CN105698877B - 一种管道内流体流速流量测量系统及方法 - Google Patents

一种管道内流体流速流量测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道内流体流速流量测量系统及方法，包括串接于管道中的管接头，该管接头的弯角处外侧壁设置有动态压力传感器，该管接头还连接有肓管，该肓管与管接头连接的一端设置有端板，该肓管的另一端设置有端盖，所述肓管内设置有活塞，活塞通过弹簧抵接于端盖，活塞通过导杆连接有位移传感器；端板与活塞之间形成的第一空腔经回形管连通管接头；所述动态压力传感器和位移传感器分别通过第一模数转换器和第二模数转换器连接数据处理装置；数据处理装置根据获取的信号计算相应的流速和流量，传送给显示器显示。本发明能够测量管道内流体的流速、流量；不影响管道内流体的流通且具有结构简单的特点。

Description

一种管道内流体流速流量测量系统及方法
技术领域
本发明涉及流速流量计量领域，特别涉及一种管道内流体流速流量测量系统及方法。
背景技术
在许多领域中流体的压力、流速、流量的测量都是很重要的。例如，许多工业过程中需要测量各种管道的压力、流速、流量，以便于适当地控制该工业过程。需要流体测量的其他方面的使用还包括向客户传递产品，诸如石油和水。
在现有技术中，流体的流速、流量的测量多采用叶轮式测量装置，由于时轮式流速和流量测量装置须将叶轮设置于管道中，在一定程度上影响管道内流体的流通，并且叶轮式流速、流量测量装置结构复杂，长期使用后，叶轮易磨损，测量精度差。
本发明提供一种管道内流体流速流量测量系统及方法，能通过测量流体压力的方式，测量流体相应的流速和流量；不影响管道内流体的流通且具有结构简单的特点。
发明内容
本发明的目的是提供一种管道内流体流速流量测量系统及方法，能够测量管道内流体的流速和流量；不影响管道内流体的流通且具有结构简单的特点。
本发明采用如下方案：一种管道内流体流速流量测量系统，包括串接于管道中的管接头，该管接头为一弯头，其关键在于：该管接头的弯角处外侧壁设置有动态压力传感器，该管接头还连接有盲管，该盲管位于该动态压力传感器的一侧；
该盲管与管接头连接的一端设置有端板，该盲管的另一端设置有端盖，端板正对端盖的方向固接有与管接头连通的回形管,回形管的另一端朝向端板；
所述盲管内设置有活塞，活塞通过弹簧抵接于端盖，活塞靠近端盖的一端固接有导杆，导杆依次穿过弹簧、端盖后连接有位移传感器；
端板与活塞之间形成的第一空腔经回形管连通管接头；
所述动态压力传感器连接有第一模数转换器；
所述位移传感器连接有第二模数转换器；
第一模数转换器和第二模数转换器分别将各自信号传递给数据处理装置；数据处理装置根据第一模数转换器和第二模数转换器的输出信号，并结合管接头参数、流体参数计算相应的流速和流量，再将流速和流量传送给显示器显示。
本发明通过测量管接头内的动态压力以及盲管内的静态压力，并根据伯努利方程结合管接头的内径、流体密度参数计算管接头内的流速及流量。
本发明的管接头采用一弯头，动态压力传感器用于测量管接头内流体的动态压力；盲管设置于动态压力传感器的旁边，由于管接头是通过回形管连通盲管的，因此盲管内的流体保持静止状态，从而使盲管内的活塞只能感测到盲管内流体的静压力；由于动态压力传感器与盲管的位置基本上等高，其位能差异可忽略不计，端板与活塞之间形成可变第一空腔，管接头通过回形管连通该可变第一空腔，该第一空腔内活塞受到的静压力压缩弹簧并通过导杆推动位移传感器，将活塞受到的静压力变成位移量，通过位移传感器的位移和弹簧的弹性系数以及活塞面积可计算盲管内流体的静压力。
很多流体都带有杂质，盲管内的流体由于处于静止状态，时间太久往往容易发生沉积，导致产生测量误差，采用上述设置，对含杂质较多的流体尤为适用，可将端盖及活塞取下对盲管进行清理，也不容易堵塞，还能提高位移传感器的使用寿命；活塞与弹簧的组合具有减震作用，可以消除流体中的扰动。
所述管接头与动态压力传感器采用密封管螺纹连接，动态压力传感器的外壁周向设置有第一凸台，管接头的外侧壁设置有与第一凸台对应的第二凸台；在第一凸台与第二凸台之间设置有第一密封圈；
