CN105547419B - 管道流量计流固耦合关系测试用实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道流量计流固耦合关系测试用实验装置。本发明中的实验台为防震实验台,其平稳牢固的放在地面上。风机固定在实验台的附近。管道包括管道连接件、锥形管道、直管道，两根直管道之间设置有管道流量计，锥形管道的一端与其中的一根直管道非接触连接，锥形管道另一端连接风机，振动传感器固定在管道流量计金属表面，装夹器将锥形管道、直管道、管道流量计固定连接在实验台上。振动传感器转换器的输入端口连接振动传感器的输出端口，输出端为开放端口连接到测控系统。本发明验证了利用管道流量计的流固耦合振动进行管道流量流速检测的可行性，通过简易的实验装置实现了流量计表面振动与流速的实时测量。

Description

管道流量计流固耦合关系测试用实验装置

技术领域

本发明属于管道流量的计量技术领域，涉及一种管道流量计流固耦合关系测试用实验装置。

背景技术

管道流量计中的脉冲式转子流量计主要包括壳体、导向件、叶轮、磁电转换装置等。其工作原理是被测的流体冲击叶轮的叶片，使叶片旋转，叶片的转速随流量的变化而变化，即流量大，叶片的转速也大，再经磁电转换装置把叶片的转速转换为相应频率的电脉冲，根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求瞬时流量和累积流量。壳体可以起到承受被测流体的压力，固定安装导向件、叶轮等部件，连接管道的作用。脉冲式转子流量计的叶轮是流量计的检测元件，接受流体动量、克服阻力矩，可由高导磁性材料制成，其高频信号可以由叶轮切割电感传感器产生。脉冲式转子流量计具有结构简单、运动部件少、耐压高、温度范围宽、维修方便、重量轻、体积小、压力损失小、重复性好、高量程比等优点。

管道流量的计量是精密测试领域中的重要环节，也存在于我们生活中的方方面面，是影响国计民生的一部分，它被广泛适用于工业生产、能源计量、环境保护、交通运输、生物技术与科学实验等国民经济的各个领域。缺乏合理的计量仪器或计量不准确不但会浪费能源，而且会引起量差纠纷。因此，管道流量的计量的重要性不言而喻。管道流量计中的脉冲式转子流量计是一种被广泛使用的工业传统的流量计，然而其管道中流体与管道存在的流固耦合现象与管道流量计的表面振动会对计量结果产生较大影响，为了更好的保证产品的质量，改善流程，使生产力显著提高，促进这方面的科学技术的进步变得非常重要。因此，探索其管道流量计流固耦合振动与流量流速的关系具有重要的研究意义。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种管道流量计流固耦合关系测试用实验装置。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

本发明包括实验台、风机、管道、振动传感器、管道流量计、装夹器、振动传感器转换器、测控系统与上位机。

所述的实验台为防震实验台,其平稳牢固的放在地面上。所述的风机固定在实验台的附近。所述的管道包括管道连接件、锥形管道、直管道，管道连接件连接风机的出风口与锥形管道的一端，锥形管道的另一端与一根直管道之间非接触连接。该直管道与另一根直管道之间设置有管道流量计，所述的振动传感器固定在管道流量计金属表面，固定的位置尽可能的贴近管道流量计转子的位置。所述的装夹器将锥形管道、直管道、管道流量计固定连接在实验台上。所述的振动传感器转换器的输入端口连接振动传感器的输出端口，输出端为开放端口，连接到测控系统。

所述的测控系统包括电源模块、信号调理电路、ARM单片机、触摸屏与串口通信模块。电源模块为风机、管道流量计、振动传感器转换器与ARM单片机提供电源。管道流量计脉冲信号输出端连接到ARM单片机，通过ARM单片机对输出的脉冲信号进行采集与流量流速的计算，振动传感器转换器的输出端通过信号调理电路连接到ARM单片机，通过ARM单片机对输出的振动信号进行采集与傅里叶变换。触摸屏对采集到的流量流速与振动信号的数据结果进行显示与控制操作。ARM单片机采集到的流量流速与振动信号由串口通信模块送入上位机，用于人机交互界面的显示、控制与后续的处理分析。

本发明的有益效果在于：本发明验证了利用管道流量计的流固耦合振动进行管道流量流速检测的可行性，通过简易的实验装置实现了流量计表面振动与流速的实时测量，采用本发明可以有效的改善流量计量仪表的计量特性，提高流量计计量的精度，更好的保证产品的质量，改善流程，提高生产力，促进流量计不断向前发展。

