CN106706048A - 一种基于液面射流振荡的流量计装置 - Google Patents

一种基于液面射流振荡的流量计装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于液面射流振荡的流量计装置。储气腔布置在射流振荡储液腔侧方，储气腔和射流振荡储液腔之间通过一气孔连通，储气腔内设有密封环与螺杆，螺杆从储气腔端口伸入后与密封环连接，螺杆与储气腔端口之间螺纹连接；射流振荡储液腔开有上端口和下端口，射流振荡储液腔上端口向外经入口管道和入口圆柱管螺纹活接头连接，射流振荡储液腔上端口向内延伸设有喷嘴，射流振荡储液腔上端口向外经出口管道和出口圆柱管螺纹活接头连接，射流振荡储液腔的侧部装有距离传感器。本发明利用喷嘴与水平液面之间的射流节稳定的周期性摆动原理测量流量，具有结构简单、可测量最小流量低、精度高的优点。

Description

一种基于液面射流振荡的流量计装置
技术领域
本发明涉及工业、化工、制药等领域，具体是一种测量小流量液体的射流振荡流量计。
背景技术
流体计量是国民生产大计，与国民生活息息相关。流量计是流量测量的关键器件。目前小流量计量是所有流量计的难题，现有流量计会出现小流量测量精度低、流量不稳定等问题。但是在工业现场中经常需要计量小流量流体。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明所公开的一种基于液面射流振荡的流量计装置，利用小射流在自由液面上的稳定振荡原理解决上述问题。
本发明所采用的技术方案是：
本发明包括射流振荡储液腔和储气腔，储气腔布置在射流振荡储液腔侧方，储气腔和射流振荡储液腔之间通过一气孔连通，储气腔内设有密封环与利用螺纹旋进的螺杆，螺杆从储气腔端口伸入后与密封环连接，螺杆与储气腔端口之间螺纹连接，通过螺杆螺纹旋进出实现密封环轴向移动调整储气腔内腔容量大小；射流振荡储液腔开有作为进口的上端口和作为出口的下端口，射流振荡储液腔上端沿进口方向依次布置有入口圆柱管螺纹活接头、入口管道和喷嘴，射流振荡储液腔下端沿出口方向依次布置有出口管道和出口圆柱管螺纹活接头。具体地，射流振荡储液腔上端口向外经竖直的入口管道和入口圆柱管螺纹活接头连接，射流振荡储液腔上端口向内延伸设有喷嘴，射流振荡储液腔上端口向外经竖直的出口管道和出口圆柱管螺纹活接头连接，射流振荡储液腔的侧部安装有水平布置的距离传感器，距离传感器经信号线与外部连接。
本发明的射流振荡储液腔的入口与出口分别通过活接头接入测量回路，并保持主腔体为竖直方向。
所述射流振荡储液腔在工作时下部储有液体，上部储有气体，所述储气腔内全部为气体，储气腔通过气孔与射流振荡储液腔的上部相通。
通过螺杆螺纹旋进出实现密封环轴向移动，调整储气腔内腔容量大小，进而调整射流振荡储液腔内液面的高度。
检测流量时，通过旋转螺杆使距离传感器所检测到的距离输出频率最大为止。
所述射流振荡储液腔的喷嘴是非竖直的，其轴线与入口管道竖直轴线之间的夹角为0<θ≤60°，优选的θ＝5°。
所述的距离传感器探头水平并且朝向与喷嘴输出的射流振荡平面相垂直。
所述的喷嘴底端距射流振荡储液腔下端口的距离H和喷嘴直径d之间满足：H>5d，优选的H＝10d；如图2所示，射流振荡储液腔的直径D和喷嘴直径d之间满足：D>5d，优选的D＝20d；距离传感器布置在射流振荡储液腔水平偏心位置，距离传感器的偏心距离δ和喷嘴直径d之间满足：d/3≤δ≤d，优选的δ＝d/2。
所述的喷嘴直径d满足：0.1mm<d<10mm，优选的d＝0.6mm。
本发明的小射流在稳定自由液面上的振荡对流量敏感、反应迅速、容易测量。对于特定流体，斯特劳哈尔数基本恒定，射流的振荡频率与流速相关，从而可准确得到流体的流量。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明射流振荡流量计采用喷嘴与腔体的简单结构，利用喷嘴与水平液面之间的射流节稳定的周期性摆动原理测量流量，相比现有流量计具有结构简单、可测量最小流量更小、反应灵敏、精度高、测量准确等优点。
附图说明
图1为本发明装置的A-A向示意图。
图2为本发明装置的B向示意图。
图3为本发明装置喷嘴8的工作状态示意图。