所述盲管与管接头采用密封管螺纹连接，盲管的外壁周向设置有第三凸台，管接头的外侧壁设置有与第三凸台对应的第四凸台，在第三凸台与第四凸台之间设置有第二密封圈。
在动态压力传感器旋入管接头的同时，第一凸台将第一密封圈压紧于第二凸台实现双重密封，防止流体泄漏，并且此种设置便于更换动态压力传感器。
在盲管旋入管接头的同时，第三凸台将第二密封圈压紧于第四凸台实现双重密封，防止流体泄漏，并且此种设置便于取下盲管并进行清理。
所述的数据处理装置连接有声光报警装置。
当数据处理装置所获压力信息为零，数据处理装置控制声光报警装置报警，便于监控人员发现是否出现管道破坏。
所述的管接头的出口设置有开关阀，所述开关阀为球阀。
开关阀可以作为开关使用，球阀完全打开后不影响流体流通。
所述位移传感器的外周与端盖采用螺纹连接。
将开关阀关闭，使动态压力传感器与活塞受到的压力相等，由于动态压力传感器与活塞受到的压力存在误差，通过位移传感器外周的螺纹调整位移传感器的位移，从而能够调节活塞压力与动态压力传感器的误差，使测量更准确，该种调整方法结构简单。
所述数据处理装置连接有键盘。
由于流体的密度往往与理论密度存在误差，通过实测流体密度并通过键盘进行校正，可以提高测量精度。
端盖设置有气孔，活塞与端盖之间形成的第二空腔通过该气孔连通盲管外。
该气孔用作第二空腔的通气用。
盲管与端盖采用螺纹连接。
此种设置便于清理盲管和活塞，对于易沉积的流体比较适用。
所述动态压力传感器设置有滤芯，滤芯能够延长动态压力传感器的使用寿命。
一种管道内流体流速流量测量方法，适用于所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其关键在于，该方法包括如下步骤：
步骤a：数据处理装置通过第一模数转换器连接动态压力传感器获取管接头内的动态压力，并将该压力数值存储为第一压力P1；
步骤b：数据处理装置通过第二模数转换器连接位移传感器获取活塞的位移，数据处理装置通过活塞的位移计算活塞受到的压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
数据处理装置通过如下公式计算第二压力P2；
公式(1)中，P2为活塞受到的压力，S为活塞的面积，K为弹簧的弹性系数，X为活塞的位移；
步骤c：数据处理装置计算第二压力P2与第一压力P1的压力差值；将该压力差值的绝对值设为ΔP；ΔP＝|P2-P1|；
忽略管接头内流体与盲管内流体的位能差异，根据伯努利方程可知，盲管内流体的静压能与动能之和应等于动态压力传感器处的流体的静压能与动能之和；
由于盲管内的流体是不流动的，因此其动能为零，盲管内流体的静压能与动能之和应等于活塞所受到的压力P2；管接头内流体的静压能应等于动态压力传感器所获压力P1，管接头内流体的动能应等于P2-P1；因此可根据伯努利方程计算动态压力传感器处的流速V及流量Q；
步骤d：数据处理装置(5)根据压力差值的绝对值ΔP计算相应的流速V及流量Q，数据处理装置(5)采用如下公式进行计算；
公式(2)-(3)中，V-流速，Q-流量，
ΔP-压力差值的绝对值，ρ-流体密度，d-管接头内径；
步骤e：数据处理装置将流速V及流量Q送到显示器显示。
所述的数据处理装置连接有声光报警装置，当数据处理装置所获第二压力P2为零时，接通声光报警装置报警。
有益效果:本发明提供了一种管道内流体流速流量测量系统及方法，能通过测量流体压力的方式，测量管道内流体的流速、流量；不影响管道内流体的流通且具有结构简单的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种管道内流体流速流量测量系统，包括串接于管道中的管接头1，该管接头1为直角弯头，该管接头1的第一管段11为流体的进口，该管接头1的弯角处外侧壁设置有动态压力传感器2，该管接头1还连接有盲管3，该盲管3位于该动态压力传感器2的一侧；盲管3与管接头1的第二管段12垂直，也就保证了盲管3与管接头1内流体的流动方向垂直，便于盲管3获取流体的静压力。
该盲管3与管接头1连接的一端设置有端板31，该盲管3的另一端设置有端盖32，端板31正对端盖32的方向固接有与管接头1连通的回形管33,回形管33的另一端朝向端板31；
