CN111157060A - 一种管道流量测量计、测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道流量测量计、测量系统及测量方法。所述管道流量测量计，包括：微压计、检测管、静压管和多根总压管；检测管设置在被测管道的内部；静压管和多根总压管均设置在检测管的内部；总压管的数量大于或等于12根；检测管的迎流面开设有多个总压口；总压管的一端通过对应的总压口插入被测管道内的待测物中；总压管的另一端穿过检测管的一端与微压计的正端连接；检测管的背流面开设有静压口；静压管的一端通过静压口插入被测管道内的待测物中，静压管的另一端穿过检测管的一端与微压计的负端连接。本发明通过在检测管内设置静压管和多个总压管，可以同时进行多组数值的测量，在计算时考虑流速分布，使最终得到的总体流量结果精确度高。

Description

一种管道流量测量计、测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及计量领域，特别是涉及一种管道流量测量计、测量系统及测量 方法。

背景技术

常用流量测量原理可以归纳为容积法、标准测量计法、质量法、速度面积 法。速度面积法就是流通截面恒定不变时，由一元流动连续性方程，可知截面 上平均流速和体积流量成正比，速度面积法是依据管道截面上的平均流速计算 流量的，若再得到被测流体密度，就可以得到流体的质量流量。近年来，速度 面积法已经被国内外广泛应用，速度面积法中的等面积法因为测点分布计算简 单且测量相对准确被多个国家列为国家测量标准。速度面积法多用皮托管单管 进行测量，现有皮托管多为L、S形皮托管，每次仅能完成一个特征点的测量， 在测量时需要的测量计数目多耗时长，且当移动距离不精确时，容易造成定位 精度不准确，测量结果有偏差，影响最终结果的准确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种管道流量测量计、测量系统及测量方法，以提升 测量结果的准确度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种管道流量测量计，包括：微压计、检测管、静压管和多根总压管；所 述检测管设置在被测管道的内部；所述微压计设置在所述被测管道的外部；所 述检测管为一密封的管道；所述静压管和多根所述总压管均设置在所述检测管 的内部；所述总压管的数量大于或等于12根；所述检测管的迎流面开设有多个 总压口，且多个所述总压口沿所述检测管的轴向排布；所述总压口与所述总压 管一一对应；所述总压管的一端通过对应的总压口插入所述被测管道内的待测 物中，所述总压管的另一端穿过所述检测管的一端与所述微压计的正端连接； 所述检测管的背流面开设有静压口；所述静压管的一端通过所述静压口插入所 述被测管道内的待测物中，所述静压管的另一端穿过所述检测管的一端与所述 微压计的负端连接。

可选的，所述检测管包括第一密封盖、管体、支撑管和第二密封盖；所述 支撑管的一端穿过所述被测管道的内壁与所述管体的一端连接，所述支撑管的 另一端与所述第一密封盖连接；所述第二密封盖设置在所述管体的另一端；所 述第一密封盖上开设有多个检测口，所述总压管通过所述检测口与所述微压计 的正端连接，所述静压管通过所述检测口与所述微压计的负端连接，一个所述 检测口对应一个所述总压管或一个所述静压管。

可选的，所述静压口为N个；N个所述静压口沿所述检测管的轴向排布； 所述静压管上还开设有N-1个静压端口；所述静压管的一端通过一个对应的静 压口插入所述被测管道内的待测物中；N-1个静压端口与N-1个静压口一一对 应；所述静压端口通过对应的静压口与所述被测管道内的待测物连通；其中， N≥1。

可选的，所述管道流量测量计，还包括：挡圈；所述管体的一端通过所述 挡圈与所述支撑管连接。

可选的，所述管道流量测量计，还包括：固定法兰；所述固定法兰设置在 所述被测管道上；所述支撑管的另一端通过所述固定法兰与所述第一密封盖连 接。

可选的，所述挡圈包括固定部和密封部；所述固定部套设在所述支撑管的 一端；所述密封部套设在所述固定部的外表面，且沿所述固定部的径向延伸至 所述被测管道的内壁；所述密封部用于避免待测物进入所述固定法兰。

可选的，所述检测管的外壁由第一弧面、第一矩形面、第二弧面和第二矩 形面依次连接而成，所述第一矩形面和所述第二矩形相同且相对设置，所述第 一弧面和所述第二弧面相同且相对设置。

