CN105699688B - 一种流体流速和流量的测量装置及方法 - Google Patents

一种流体流速和流量的测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流体流速和流量的测量装置及方法，包括串接于管道中的管接头，该管接头的弯角处设置有动态压力传感器，该管接头还连接有肓管，肓管的底端设置有静态压力传感器；肓管与管接头连接的一端设置有第一端板，第一端板固接有与管接头连通的回形管，管接头经回形管连通肓管；动态压力传感器和静态压力传感器分别经第一模数转换器和第二模数转换器连接数据处理装置；数据处理装置计算两个模数转换器输出的压力差值，并根据压力差值结合管接头参数、流体参数计算相应的流速和流量并传给显示器显示。本发明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。

Description

一种流体流速和流量的测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种计量装置设备，特别涉及一种流体流速和流量的测量装置及方法。
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。
本发明提供一种流体流速和流量的测量装置及方法，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流体流速和流量的测量装置及方法，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：一种流体流速和流量的测量装置，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，该盲管的底端设置有静态压力传感器；
该盲管与管接头连接的一端设置有第一端板，第一端板正对静态压力传感器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第一端板，管接头经回形管连通盲管；
动态压力传感器连接有第一模数转换器；
静态压力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的压力数值输出给数据处理装置；数据处理装置计算第一模数转换器和第二模数转换器的压力差值，并根据压力差值结合管接头参数、流体参数计算相应的流速数据和流量数据，再将流速数据和流量数据传送给显示器显示。
本发明通过测量设置于管接头内的动态压力传感器与盲管内的静态压力传感器的压力差值，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数据及流量数据。
本发明的管接头采用一弯头，静态压力传感器设置于动态压力传感器的旁边，动态压力传感器用于测量管接头内流体的动态压力；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，从而使盲管底端的静态压力传感器只能感测到盲管内流体的静压力；由于动态压力传感器与静态压力传感器的位置基本上等高，其位能差异可忽略不计，管接头内流体的静压能与动能之和等于盲管内流体静压能与动能之和。
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；
所述盲管与静态压力传感器采用密封管螺纹连接，静态压力传感器的外壁周向设置有第三凸台，该第三凸台与盲管的底端端面对应，在第三凸台与盲管的底端端面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。
在静态压力传感器旋入盲管的同时，第三凸台将第二密封圈压紧于盲管的底端端面实现双重密封，防止流体泄漏，并且此种设置便于更换静态压力传感器。
所述的数据处理装置连接有声光报警装置。
当静态压力传感器所测压力为零，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；动态压力传感器与静态压力传感器均设置有调整装置。
开关阀可以做为开关使用，还可以将开关阀关闭，使动态压力传感器与静态压力传感器的压力相等，由于动态压力传感器与静态压力传感器存在测量误差，通过调整装置调整动态压力传感器与静态压力传感器的误差，从而使测量更准确。
所述盲管的长度等于管接头内径的三倍。
所述设置能减小静态压力传感器受管接头内流体流动的影响。
回形管与盲管连通的一端设置有第二端板，回形管内设置有活塞，第二端板通过弹簧连接活塞，该活塞设置有第一通孔，所述第二端板设置有第二通孔,回形管经第一通孔后再经第二通孔连通盲管。
所述设置能进一步减小静态压力传感器受管接头内流体流动的影响，弹簧和活塞还能减小流体流动过程中的波动，防止测量的流速数据波动，去除干扰。
一种流体流速和流量的测量方法，适用于所述的一种流体流速和流量的测量装置，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静态压力传感器获取盲管底端流体的压力，该压力等于盲管底端流体的静压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
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|；
忽略动态压力传感器与静态压力传感器的位能差异，根据伯努利方程可知，静态压力传感器处流体的静压能与动能之和应等于动态压力传感器处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静态压力传感器所获压力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数据V及流量数据Q；
步骤d：数据处理装置根据压力差值的绝对值ΔP计算相应的流速数据V及流量数据Q，数据处理装置采用如下公式进行计算；
公式(1)-(2)中，V-流速数据，Q-流量数据，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数据V及流量数据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:本发明提供了一种流体流速和流量的测量装置及方法，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为图1中的A部放大图；
图3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、图2所示，一种流体流速和流量的测量装置，包括串接于管道中的管接头1，管接头1为直角弯头，该管接头1的第一管段11的进口为流体的进口；
该管接头1的弯角处外侧壁设置有动态压力传感器2，该动态压力传感器2的压力膜片21用于获取管接头1的动态压力；该管接头1的第二管段12连接有盲管3，盲管3的左端与第二管段12连通，该盲管3位于动态压力传感器2的一侧并与第二管段12内的流体的流动方向垂直，该盲管3的右端设置有静态压力传感器4；静态压力传感器4堵住盲管3的右端；
盲管3的左端设置有第一端板31，第一端板31设置有第三通孔31a,第三通孔31a正对静态压力传感器4的一端固接有回形管32，管接头1经回形管32连通盲管3；
动态压力传感器2用于测量管接头1内的动态压力；
静态压力传感器4用于测量盲管3右端流体的压力；由于此处的流体基本不流动，因此该压力等于盲管3内流体的静压力；
动态压力传感器2连接有第一模数转换器8；
静态压力传感器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分别将各自的压力数值输出给数据处理装置5；数据处理装置5计算第一模数转换器8和第二模数转换器9的压力差值，并根据压力差值结合管接头1参数、流体参数计算相应的流速数据和流量数据，再将流速数据和流量数据传送给显示器6显示。
本发明的管接头1采用一直角弯头，动态压力传感器2和静态压力传感器4设置于管接头1的弯角处外侧壁可以防止沉积在管接头1内的杂质影响测量精度；并且所述静态压力传感器4位于动态压力传感器2的一侧；其位能差异可以忽略不计；另外便于动态压力传感器2的压力膜片21精确测量管接头1内流体的动态压力；由于盲管3位于动态压力传感器2的旁边并与第二管段12内流体的流动方向垂直，流体经过回形管32进入盲管3，因此盲管3内的流体基本保持静止状态，其动能为零，从而使盲管3右端的静态压力传感器4只能感测到盲管3内流体的静压力；忽略静态压力传感器4和动态压力传感器2的位能差异，根据伯努利方程，管接头1内流体的静压能与动能之和等于盲管3内流体静压能与动能之和。
所述的管接头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；
第一凸台22固接有第一摇柄24，转动第一摇柄24可将动态压力传感器2从管接头1上取下，此种设置便于动态压力传感器2的更换。
所述的盲管3与静态压力传感器4采用密封管螺纹连接，静态压力传感器4的外壁周向设置有第三凸台41，在第三凸台41与盲管3的右端面之间设置有第二密封圈42。
第三凸台41固接有第二摇柄43，转动第二摇柄43可将静态压力传感器4从盲管3上取下，此种设置便于静态压力传感器4的更换。
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；动态压力传感器2与静态压力传感器4均设置有调整装置。
所述调整装置为调压器，调整装置能分别调节动态压力传感器2或静态压力传感器4的输出电压，关闭开关阀10，通过调整装置调节动态压力传感器2与静态压力传感器4的输出电压相等，使动态压力传感器2与静态压力传感器4的测量误差为零，提高测量精度。
所述盲管3的长度等于管接头1内径的三倍。
回形管32与盲管3连通的一端设置有第二端板33，回形管32内设置有活塞35，第二端板33通过弹簧34连接活塞35，该活塞35设置有第一通孔35a，所述第二端板33设置有第二通孔33a,回形管32经第一通孔35a后再经第二通孔33a连通盲管3。
管接头1内的流体经过回形管32后，进入第一通孔35a，然后再经第二通孔33a进入盲管3；所述设置能进一步减小静态压力传感器4受管接头1内流体流动的影响，弹簧34和活塞35还能减小流体流动过程中的波动，去除波动干扰。
如图3所示，一种流体流速和流量的测量方法，适用于所述的一种流体流速和流量的测量装置，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连接静态压力传感器4获取盲管3底端流体的压力，该压力等于盲管3底端流体的静压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
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计算相应的流速数据V及流量数据Q，数据处理装置5采用如下公式进行计算；
公式(1)-(2)中，V-流速数据，Q-流量数据，
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将流速数据V及流量数据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 (7)