回形管33用于减小管接头1内流体流动对盲管3内的流体压力的影响。
所述盲管3内设置有活塞34，活塞34通过弹簧35抵接于端盖32，活塞34靠近端盖32的一端固接有导杆36，导杆36依次穿过弹簧34、端盖32后连接有位移传感器4；端板31与活塞34之间形成的第一空腔37经回形管33连通管接头1；
回形管33右端的盲管3内设置有活塞34，该活塞34将盲管3分为左右两个空腔，左边的第一空腔37通过回形管33连通管接头1，右边的第二空腔40连通盲管3外的大气。流体施加压力给活塞34，活塞34通过弹簧35、导杆36将活塞34所受到压力变为位移。
所述动态压力传感器2连接有第一模数转换器8；
所述位移传感器4连接有第二模数转换器9；
第一模数转换器8和第二模数转换器9分别将各自的输出信号传递给数据处理装置5；数据处理装置5根据第一模数转换器8和第二模数转换器9的输出信号，并结合管接头1参数、流体参数计算相应的流速和流量，再将流速和流量传送给显示器6显示。
所述管接头1与动态压力传感器2采用密封管螺纹连接，动态压力传感器2的前端设置有滤芯21，动态压力传感器2的外壁周向设置有第一凸台22，管接头1的外侧壁设置有与第一凸台22对应的第二凸台13；在第一凸台22与第二凸台13之间设置有第一密封圈23；
所述盲管3与管接头1采用密封管螺纹连接，盲管3的外壁周向设置有第三凸台38，管接头1的外侧壁设置有与第三凸台38对应的第四凸台14，在第三凸台38与第四凸台14之间设置有第二密封圈39。
所述的数据处理装置5连接有声光报警装置7。
所述的管接头1的出口设置有开关阀10。
所述位移传感器4的外周与端盖32采用螺纹连接。
所述数据处理装置5连接有键盘5a。
端盖32设置有气孔32a，活塞34与端盖32之间形成的第二空腔40通过该气孔32a连通盲管3外。
盲管3与端盖32采用螺纹连接。
如图2所示，一种管道内流体流速流量测量方法，适用于所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其关键在于，该方法包括如下步骤：
步骤a：数据处理装置5通过第一模数转换器8连接动态压力传感器2获取管接头1内的动态压力，并将该压力数值存储为第一压力P1；
步骤b：数据处理装置5通过第二模数转换器9连接位移传感器4获取活塞34的位移，数据处理装置5通过活塞34的位移计算活塞34受到的压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
数据处理装置5通过如下公式计算第二压力P2；
公式(1)中，P2为活塞34受到的压力，S为活塞34的面积，K为弹簧35的弹性系数，X为活塞34的位移；
步骤c：数据处理装置5计算第二压力P2与第一压力P1的压力差值；将该压力差值的绝对值设为ΔP，ΔP＝|P2-P1|；
步骤d：数据处理装置(5)根据压力差值的绝对值ΔP计算相应的流速V及流量Q，数据处理装置(5)采用如下公式进行计算；
公式(2)-(3)中，V-流速，Q-流量，
ΔP-压力差值的绝对值，ρ-流体密度，d-管接头1内径；
步骤e：数据处理装置5将流速V及流量Q送到显示器6显示。
所述的数据处理装置5连接有声光报警装置7，当数据处理装置5所获第二压力P2为零时，接通声光报警装置7报警。

Claims (10)

1.一种管道内流体流速流量测量系统，包括串接于管道中的管接头(1)，该管接头(1)为一弯头，其特征在于：该管接头(1)的弯角处外侧壁设置有动态压力传感器(2)，该管接头(1)还连接有盲管(3)，该盲管(3)位于该动态压力传感器(2)的一侧；盲管(3)与管接头(1)的第二管段(12)垂直；
该盲管(3)与管接头(1)连接的一端设置有端板(31)，该盲管(3)的另一端设置有端盖(32)，端板(31)正对端盖(32)的方向固接有与管接头(1)连通的回形管(33),回形管(33)的另一端朝向端板(31)；
所述盲管(3)内设置有活塞(34)，活塞(34)通过弹簧(35)抵接于端盖(32)，活塞(34)靠近端盖(32)的一端固接有导杆(36)，导杆(36)依次穿过弹簧(35)、端盖(32)后连接有位移传感器(4)；