可选的，所述检测管的内壁由第一圆弧面、第二圆弧面、第三圆弧面和第 四圆弧面依次连接而成；所述第一圆弧面和所述第三圆弧面相同且相对设置， 所述第二圆弧面和所述第四圆弧面相同且相对设置；所述第一圆弧面的周长小 于所述第二圆弧面的周长；所述第一圆弧面的一端与所述第二圆弧面的一端连 接形成第一连接点，所述第二圆弧面的另一端与所述第三圆弧面的一端连接形 成第二连接点，所述第一连接点和所述第二连接点之间的距离为第一距离；所 述第一圆弧面对应的半径小于所述第一距离的一半。

一种管道流量测量系统，包括：数据采集器、上位机和上述所述的管道流 量测量计；所述管道流量测量计中的微压计的输出端与所述数据采集器连接， 所述数据采集器与所述上位机连接，所述数据采集器用于采集所述微压计测量 到的被测管道中待测点的压力值，并将所述压力值发送至所述上位机；所述上 位机用于根据所述压力值和预先存储的微压计校正拟合曲线，得到所述被测管 道内的流量。

一种管道流量测量方法，应用于上述所述的管道流量测量系统；所述方法 包括：

获取微压计测量到的被测管道中待测点的压力值；所述待测点为总压管插 入被测管道内的位置；所述压力值为微压计测量到的待测点处的总压管的压力 与测量到的静压管的压力的差值；

根据预先存储的微压计校正拟合曲线，确定所有待测点的压力值对应的流 速值；

确定第二距离；所述第二距离为待测点与所述被测管道的内壁之间的距离；

根据所述流速值和所有待测点对应的第二距离，确定距离-速度拟合曲线；

将最大流速值按照设定步长划分成多个子流速；所述最大流速值为所述流 速值中的最大值；

根据多个所述子流速和所述距离-速度拟合曲线确定第三距离；所述第三距 离为所述子流速对应的待测点与被测管道的内壁之间的距离；

根据管道半径、所有子流速对应的第三距离和多个所述子流速确定被测管 道内的流量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开 了一种管道流量测量计、测量系统及测量方法，通过在检测管内设置静压管和 多个总压管，可以同时进行多组数值的测量，相比现有技术每次只能对一个点 进行测量，本发明使测量结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1管道流量测量计的部分结构示意图1。

图2为本发明实施例1管道流量测量计中的径向的截面示意图。

图3为本发明实施例1管道流量测量计中的静压管和总压管的位置示意图。

图4为本发明实施例1管道流量测量计的部分结构示意图2。

图5为本发明实施例1管道流量测量计中的第一检测盖的结构示意图。

图6为本发明实施例1管道流量测量计中的检测管的截面结构示意图。

图7为本发明实施例1管道流量测量计安装在管道内部的示意图。

图8为本发明实施例3管道流量测量系统的结构示意图。

图9为本发明实施例4管道流量测量方法的流程图。

符号说明：

1-第二密封盖、2-管体、2-1-第一矩形面、2-2-第一弧面、2-3-第一圆弧面、 2-4-第二圆弧面、2-5-第三圆弧面、2-6-第四圆弧面、3-总压管组、3-1-第一总压 管、3-2-第二总压管、3-3-第三总压管、3-4-第四总压管、3-5-第五总压管、3-6- 第六总压管、3-7-第七总压管、3-8-第八总压管、3-9-第九总压管、3-10-第十总 压管、3-11-第十一总压管、3-12-第十二总压管、4-静压管、5-支撑管、6-挡圈、 6-1-固定部、6-2-密封部、7-固定法兰、8-第一密封盖、9-微压计、10-数据采集 器、11-上位机、12-管道内壁、13-管道法兰。

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。

本发明的目的是提供一种管道流量测量计、测量系统及测量方法。通过在 检测管内设置静压管和多个总压管，可以同时进行多组数值的测量，相比现有 技术每次只能对一个点进行测量，本发明使测量结果更加准确。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供的管道流量测量计包括：微压计9、检测管、 静压管4和总压管组3；所述总压管组3包括多根总压管。

所述检测管设置在被测管道的内部；所述微压计9设置在所述被测管道的 外部；所述检测管为一密封的管道；所述静压管4和多根所述总压管(在图中 仅示出12根为第一总压管3-1、第二总压管3-2、第三总压管3-3、第四总压管 3-4、第五总压管3-5、第六总压管3-6、第七总压管3-7、第八总压管3-8、第九 总压管3-9、第十总压管3-10、第十一总压管3-11、第十二总压管3-12)均设置 在所述检测管的内部；所述总压管的数量大于或等于12根；所述检测管的迎流 面开设有多个总压口，且多个所述总压口沿所述检测管的轴向排布，总压口之 间可以等间隔排布，也可以不等间隔排布，根据检测需求确定，测量不同管径 不同流速时可采用不同的排列方式，大口径高流速时采用大距离间隔，较小口 径低流速时采用小距离间隔，总压口的数量根据测量需要进行确定；所述总压 口与所述总压管一一对应；所述总压管的一端通过对应的总压口插入所述被测 管道内的待测物中，所述总压管的另一端穿过所述检测管的一端与所述微压计9 的正端连接；所述检测管的背流面开设有静压口；所述静压管4的一端通过所 述静压口插入所述被测管道内的待测物中，所述静压管4的另一端穿过所述检 测管的一端与所述微压计9的负端连接。