图1中：1为出口管道，2为螺杆，3为密封环，4为储气腔，5为射流振荡储液腔，6为入口圆柱管螺纹活接头，7为入口管道，8为喷嘴，9为距离传感器，10为信号线，11为出口圆柱管螺纹活接头。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明具有包括射流振荡储液腔5和储气腔4，储气腔4布置在射流振荡储液腔5侧方，储气腔4和射流振荡储液腔5之间通过一气孔连通，射流振荡储液腔5开有作为进口的上端口和作为出口的下端口，射流振荡储液腔5上端口向外经竖直的入口管道7和入口圆柱管螺纹活接头6连接，射流振荡储液腔5上端口向内延伸设有喷嘴8，射流振荡储液腔5上端口向外经竖直的出口管道1和出口圆柱管螺纹活接头11连接，射流振荡储液腔5的侧部安装有水平布置的距离传感器9，距离传感器9经信号线10与外部采集卡连接。
储气腔4内设有密封环3与利用螺纹旋进的螺杆2，螺杆2从储气腔4端口伸入后与密封环3连接，螺杆2与储气腔4端口之间螺纹连接；密封环3和螺杆2用来为射流振荡储液腔5输入或输出气体，从而可调节射流振荡储液腔5内的自由液面高度。
射流振荡储液腔5在工作时下部储有液体，上部储有气体，所述储气腔4内全部为气体，储气腔4通过气孔与射流振荡储液腔5的上部相通。通过螺杆2螺纹旋进出实现密封环3轴向移动，调整储气腔4内腔容量大小，进而调整射流振荡储液腔5内液面的高度，检测流量时，通过旋转螺杆2使距离传感器9所检测到的距离输出频率最大为止。
射流振荡储液腔5的喷嘴8是非竖直的，距离传感器9探头水平并且朝向与喷嘴8输出的射流振荡平面相垂直。
本发明公开的一种小流量射流振荡流量计的工作原理如图3所示，射流节在喷嘴与液面之间经过如图3中的(a)(b)(c)(d)的四种循环过程往复摆动，利用喷嘴与液面之间射流节的摆动频率与流体速度线性相关的原理，通过测量射流节的振荡频率可计算得到流体的流速，从而可得流体的流量。
当测量液体时，本发明的小流量测量的射流振荡流量计需竖直安装在测量回路内，保持射流振荡储液腔5为竖直方向。液体流经入口管道7进入射流振荡储液腔5内，并经出口管道1流出流量计，由于射流振荡储液腔5与储气腔4内气体的存在，射流振荡储液腔5内会储有一定高度的液体，此液体的高度可通过储气腔4内螺杆2的旋进、旋出调节，旋转螺杆2使距离传感器9所检测到的距离输出频率最大为止。距离传感器9的距离输出频率指的是，在检测时喷嘴8流出的液体形成振荡的射流，射流的振荡平面垂直于喷嘴8倾斜朝向所在的竖直面，距离传感器9水平布置并与射流的振荡平面垂直，探测获得探头和射流的振荡平面之间的距离变化，距离变化的频率最大时认为距离传感器9所检测到的距离输出频率最大。
接着根据斯特劳哈尔数St与射流振荡频率f的线性关系获得射流的流速v，根据喷嘴8的尺寸(直径d)可计算出射流的小流量。
本发明的实施工作过程如下：
为了正常工作，需保持竖直方向安装，从上端入口管道7流入，从下端出口管道1流出。
S1：将此射流振荡流量计的入口圆柱管螺纹活接头6与出口圆柱管螺纹活接头11接入待测流量管道中，并确保液体从入口进，从出口出。
S2：接通流体，使液体流入此射流振荡流量计，待距离传感器9的输出信号稳定后，旋转螺杆2使距离传感器9的输出频率最大为止。此时射流振荡储液腔5内自由液面与喷嘴8距离适当，经过测量频率与流量计算得到正确流量数值。S3：待测量结束，可关闭管道。
实施例1：
对于管道直径为10mm的流量测量，本例采用如图1所示结构的本发明小流量测量射流振荡流量计。以铝合金作为材料，利用数控机床加工出射流振荡储液腔5和储气腔4，其中腔身高40mm，射流振荡储液腔5的直径为12mm，储气腔4的直径为6mm，接入直径为10mm的入口活接头6和出口活接头11，并用密封垫圈密封。喷嘴8加工直径为0.6mm，竖直倾斜5°。距离传感器9布置在射流振荡储液腔5的外侧中间高度距偏心距离0.3mm位置，并保证距离传感器9的探头朝向与喷嘴8的倾斜方向相反。
当用斯特劳哈尔数St为0.08279的本发明流量计测量标准流量82.5mm3/s的射流，测得射流振荡频率f为40.27Hz。而经过以下公式计算得到流量值Q为82.5178mm3/s，与82.5mm3/s接近：
Q＝(πd3f)/(4St)＝82.5178mm3/s。
其中，f表示射流振荡频率f，St表示斯特劳哈尔数。
由实施例可见结果准确，本发明具有其突出显著的技术效果，测得的流量与标准流量的误差小、精度高、测量准确、便捷。

