管径相同的导流管，所述若干导流管沿流体流动方向水平设置在导流段管道内；所述测量段包括测量管道、毕托管以及压差计，所述测量管道的一端连接导流管的一端，所述毕托管固定在测量管道内并连接设置在测量管道外部的压差计，所述毕托管的测量端口径水平正对导流管。

进一步的，该装置还包括连接所述导流段管道另一端的第一变径管，以及连接所述测量管道另一端的第二变径管，所述第一变径管和第二变径管的小端直径为大端直径的一半。

进一步的，所述若干导流管通过管壁间相互挤压产生的静摩擦力固定于导流段管道内。

有益效果：本发明提供的流量测量装置成本低廉，安装方便，无论在流动起始段还是充分发展段，所测流体速度剖面均匀，有效改善了流量测量结果受测点位置影响大且局限于管流充分发展段测量的缺陷，扩大了流量测量装置的应用范围；同时变径管的加速效果使毕托管测量的压差增大，使得流速计算误差显著减小，提高了测量精度；多个导流管通过管壁间相互挤压产生的静摩擦力固定于导流段管道内，不需要通过其他部件固定导流管的位置，不影响流体流速。

附图说明

图1是本发明流量测量装置连接于管道中的安装结构示意图；

图2是内含导流管的导流段管道的截面图；

图3是实施例中管内流动速度剖面图；

其中，11-第一变径管、12-第二变径管、2-法兰、3-导流管、4-毕托管、41-毕托管的测量端口径、5-压差计、6-导流段管道、7-测量段管道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种流量测量装置，包括导流段、测量段以及两个变径管。其中，导流段包括导流段管道6和若干导流管3，若干导流管3为管径均相同的长直圆形截面管。若干导流管3沿流体流动方向水平设置在导流段管道6内，若干导流管3均匀排布，并通过管壁间相互挤压产生的静摩擦力固定于导流段管道6内，如图2所示。测量段包括测量段管道7、毕托管4以及压差计5，测量段管道7与导流段管道6的管径相同，测量段管道7的一端通过法兰连接导流管3的一端，即测量段管道7的上游端连接导流段管道6的下游端。毕托管4固定在测量段管道7内并连接设置在测量段管道7外部的压差计5，构成间接读数测量单元；具体为：毕托管4的测量端口径41水平正对导流管3，毕托管4的另一端竖直支架向上穿出测量段管道7的顶部管壁，并和顶部管壁密封且固定连接，穿出测量段管道7的毕托管的一端与压差计相连。导流段管道6另一端即其上游端通过法兰连接第一变径管11的小端，测量段管道7另一端即其下游端通过法兰连接第二变径管12的小端。第一变径管11和第二变径管12的尺寸相同，其小端直径为大端直径的一半。

流量测量装置使用时，第一变径管11的大端作为测量装置的流体输入端，通过法兰连接流体流动管道，第二变径管12的大端作为测量装置的输出端连接另一段流体流动管道，确保测量段管道7与导流段管道6的管径小于流体流动管道的管径。流体通过第一变径管11加速并流入导流段管道6中的导流管3，形成速度剖面相同的多股流体，之后流入测量段管道7，合并形成具有均匀速度剖面的流动；该流动通过毕托管4连接的压差计5读出压差，从而能够计算得出测量段管道7内流体的流量。

由于均匀的流动速度剖面，使得毕托管4测量端口径41位置不必严格控制在管道轴线上，降低了安装难度并提高了测量精度。同时，无论在流动的起始段和充分发展段均能形成均匀的速度剖面，毕托管4的测量位置也不必局限于流动充分发展段，扩大了测量装置的应用范围。此外，第一变径管1的引入提高了流入导流段管道6和测量段管道7的流体的流速，使得毕托管测得的压差增大，计算误差随之显著减小，避免了测量误差对所得结果产生较大影响，提高了测量的准确性和可靠性。

下面结合数值模拟结果与误差计算分析，就某一具体工况进行说明。

本工况中，需要测量一管径为200mm的管道内空气的体积流量，所述的流量测量装置按如上所述接入被测管道。导流段管道6及测量段管道7管径为100mm。管内流动状态以雷诺数Re＝2200为临近点，且在实际应用中，管道内流体的流动以湍流为主。在1atm，20℃条件下当来流速度为2.5m/s时，管内流动雷诺数Re为32000，远大于2200，因此为充分湍流。图3为通过数值模拟得出的流动起始段和充分发展段管内流体流动速度剖面图，图3中A、B工况为接入变径管1但没有导流管3进行导流；图3中C、D为接入变径管1且有导流管3导流。根据质量守恒，当来流速度为2.5m/s时，经过变径管1后(直径缩小一半)，在测量段管道7内理论流速应为10m/s，通过图中对比可以发现，当有导流管3时，管内同一截面上各点速度几乎都处于10m/s速度线上；而没有导流管3时，管内同一截面上各点速度值差异较大。可以看出，本发明的导流作用可以有效改善流动的速度剖面，使其更加均匀，且无论在流动起始段还是充分发展段都能应用，扩大了使用范围。

根据基于压差的测速原理，C_P为测量装置系数，理想状态下C_P取1。对于普通流量计，若压差测量的误差为±1Pa，在1atm及20℃条件下，不同流速下实测值和精确值的对比如表1所示：

表1

从表中可以看出，流速越大，相应所测得的压差也越大。但由于压力和流速的平方成线性关系，当测量误差一定时，更大的压差测量值能减小流速计算的误差，当所测压差值大于50Pa时，流速计算误差降至0.98％，精确度显著提高。在本实施例中，假设的来流速度为2.5m/s，经过变径管1(直径缩小一半)加速的空气流速已达10m/s，若压差测量误差依然为±1Pa，则根据表1数据可以推测实际流速的计算误差小于1％，显著提高了流量的测量精度。

此外，非理想状态下，C_P取值不为1，其值对理想状态下的测量值进行修正。对于不同的测量装置尺寸、测量工况等有不同的C_P取值。C_P值由实验给出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种流量测量装置，其特征在于：包括导流段和测量段；其中，所述导流段包括导流段管道（6）和若干管径相同的导流管（3），所述若干导流管（3）沿流体流动方向水平设置在导流段管道（6）内；所述测量段包括测量段管道（7）、毕托管（4）以及压差计（5），所述测量段管道（7）的一端连接导流管（3）的一端，所述毕托管（4）固定在测量段管道（7）内并连接设置在测量段管道（7）外部的压差计（5），所述毕托管（4）的测量端口径（41）水平正对导流管（3）；该装置还包括连接所述导流段管道（6）另一端的第一变径管（11），以及连接所述测量段管道（7）另一端的第二变径管（12），所述第一变径管（11）和第二变径管（12）的小端直径为大端直径的一半；所述若干导流管（3）通过管壁间相互挤压产生的静摩擦力固定于导流段管道（6）内。