端板(31)与活塞(34)之间形成的第一空腔(37)经回形管(33)连通管接头(1)；
所述动态压力传感器(2)连接有第一模数转换器(8)；
所述位移传感器(4)连接有第二模数转换器(9)；
第一模数转换器(8)和第二模数转换器(9)分别将各自信号传递给数据处理装置(5)；数据处理装置(5)根据第一模数转换器(8)和第二模数转换器(9)的输出信号，并结合管接头(1)参数、流体参数计算相应的流速和流量，再将流速和流量传送给显示器(6)显示。
2.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：所述管接头(1)与动态压力传感器(2)采用密封管螺纹连接，动态压力传感器(2)的外壁周向设置有第一凸台(22)，管接头(1)的外侧壁设置有与第一凸台(22)对应的第二凸台(13)；在第一凸台(22)与第二凸台(13)之间设置有第一密封圈(23)；
所述盲管(3)与管接头(1)采用密封管螺纹连接，盲管(3)的外壁周向设置有第三凸台(38)，管接头(1)的外侧壁设置有与第三凸台(38)对应的第四凸台(14)，在第三凸台(38)与第四凸台(14)之间设置有第二密封圈(39)。
3.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：所述的数据处理装置(5)连接有声光报警装置(7)。
4.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：所述的管接头(1)的出口设置有开关阀(10)，所述开关阀(10)为球阀。
5.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：所述位移传感器(4)的外周螺纹连接端盖(32)。
6.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：所述数据处理装置(5)连接有键盘(5a)。
7.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：端盖(32)设置有气孔(32a)，活塞(34)与端盖(32)之间形成的第二空腔(40)通过该气孔(32a)连通盲管(3)外。
8.根据权利要求1所述的一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于：盲管(3)与端盖(32)采用螺纹连接。
9.一种管道内流体流速流量测量方法，适用于权利要求1所述一种管道内流体流速流量测量系统，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤a：数据处理装置(5)通过第一模数转换器(8)连接动态压力传感器(2)获取管接头(1)内的动态压力，并将该压力数值存储为第一压力P1；
步骤b：数据处理装置(5)通过第二模数转换器(9)连接位移传感器(4)获取活塞(34)的位移，数据处理装置(5)通过活塞(34)的位移计算活塞(34)受到的压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
数据处理装置(5)通过如下公式计算第二压力P2；
公式(1)中，P2为活塞(34)受到的压力，S为活塞(34)的面积，K为弹簧(35)的弹性系数，X为活塞(34)的位移；
步骤c：数据处理装置(5)计算第二压力P2与第一压力P1的压力差值；将该压力差值的绝对值设为ΔP；ΔP＝|P2-P1|；
步骤d：数据处理装置(5)根据压力差值的绝对值ΔP计算相应的流速V及流量Q，数据处理装置(5)采用如下公式进行计算；
公式(2)-(3)中，V-流速，Q-流量，
ΔP-压力差值的绝对值，ρ-流体密度，d-管接头(1)内径；
步骤e：数据处理装置(5)将流速V及流量Q送到显示器(6)显示。
10.根据权利要求9所述的一种管道内流体流速流量测量方法，其特征在于：所述的数据处理装置(5)连接有声光报警装置(7)，当数据处理装置(5)所获第二压力P2为零时，接通声光报警装置(7)报警。
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