附图说明

图1为本发明的实验装置示意图。

图2为本发明测量控制系统示意图。

图3为上位机工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1所示，一种管道流量计流固耦合关系测试用实验装置示意图，包括实验台1，风机2、管道连接件31、锥形管道32、直管道331、直管道332、振动传感器4、管道流量计5、装夹器61、装夹器62、装夹器63、装夹器64、振动传感器转换器7、测控系统8、上位机9。所述的实验台1为防震实验台，其平稳牢固的放在地面上增加了装置的稳定性。所述的风机2固定在实验台的附近，减轻了由风机本身带来的振动干扰。所述的管道3包括管道连接件31、锥形管道32、直管道33。所述的直管道33包括直管道331与直管道332。管道连接件31连接风机2的出风口与锥形管道32的一端，管道连接件31可将不同的风源与锥形管道32进行连接。锥形管道32的另一端与直管道331之间进行非接触连接。所述的振动传感器4通过快干胶牢固的固定在管道流量计5的金属表面，固定的位置尽可能的贴近管道流量计5的转子位置。所述的管道流量计5的两端皆连接直管道33，管道流量计5输入口连接的直管道331与连接风机2出风口的锥形管道32之间非接触连接，管道流量计5的脉冲信号输出端为开放端口。所述的装夹器6包括装夹器61、装夹器62与装夹器63、装夹器64，分别将锥形管道32、直管道331、管道流量计5与直管道332固定连接在实验台上，与管道流量计5连接的直管道331与直管道332可以稳定风源。所述的振动传感器转换器7为振动传感器4供电，使振动传感器4能正常工作，其输入端口连接振动传感器4的输出端口，其输出端连接到测控系统8中。所述的测控系统8对输出的脉冲信号与振动信号进行采集、计算、显示与控制，并由串口通信模块送入上位机9中。所述的上位机9用于人机交互界面的显示、控制与后续的处理分析。

如图2所示，一种管道流量计流固耦合关系测试用实验装置中控制系统的示意图。所述的测控系统包括电源模块、信号调理电路、ARM单片机、最小系统、触摸屏与串口通信模块。实验装置中的风机、管道流量计、振动传感器转换器与ARM单片机等由电源模块为其提供电源。通过ARM单片机对管道流量计输出的脉冲信号进行采集与流量流速的计算，其中对于不同的管道流量计可通过修改ARM单片机中相应命令来实现信号的采集与流量流速的计算。信号调理电路将振动传感器转换器的输出信号进行电压抬升处理。通过ARM单片机对信号调理电路处理后的振动信号进行采集并实现傅里叶变换。触摸屏可实现是否进行采样等控制操作并显示流量流速与振动信号的数据结果。ARM单片机采集到的流量流速与振动信号由串口通信模块送入上位机，用于人机交互界面的显示、控制与后续的处理分析。

如图3所示，在测试过程中，用户登录后进入测量控制界面，系统自动上电，其中包括风机、管道流量计、ARM单片机等。下位机自检成功后进行采样设置，其中包括控制风机风速、每秒采样点数与采样频率等参数。采样设置完成后打开相应开关进行数据的采集、显示与存储，并将测得的数据绘制成关系曲线，用于后续的分析处理。

本发明通过对管道中流体与管道存在的流固耦合与管道流量计的表面振动的检测，实现管道流量参数的计算，完成流量计量。

综上，本发明是利用管道内流体与管道的流固耦合振动特性，获取管道流量计表面振动信号与流量流速之间的关系，有效地有效的改善流量计量仪表的计量特性，提高流量计计量的精度。在测试过程中，通过控制风机得到不同风速，获得多组数据增强结果的可靠性。在测量控制方面，采用ARM单片机实现信号的采集与控制。

Claims (1)

1.管道流量计流固耦合关系测试用实验装置，其特征在于：包括实验台、风机、管道、振动传感器、管道流量计、装夹器、振动传感器转换器、测控系统与上位机；

所述的实验台为防震实验台,其平稳牢固的放在地面上；所述的风机固定在实验台的附近；所述的管道包括管道连接件、锥形管道、直管道，管道连接件连接风机的出风口与锥形管道的一端，锥形管道的另一端与一根直管道之间非接触连接；该直管道与另一根直管道之间设置有管道流量计，所述的振动传感器固定在管道流量计金属表面，固定的位置尽可能的贴近管道流量计转子的位置；所述的装夹器将锥形管道、直管道、管道流量计固定连接在实验台上；所述的振动传感器转换器的输入端口连接振动传感器的输出端口，输出端为开放端口，连接到测控系统；

所述的测控系统包括电源模块、信号调理电路、ARM单片机、触摸屏与串口通信模块；电源模块为风机、管道流量计、振动传感器转换器与ARM单片机提供电源；管道流量计脉冲信号输出端连接到ARM单片机，通过ARM单片机对输出的脉冲信号进行采集与流量流速的计算，振动传感器转换器的输出端通过信号调理电路连接到ARM单片机，通过ARM单片机对输出的振动信号进行采集与傅里叶变换；触摸屏对采集到的流量流速与振动信号的数据结果进行显示与控制操作；ARM单片机采集到的流量流速与振动信号由串口通信模块送入上位机，用于人机交互界面的显示、控制与后续的处理分析。