1.一种流体流速和流量的测量装置，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)的第二管段(12)还连接有盲管(3)，该盲管(3)位于该动态压力传感器(2)的一侧并与第二管段(12)内的流体的流动方向垂直，该盲管(3)的底端设置有静态压力传感器(4)；
所述盲管(3)的长度等于管接头(1)内径的三倍；
该盲管(3)与管接头(1)连接的一端设置有第一端板(31)，第一端板(31)正对静态压力传感器(4)的方向固接有与管接头(1)连通的回形管(32),回形管(32)的另一端朝向第一端板(31)，管接头(1)经回形管(32)连通盲管(3)；
所述动态压力传感器(2)连接有第一模数转换器(8)；
所述静态压力传感器(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)分别将各自的压力数值输出给数据处理装置(5)；数据处理装置(5)计算第一模数转换器(8)和第二模数转换器(9)的压力差值，并根据压力差值结合管接头(1)参数、流体参数计算相应的流速数据和流量数据，再将流速数据和流量数据传送给显示器(6)显示；
所述管接头(1)参数为管接头(1)内径d，所述流体参数为流体密度ρ。
2.根据权利要求1所述的一种流体流速和流量的测量装置，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)与静态压力传感器(4)采用密封管螺纹连接，静态压力传感器(4)的外壁周向设置有第三凸台(41)，该第三凸台(41)与盲管(3)的底端端面对应，在第三凸台(41)与盲管(3)的底端端面之间设置有第二密封圈(42)。
3.根据权利要求1所述的一种流体流速和流量的测量装置，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所述的一种流体流速和流量的测量装置，其特征在于：所述的管接头(1)的出口设置有开关阀(10)；所述动态压力传感器(2)与静态压力传感器(4)均设置有调整装置。
5.根据权利要求1所述的一种流体流速和流量的测量装置，其特征在于：回形管(32)与盲管(3)连通的一端设置有第二端板(33)，回形管(32)内设置有活塞(35)，第二端板(33)通过弹簧(34)连接活塞(35)，该活塞(35)设置有第一通孔(35a)，所述第二端板(33)设置有第二通孔(33a),回形管(32)经第一通孔(35a)后再经第二通孔(33a)连通盲管(3)。
6.一种流体流速和流量的测量方法，采用权利要求1所述的一种流体流速和流量的测量装置，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)连接静态压力传感器(4)获取盲管(3)底端流体的压力，并将该压力数值存储为第二压力P2；
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计算相应的流速数据V及流量数据Q，数据处理装置(5)采用如下公式进行计算；
公式(1)-(2)中，V-流速数据，Q-流量数据，
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)将流速数据V及流量数据Q送到显示器(6)显示。
7.根据权利要求6所述的一种流体流速和流量的测量方法，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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