Claims (8)

1.一种基于液面射流振荡的流量计装置，包括射流振荡储液腔(5)和储气腔(4)，其特征在于：储气腔(4)布置在射流振荡储液腔(5)侧方，储气腔(4)和射流振荡储液腔(5)之间通过一气孔连通，储气腔(4)内设有密封环(3)与螺杆(2)，螺杆(2)从储气腔(4)端口伸入后与密封环(3)连接，螺杆(2)与储气腔(4)端口之间通过螺纹连接；射流振荡储液腔(5)开有作为进口的上端口和作为出口的下端口，射流振荡储液腔(5)上端口向外经竖直的入口管道(7)和入口圆柱管螺纹活接头(6)连接，射流振荡储液腔(5)上端口向内延伸设有喷嘴(8)，射流振荡储液腔(5)下端口向外经竖直的出口管道(1)和出口圆柱管螺纹活接头(11)连接，射流振荡储液腔(5)的侧部安装有水平布置的距离传感器(9)。
2.根据权利要求1所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：所述射流振荡储液腔(5)在工作时下部储有液体，上部储有气体，所述储气腔(4)内全部为气体，储气腔(4)通过气孔与射流振荡储液腔(5)的上部相通。
3.根据权利要求2所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：通过螺杆(2)螺纹旋进出实现密封环(3)轴向移动，调整储气腔(4)内腔容量大小，进而调整射流振荡储液腔(5)内液面的高度。
4.根据权利要求2所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：检测流量时，通过旋转螺杆(2)使距离传感器(9)所检测到的距离输出频率最大为止。
5.根据权利要求1所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：所述射流振荡储液腔(5)的喷嘴(8)是非竖直的，其轴线与入口管道(7)竖直轴线之间的夹角为0<θ≤60°。
6.根据权利要求1所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：所述的距离传感器(9)探头水平并且朝向与喷嘴(8)输出的射流振荡平面相垂直。
7.根据权利要求1所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：所述的距离传感器(9)布置在射流振荡储液腔(5)水平偏心位置，喷嘴(8)底端距射流振荡储液腔(5)下端口的距离H、射流振荡储液腔(5)的直径D和距离传感器(9)的偏心距离δ分别与喷嘴(8)直径d之间满足以下条件：
H>5d
D>5d
d/3≤δ≤d。
8.根据权利要求1或6所述的一种基于液面射流振荡的流量计装置，其特征在于：所述的喷嘴(8)直径d满足：0.1mm<d<10mm。
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