CN104330134A - 一种管道流量动态校准系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管道流量动态校准系统，所述管道包含主管道和副管道，包含压差传感器、流量计、双喷嘴挡板阀以及第一～第三节流孔，主管道内从其入口至出口依次设有前述第一节流孔、流量计和第二节流孔，压差传感器分别与第一节流孔两端的管道连通，双喷嘴挡板阀的上喷嘴的末端连通流量计与第二节流孔之间的管道，副管道的一端与主管道的入口连通，其另一端与双喷嘴挡板阀的下喷嘴的末端连通，副管道内设有第三节流孔，双喷嘴挡板阀的挡板上设有驱动机构，驱动挡板在上、下喷嘴之间移动，从而产生激励。本发明解决了动态校准中流量计的自身响应时间和动态激励的作动机构的弛豫时间不匹配的问题。

Description

一种管道流量动态校准系统

技术领域

本发明涉及流量计校准装置，特别涉及了一种管道流量动态校准系统。

背景技术

在化工、食品、医疗、工程机械、武器装备与航空航天等诸多领域，非稳态流量问题不可避免。通过对美国人J.Gray提出的涡轮流量计动态模型作适当简化之后，可将其变为以下的动态方程：

$K_s{Q}^2-\mathrm{Q\ω}=K_d\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}$

式中的K_s是稳态仪表系数，K_d是动态仪表系数。经过长期的使用，受流体介质与环境变化、涡轮叶片腐蚀和轴承磨损等因素的综合影响，涡轮流量计的仪表系数会发生变化，使测量结果出现较大误差，影响流量计测量结果的可信度，因此使用中需定期对流量计进行校准，检测并确认稳态与动态仪表系数的变化，这对于保持流量计的使用性能与验明测量结果的有效性意义重大。

稳态校准针对的即为稳态仪表系数K_s，动态校准针对的即为动态仪表系数K_d。已公开有体积法、称重法等多种方法均能满足稳态校准要求，然而，针对动态校准的技术需要，鲜有可行的系统方法公开并应用。动态校准的基本方法是用非稳态流去激励涡轮流量计。特别是对于动态性能好的流量计，如涡轮流量计的涡轮叶片质量轻，惯性小，其应对流量阶跃响应的时间常数仅为十到几十毫秒数量级，因此快速有效地产生非稳态的激励流是动态校准系统设计的主要难点。

目前可见的一种典型方法是采用电磁驱动的顶针机构，即用一根直径很小但刚性很大的顶针插入或抽离涡轮叶片空当，控制叶片的转动，以达到快速激励的目的。但这种方法也存在结构复杂、设备体积庞大的问题，动作过程中易对管道内液体流动产生一定的干扰，对涡轮叶片有一定的损伤，影响流量计的使用寿命。

发明内容

为了解决背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种管道流量动态校准系统，从而解决动态校准中流量计的自身响应时间和动态激励的作动机构的弛豫时间不匹配的问题。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种管道流量动态校准系统，该系统应用于管道上，管道包含主管道和副管道，包含压差传感器、流量计、双喷嘴挡板阀以及第一～第三节流孔，所述主管道内从其入口至出口依次设有前述第一节流孔、流量计和第二节流孔，所述压差传感器分别与第一节流孔两端的管道连接，从而测量第一节流孔两端的压差变化，所述双喷嘴挡板阀的上喷嘴的末端连通流量计与第二节流孔之间的管道，所述副管道的一端与主管道的入口连通，其另一端与双喷嘴挡板阀的下喷嘴的末端连通，副管道内设有第三节流孔，双喷嘴挡板阀的挡板上设有驱动机构，驱动挡板在上、下喷嘴之间移动，实现流量计所在管道腔内压力的突变，从而产生激励。

其中，上述第一节流孔与流量计之间的管道距离为主管道管径的5-10倍。

其中，上述驱动机构为高速电磁铁。

其中，上述驱动机构为直线电机。

其中，上述驱动机构为压电执行器。

采用上述技术方案带来的有益效果：

(1)本发明采用了双喷嘴挡板阀设计的相互抵消原理，可最大程度减小喷嘴孔作用在挡板上的油压以及油温对挡板位移的影响。另外，喷嘴挡板阀较滑阀等液压控制元件的激励具有更好的抗油污能力，只要使挡板的实际位移小于初始位移，即不存在喷嘴孔的磨损及杂质堵塞带来的阀系数的变化，从而影响系统的动态性能；

