CN105758470A - 分布力靶式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布力靶式流量计的工作原理和结构设计。该流量计由测量管、分布力靶板、靶杆、测力传感器和二次仪表组成。分布力靶板采用了蜂窝形通道与微靶交错分布的形式。沿测量管周向均布的三个靶杆将靶板与三个测力传感器连接起来，其中靶杆与靶板为铰接。流体流动对靶板产生的作用力通过靶杆传递到测力传感器上，由测力传感器测出，根据流量与流体对靶板作用力的关系可以获得测量值。相对于传统的靶式流量计，本发明采用蜂窝通道与微靶结合的分布力靶板代替实心靶板，同时在阻流件周向三个点进行测力，这种设计可在很大程度上减小流体流经靶板时漩涡脱落产生的脉动力，减小流速分布畸形给流量测量带来的误差。

Description

分布力靶式流量计
技术领域
本发明涉及流量计技术领域，具体为一种分布力靶式流量计。
背景技术
靶式流量计于二十世纪六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量。靶式流量计的测量元件是一个放在管道中心的靶板，靶板与管道之间形成流动通道。流体冲击到靶板上，靶板受到流体的作用力与流量大小有关，通过测力传感器测得流体作用于靶板上的作用力，从而实现流量的测量。
典型的靶式流量计结构如图1所示，在测量管中心同轴放置一块圆形靶板，当流体冲击靶板上时，靶板所受到流体的作用力F、流速v、介质密度ρ和靶板迎风面积A之间关系为
（1）
其中，为阻力系数。
流量计体积流量和质量流量为
（2）
（3）
式中，
k-流量系数，
d-靶板直径,
D-测量管内径，
β-直径比β=d/D。
上述传统靶式流量计的靶板为实心，且采用单个力传感器。流体流经靶板会产生相对规律的漩涡脱落（参见图2），对靶板产生脉动力作用，使得测量信号脉动量较大；另一方面，当管内流动发生偏斜时，作用在靶板上合力作用点偏离靶板中心，使得作用力矩L发生变化（参见图3），导致流量测量数据准确性受到影响。如果将靶板设计成多孔板或蜂窝器的形式，并采用多个传感器（三个比较合理）在流量计测量管周向均匀布置进行测力，则可在很大程度上减小流速分布畸形给流量测量带来的影响，并可大大减小漩涡脱落产生的脉动力作用。
发明内容
针对传统单传感器实心靶式流量计信号脉动量大和直管段要求长的问题，本发明将靶板设计为分布力靶板，即蜂窝状通道与多个微靶交错布置的分布力靶板，并采用三个沿测量管周向均匀布置的测力传感器测量靶板受力。其具体实施方式如下：
一种分布力靶式流量计，由测量管、分布力靶板、靶杆、测力传感器和信号处理与显示输出单元组成，通过测量流体作用在分布力靶板上的力实现流量测量。
进一步的，所述分布力靶板采用蜂窝状通道与微靶交错布置。
进一步的，所述分布力靶板与测量管之间空隙很小，靶板所受到的流体作用力通过靶杆传递到测力传感器。
进一步的，采用沿测量管周向均布的三个测力传感器测量靶板所受流体作用力，流体对靶板的作用力等于三个力传感器所测得三个力之和。
进一步的，所述靶杆将分布力靶板与三个测力传感器连接起来，其中靶杆与分布力靶板之间为铰接。
本发明具有的有益效果是：
1）采用蜂窝状通道与微靶交错布置的分布力靶板。这种靶板对流动有较好的整流作用，可大幅度减小漩涡脱落带来的脉动力，减小测量信号中脉动量，使得信号处理更加简单方便，同时提高测量准确度。
2）采用周向均匀布置的三个测力传感器测量靶板受到流体的作用力，可减小因流速分布畸形给测量带来的误差，可降低流量计对上游直管段长度的要求。
附图说明
图1为典型靶式流量计结构示意图；
图2为靶板漩涡脱落示意图；
图3为靶式流量计测力元件受力与变形示意图；
图4a为分布力靶式流量计的结构示意图；
图4b为分布力靶式流量计A-A剖视图；
图5为分布力靶板剖面图；
图6为分布力靶板受力分析图；
图7a为流速呈理想对称分布时流体对靶板作用力作用点示意图；
图7b为流速畸形分布时流体对靶板作用力作用点示意图。
图中各附图标记含义：
1-测量管；2-分布力靶板；3-靶杆；4-测力传感器；5-信号处理与显示输出单元；6-信号线；7-蜂窝状通道；8-微靶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图4a和4b所示，本发明的分布力靶式流量计由测量管1、分布力靶板2、靶杆3、测力传感器4、信号处理与显示输出单元5和信号线6组成。
流体流经流量计时，对分布力靶板2产生作用力，该作用力通过靶杆3传递到测力传感器4，三个测力传感器测得的信号通过信号线6集中到信号处理与显示输出单元5计算处理得到所测流量值，并进行显示、存储和输出。
如图5所示，分布力靶板2采用蜂窝状通道7与微靶8交错布置的形式，分布力靶板2感测流体作用力的同时具有整流作用；分布力靶板2与测量管（1）内壁之间不接触，但二者间空隙很小，以充分感测流体作用力；靶杆（3）与分布力靶板2之间为铰接，二者只有力的作用，没有力矩作用。分布力靶板2所受到的流体作用力通过靶杆3传递到测力传感器4，三个测力传感器测得的信号通过信号线6集中到信号处理与显示输出单元5计算处理得到所测流量值，并进行显示、存储和输出。
如图6所示，由于靶板与靶杆之间是铰接，铰接处到传感器之间的距离即力臂L1、L2、L3是确定不变，靶板所受流体作用力F数值上等于三个测力传感器所测得的三个力之和，即：
(4)
当测量管内流体流速分布不对称（畸形）时，流体对靶板的作用力F的作用中心不再是管道中心（参见图7），如果靶板配单个传感器，则所测得的力也将发生变化（图3），而对于本发明中三个力传感器方案，所测力的数值不受合力作用点位置变化的影响。因此，采用本发明的分布力靶式流量计其上游直管段长度要求较传统的单传感器流量计可大大降低。

Claims (5)

1.一种分布力靶式流量计，由测量管（1）、分布力靶板（2）、靶杆（3）、测力传感器（4）和信号处理与显示输出单元（5）组成，其特征在于：通过测量流体作用在分布力靶板（2）上的力实现流量测量。
2.根据权利要求1所述的一种分布力靶式流量计，其特征在于：所述分布力靶板（2）采用蜂窝状通道（7）与微靶（8）交错布置。
3.根据权利要求1所述的一种分布力靶式流量计，其特征在于：所述分布力靶板（2）与测量管（1）之间空隙很小，靶板所受到的流体作用力通过靶杆（3）传递到测力传感器（4）。
4.根据权利要求1所述的一种分布力靶式流量计，其特征在于：采用沿测量管周向均布的三个测力传感器测量靶板所受流体作用力，流体对靶板的作用力等于三个力传感器所测得三个力之和。
5.根据权利要求1所述的一种分布力靶式流量计，其特征在于：所述靶杆（3）将分布力靶板（2）与三个测力传感器（4）连接起来，其中靶杆（3）与分布力靶板（2）之间为铰接。
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