CN107367305A - 一种扭矩流量计及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种扭矩流量计，包括管道、偏心盘、连接臂、支架、应力传感器、智能终端，所述连接臂包括固定连接的连接轴、摇臂，所述连接轴与摇臂不在同一条直线上，所述连接臂的连接轴端与所述偏心盘固定连接并穿过所述管道的管道壁，所述摇臂端与所述支架连接，所述偏心盘设于所述管道内、以所述连接臂的连接轴为轴进行偏心旋转，所述应力传感器设于所述支架上，所述智能终端包括显示模块、输入模块、处理器、存储器、电路，所述显示模块、输入模块、存储器、应力传感器分别通过电路与所述处理器连接。本发明的扭矩流量计，实现对管道内流体流量的准确确定与精准测量，具有应用范围广、测量精度高、生成成本低、使用寿命长的特点。

Description

一种扭矩流量计及其工作方法

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，具体地，涉及一种在商业、农业和工业机械与工艺中，对含有或不含悬浮固体的水、液体、气体和压缩空气的流量测量的扭矩流量计及其工作方法。

背景技术

流量计是水、液、气等流体测量中的基本部件。现有很多种流量计，其中包括孔板流量计、文丘里流量计、喷管流量计、毕托管流量计、楔形流量计、漩涡流量计、超声波流量计、涡轮流量计、电磁流量计。根据工作原理，流量计可分为以下几类：基于压力的差压式流量计，如孔板流量计、文丘里流量计、喷嘴流量计、毕托管流量计、楔形流量计；基于涡流强度的涡街流量计；基于声波传播速度变化的超声波流量计；基于旋转速度的，如涡轮流量计、腰轮流量计、叶轮式水表；以及基于磁场强度的如电磁流量计。

基于压力测量的流量计，由于在整个流量范围内压力测量的不精确而被逐渐淘汰。一些研究者研究开发了基于阀位置和阀压降的阀门流量计，以及基于弯管两端压差测量的弯管流量计。阀门流量计和弯管流量计都是基于压差测量，精度很低，并且没有商业潜力。

涡街流量计和涡轮流量计都有传感器在管道内部，传感器直接与液体接触。如果液体中有悬浮固体，流量计很容易被损坏。如果液体具有腐蚀性，流量计也很容易被腐蚀。这些都限制了流量计只能应用于无腐蚀的清洁流体。

超声波流量计和电磁流量计均具有良好的精度，并且传感器与被测液体没有直接接触，但是流量计的成本高、且不能测量含有气泡较多的液体和气体的流量。超声波流量计对管路的条件和安装也有严格的要求。

由此可见，现有的流量计都有各自的缺点，一定程度上限制了其应用范围和测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种扭矩流量计及其工作方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种扭矩流量计，包括管道、偏心盘、连接臂、支架、应力传感器、智能终端，所述连接臂包括固定连接的连接轴、摇臂，所述连接轴与摇臂不在同一条直线上，所述连接臂的连接轴端与所述偏心盘固定连接并穿过所述管道的管道壁，所述摇臂端与所述支架连接，所述偏心盘设于所述管道内、以所述连接臂的连接轴为轴进行偏心旋转，所述应力传感器设于所述支架上，所述智能终端包括显示模块、输入模块、处理器、存储器、电路，所述显示模块、输入模块、存储器、应力传感器分别通过电路与所述处理器连接。所述管道为所述扭矩流量计需测量的流体管道。偏心盘用于在连接轴上产生净转矩，可以是任意形状；所述应力传感器用于测量摇臂对所述支架作用的应力,通常指能将表面受力转换为模拟电信号的装置，例如电阻应变式传感器，当传感器应变片受力时，应变片的电阻值发生相应的变化，通过电阻应变测量装置可将电阻应变片中的电阻值变化测定出来，换算成应变或输出与应变呈正比的模拟电信号，也可以用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应力或应变值；所述连接臂为适当尺寸，以使摇臂对支架的应力处于适当范围，提高测量精度；所述智能终端用于接收来自传感器的信号，实现与其他设备、人机接口之间的数据通信，对传感器传来的测量数量进行分析处理，从而得出测量的流量。

优选的，所述扭矩流量计还包括旋转位置传感器，所述旋转位置传感器与所述智能终端连接，设于所述连接轴上，用于测量所述连接轴及偏心盘的旋转或所述偏心盘相对于管流方向的相对位置。

优选的，所述支架为2个，所述2个支架之间设有轨道杆，所述轨道杆为弧形，所述摇臂端侧设有滑块，所述滑块与所述轨道杆滑动连接，所述滑块通过设于所述轨道杆外侧的螺旋弹簧与所述支架弹性连接，所述螺旋弹簧用于使所述偏心盘在零流量时置于预先设定的位置。

这里，所述螺旋弹簧可设于所述滑块的一侧，对应的，所述应力传感器设于连接螺旋弹簧的支架上。

另外，所述螺旋弹簧也可设于所述滑块的两侧，即所述螺旋弹簧为2个，对应的，所述应力传感器为1个，设于连接螺旋弹簧的其中1个支架上。所述应力传感器也可为2个，分别设于连接螺旋弹簧的2个支架上。