(2)本发明的校准系统不直接对流量计的叶片以及其它部件作用，避免了转子受冲击损坏，也减小了磨损，提高了流量计的使用寿命和校准试验的可靠性；

(3)本发明的第三节流孔用来降低供油压力，使得上下两喷嘴孔油压相当以减小驱动机构的输入功率或在同等输入功率下增加其功率储备，提供其响应速度；

(4)双喷嘴挡板阀的运动部件为挡板，挡板是一金属薄片，惯量小，因此响应快，系统能获得较高的频率；

(5)校准系统结构简单，拆装与维护方便，各部件简单连接即可。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图。

图2是本发明输入位移信号仿真图。

图3是本发明压差与流量计示数仿真图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示本发明的系统结构示意图，一种管道流量动态校准系统，该系统应用于管道上，管道包含主管道和副管道，包含压差传感器、流量计、双喷嘴挡板阀以及第一～第三节流孔，所述主管道内从其入口至出口依次设有前述第一节流孔、流量计和第二节流孔，所述压差传感器分别与第一节流孔两端的管道连接，从而测量第一节流孔两端的压差变化，所述双喷嘴挡板阀的上喷嘴的末端连通流量计与第二节流孔之间的管道，所述副管道的一端与主管道的入口连通，其另一端与双喷嘴挡板阀的下喷嘴的末端连通，副管道内设有第三节流孔，双喷嘴挡板阀的挡板上设有驱动机构，驱动挡板在上、下喷嘴之间移动，实现流量计所在管道腔内压力的突变，从而产生激励。所述下喷嘴的作用不在于提供激励，而在于减少上喷嘴在产生激励过程中的颤振，提高精度。

在本实施例中，第一节流孔与流量计之间的管道距离为主管道管径的5-10倍。驱动机构采用高速电磁铁或者直线电机或者压电执行器。

流经第一节流孔的流量q₁由流量计测定，压差传感器用于测量第一节流孔前后压差(不考虑流量计前后压降)，双喷嘴挡板阀用于产生变化的流量，第二节流孔实现第一节流孔、第二节流孔和双喷嘴挡板阀之间腔室的流体压力p_c的可控可调。第三节流孔的作用为使供油压力p_s降低以获得与上喷嘴腔匹配的油压，从而减小挡板驱动机构的功率。具体原理如下：当双喷嘴挡板阀的挡板通过驱动机构获得一个输入位移时，假设如图1所示向上运动，根据流量连续原理，则流过第一节流孔的流量减小，由节流孔板层流状态下的流量公式知，第一节流孔前后压差正比于流量q₁的平方，流量q₁减小同时引起压差降低，通过压差传感器测出第一节流孔前后的压差变化，并与流量计测得的流量变化对比，从而分析其动态响应特性。

根据以上的叙述，在仿真平台AMESim中建立了该动态校准系统的结构图，流量计采用了具有一阶惯性环节的模型。在信号输入模块输入如图2所示的位移信号，图2的横坐标为时间，纵坐标为位移。第一节流孔两边的压差和流量计的示数的如图3所示，图3的横坐标为时间，纵坐标表示压差和流量计示数，其中虚线表示压差，实线表示流量计示数。很明显地可以看出，压差信号对于激励的反应超前于流量计显示的数值。因此，本动态校准系统是可行的。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种管道流量动态校准系统，该系统应用于管道上，管道包含主管道和副管道，其特征在于：包含压差传感器、流量计、双喷嘴挡板阀以及第一～第三节流孔，所述主管道内从其入口至出口依次设有前述第一节流孔、流量计和第二节流孔，所述压差传感器分别与第一节流孔两端的管道连接，从而测量第一节流孔两端的压差变化，所述双喷嘴挡板阀的上喷嘴的末端连通流量计与第二节流孔之间的管道，所述副管道的一端与主管道的入口连通，其另一端与双喷嘴挡板阀的下喷嘴的末端连通，副管道内设有第三节流孔，双喷嘴挡板阀的挡板上设有驱动机构，驱动挡板在上、下喷嘴之间移动，实现流量计所在管道腔内压力的突变，从而产生激励。

2.根据权利要求1所述一种管道流量动态校准系统，其特征在于：所述第一节流孔与流量计之间的管道距离为主管道管径的5-10倍。

3.根据权利要求1所述一种管道流量动态校准系统，其特征在于：所述驱动机构为高速电磁铁。

4.根据权利要求1所述一种管道流量动态校准系统，其特征在于：所述驱动机构为直线电机。

5.根据权利要求1所述一种管道流量动态校准系统，其特征在于：所述驱动机构为压电执行器。