优选的，所述支架为可调式支架，可以限制和约束所述连接臂的位置。

为了进一步提高流量计的性能，优选的，所述管道在所述偏心盘的下游设有调节盘，以确保流体流过流量计偏心盘的压降变化范围恒定。

为确保流量计上的压力差保持在恒定值，优选的，所述管道设有恒压阀。

优选的，所述管道内的流体为冷冻水、冷却水、自来水、热水、石油等工业液体材料、压缩空气或压缩的工业气体，等等。

为更好地说明本发明，这里，还提供一种所述扭矩流量计的工作方法，具体包括如下步骤：

S1.通过所述智能终端的输入模块输入预先确定的参数，如管道截面积、偏心盘数据、连接臂数据等；

S2.当流体流过所述偏心盘处管道时，所述偏心盘偏转，带动所述连接轴旋转，从而使所述摇臂的滑块在所述轨道杆上滑动；

S3.由于所述滑块产生位移，所述螺旋弹簧产生弹性形变，从而对所述支架产生应力，所述应力传感器对支架的应力进行感测，并通过所述电路传输至所述智能终端；

S4.所述智能终端的存储器内置有对应力传感器传来的应力数据进行分析处理的算法，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。

为进一步提高流量计的精度，这里还对不同传感器感测数据进行综合分析处理。优选的，所述扭矩流量计的工作方法，还包括如下步骤：所述旋转位置传感器对所述连接轴的旋转情况进行感测，将感测的旋转数据通过所述电路传至所述智能终端，所述存储器内置算法综合所述旋转数据，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的扭矩流量计，通过偏心盘等结构设置及电路连接，采取感测应力和旋转位置数据的方式，由性能稳定、价格便宜的应力传感器、位置传感器、偏心盘对扭矩和位置这2个可准确测量的参数进行监测，可对含或不含悬浮固体的所有液体或气体进行测量，实现对管道内流体流量的准确确定与精准测量，具有应用范围广、测量精度高、生成成本低、使用寿命长的特点。

附图说明

图1为本发明实施例的结构原理图；

图2为本发明实施例智能终端的连接原理图；

其中：105.管道，110.偏心盘，120.旋转位置传感器，130.应力传感器，140.螺旋弹簧，150.轨道杆，160.连接臂，180.支架，185.智能终端，190.支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种扭矩流量计，包括管道105、偏心盘110、连接臂160、支架、应力传感器130、智能终端185，所述连接臂160包括固定连接的连接轴、摇臂，所述连接轴与摇臂不在同一条直线上，所述连接臂160的连接轴端与所述偏心盘110固定连接并穿过所述管道105的管道105壁，所述摇臂端与所述支架连接，所述偏心盘110设于所述管道105内、以所述连接臂160的连接轴为轴进行偏心旋转，所述应力传感器130设于所述支架上，所述智能终端185包括显示模块、输入模块、处理器、存储器、电路，所述显示模块、输入模块、存储器、应力传感器130分别通过电路与所述处理器连接。所述管道105为所述扭矩流量计需测量的流体管道105。偏心盘110用于在连接轴上产生净转矩，可以是任意形状；所述应力传感器130用于测量摇臂对所述支架作用的应力；所述连接臂160为适当尺寸，以使摇臂对支架的应力处于适当范围，提高测量精度；所述智能终端185用于接收来自传感器的信号，实现与其他设备、人机接口之间的数据通信，对传感器传来的测量数量进行分析处理，从而得出测量的流量。

为减小流量计的流阻，提高在某些特定的条件下的测量精度。所述扭矩流量计还包括旋转位置传感器120，所述旋转位置传感器120与所述智能终端185连接，设于所述连接轴上，用于测量所述连接轴及偏心盘110的旋转或所述偏心盘110相对于管流方向的相对位置。所述支架为2个，所述2个支架190、180之间设有轨道杆150，所述轨道杆150为弧形，所述摇臂端侧设有滑块，所述滑块与所述轨道杆150滑动连接，所述滑块通过设于所述轨道杆150外侧的螺旋弹簧140与所述支架弹性连接，所述螺旋弹簧140用于使所述偏心盘110在零流量时置于预先设定的位置。这里，所述螺旋弹簧140设于所述滑块的左侧，对应的，所述应力传感器130设于连接螺旋弹簧140的左侧支架190上。

所述支架190、180为可调式支架，可以限制和约束所述连接臂160的位置。

工作时，当流体经过所述偏心盘110，净扭矩产生并通过所述连接臂160和螺旋弹簧140传递到应力传感器130。净扭矩强度随流体流量变化，所述偏心盘110和连接臂160对应扭矩强度旋转不同角度，旋转位置传感器120感应旋转的角度。所述应力传感器130和旋转位置传感器120都把信号发送给所述智能终端185。所述智能终端185根据接收到的旋转位置、扭矩和其它预先确定的扭矩流量计参数来确定流量。这里，虽然所述偏心盘110的旋转位置会随流量改变发生显著变化，但扭矩始终保持大致相同。通过流量计的流阻保持相同或最小值。

图中未示出的是，为了进一步提高流量计的性能，所述管道105在所述偏心盘110的下游设有调节盘，以确保流体流过流量计偏心盘110的压降恒定。为确保流量计上的压力差保持在恒定值，所述管道105设有恒压阀。

这里，所述扭矩流量计可以用于含有或不含悬浮固体的液体、水和气体的直管中，即，所述管道105内的流体可为冷冻水、冷却水、自来水、热水、石油等工业液体材料、压缩空气或压缩的工业气体，等等。

为更好地说明本发明，这里，还提供一种所述扭矩流量计的工作方法，具体包括如下步骤：

S1.通过所述智能终端185的输入模块输入预先确定的参数，如管道105截面积、偏心盘110数据、连接臂160数据等；

S2.当流体流过所述偏心盘110处管道105时，所述偏心盘110偏转，带动所述连接轴旋转，从而使所述摇臂的滑块在所述轨道杆150上滑动；

S3.由于所述滑块产生位移，所述螺旋弹簧140产生弹性形变，从而对所述支架190产生应力，所述应力传感器130对支架190的应力进行感测，并通过所述电路传输至所述智能终端185；

S4.所述智能终端185的存储器内置有对应力传感器130传来的应力数据进行分析处理的算法，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。

为进一步提高流量计的精度，这里还对不同传感器感测数据进行综合分析处理。所述扭矩流量计的工作方法，还包括如下步骤：所述旋转位置传感器120对所述连接轴的旋转情况进行感测，将感测的旋转数据通过所述电路传至所述智能终端185，所述存储器内置算法综合所述旋转数据，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种扭矩流量计，其特征在于，包括管道、偏心盘、连接臂、支架、应力传感器、智能终端，所述连接臂包括固定连接的连接轴、摇臂，所述连接轴与摇臂不在同一条直线上，所述连接臂的连接轴端与所述偏心盘固定连接并穿过所述管道的管道壁，所述摇臂端与所述支架连接，所述偏心盘设于所述管道内、以所述连接臂的连接轴为轴进行偏心旋转，所述应力传感器设于所述支架上，所述智能终端包括显示模块、输入模块、处理器、存储器、电路，所述显示模块、输入模块、存储器、应力传感器分别通过电路与所述处理器连接。

2.根据权利要求1所述的扭矩流量计，其特征在于，所述扭矩流量计还包括旋转位置传感器，所述旋转位置传感器与所述智能终端连接，设于所述连接轴上，用于测量所述连接轴及偏心盘的旋转或所述偏心盘相对于管流方向的相对位置。

3.根据权利要求2所述的扭矩流量计，其特征在于，所述支架为2个，所述2个支架之间设有轨道杆，所述轨道杆为弧形，所述摇臂端侧设有滑块，所述滑块与所述轨道杆滑动连接，所述滑块通过设于所述轨道杆外侧的螺旋弹簧与所述支架弹性连接，所述螺旋弹簧用于使所述偏心盘在零流量时置于预先设定的位置。

4.根据权利要求3所述的扭矩流量计，其特征在于，所述螺旋弹簧可设于所述滑块的一侧，对应的，所述应力传感器设于连接螺旋弹簧的支架上。

5.根据权利要求3所述的扭矩流量计，其特征在于，所述螺旋弹簧也可设于所述滑块的两侧，即所述螺旋弹簧为2个，对应的：所述应力传感器为1个，设于连接螺旋弹簧的其中1个支架上；或所述应力传感器为2个，分别设于连接螺旋弹簧的2个支架上。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的扭矩流量计，其特征在于，所述支架为可调式支架，可以限制和约束所述连接臂的位置。

7.根据权利要求6所述的扭矩流量计，其特征在于，所述管道在所述偏心盘的下游设有调节盘。

8.根据权利要求7所述的扭矩流量计，其特征在于，所述管道设有恒压阀。

9.一种所述扭矩流量计的工作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1.通过所述智能终端的输入模块输入管道截面积、偏心盘数据、连接臂数据这些预先确定的参数；

S2.当流体流过所述偏心盘处管道时，所述偏心盘偏转，带动所述连接轴旋转，从而使所述摇臂的滑块在所述轨道杆上滑动；

S3.由于所述滑块产生位移，所述螺旋弹簧产生弹性形变，从而对所述支架产生应力，所述应力传感器对支架的应力进行感测，并通过所述电路传输至所述智能终端；

S4.所述智能终端的存储器内置有对应力传感器传来的应力数据进行分析处理的算法，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。

10.根据权利要求9所述的扭矩流量计的工作方法，其特征在于，还包括如下步骤：所述旋转位置传感器对所述连接轴的旋转情况进行感测，将感测的旋转数据通过所述电路传至所述智能终端，所述存储器内置算法综合所述旋转数据，由所述处理器进行分析计算处理，最终得出流体的流量情况在所述显示模块显示出来。