微压计9根据第一总压管3-1测得的第一个待测点的压力值和静压口处测得 的压力值得到第一个待测点与静压口的压力差值，根据第二总压管3-2测得的第 二个待测点的压力值和静压口处测得的压力值得到第二个待测点与静压口的压 力差值，后续多个待测点与静压口的压力差值均如此计算，可以同时测量多个 待测点与静压口的压力差值。

如图4所示，作为一种可选的实施方式，所述检测管包括第一密封盖8、管 体2、支撑管5和第二密封盖1；所述支撑管5的一端穿过所述被测管道的内壁 与所述管体2的一端通过焊接的方式连接，所述支撑管5的另一端与所述第一 密封盖8通过焊接的方式连接；所述第二密封盖1通过焊接的方式设置在所述 管体2的另一端。如图5所示，所述第一密封盖8上开设有多个检测口，所述 总压管组3通过所述检测口与所述微压计9的正端连接，所述静压管4通过所 述检测口与所述微压计9的负端连接，一个所述检测口对应一个所述总压管或 一个所述静压管4。

作为一种可选的实施方式，所述检测管的材质为金属。

作为一种可选的实施方式，为了防止所述静压口单口堵塞，所述静压口设 置为N个；N个所述静压口沿所述检测管的轴向排布；所述静压管4上还开设 有N-1个静压端口；所述静压管4的一端通过一个对应的静压口插入所述被测 管道内的待测物中；N-1个静压端口与N-1个静压口一一对应；所述静压端口通 过对应的静压口与所述被测管道内的待测物连通；其中，N≥1。

作为一种可选的实施方式，所述管道流量测量计，还包括：挡圈6；所述管 体2的一端通过所述挡圈6与所述支撑管5连接。

作为一种可选的实施方式，所述管道流量测量计，还包括：固定法兰7；所 述固定法兰7设置在所述被测管道上；所述支撑管5的另一端通过所述固定法 兰7与所述第一密封盖8连接，所述测量计插入被测管道中，总压口的方向垂 直于待测物的流动方向，并将固定法兰7与管道法兰用螺栓固定。

作为一种可选的实施方式：所述固定法兰7材质为铝，根据常见的管道法 兰直径可以做成不同的大小，更换不同规格的固定法兰7可以适应不同的管道， 可根据管道法兰的高度调整位置，与所述支撑管5采用紧定螺钉连接，保证测 量孔位精度。

作为一种可选的实施方式，所述挡圈6包括固定部6-1和密封部6-2；所述 固定部6-1套设在所述支撑管5的一端；所述密封部6-2套设在所述固定部6-1 的外表面，且沿所述固定部6-1的径向延伸至所述被测管道的内壁；所述密封部 6-2用于避免待测物进入所述固定法兰7造成管道法兰通道出口流动方向与管道 内流体方向不同，形成二次流，影响测量结果。

作为一种可选的实施方式，所述挡圈6采用类似固定法兰7的结构，根据 管道法兰的直径可以做成不同的大小，与支撑管5采用紧定螺钉连接，保证测 量孔位精度。

作为一种可选的实施方式，所述固定部6-1的材质为铝材，所述密封部6-2 的材质为橡胶。所述固定部6-1和所述密封部6-2通过胶粘接在一起，既能保证 定位固定，又能够有效密封。

如图6所示，作为一种可选的实施方式，所述检测管的外壁由第一弧面2-2、 第一矩形面2-1、第二弧面和第二矩形面依次连接而成，所述第一矩形面2-1和 所述第二矩形相同且相对设置，所述第一弧面2-2和所述第二弧面相同且相对设 置。

作为一种可选的实施方式，所述第一矩形面2-1和所述第二矩形面作为背流 面，使得流体分离点固定不会跟随雷诺数改变，增大输出差压；所述第一弧面 2-2和所述第二弧面作为迎流面，能够减小流体的改变，避免影响背压。检测管 的外壁形状使得测量时气体流量区稳定。

作为一种可选的实施方式，所述检测管的内壁由第一圆弧面2-3、第二圆弧 面2-4、第三圆弧面2-5和第四圆弧面2-6依次连接而成；所述第一圆弧面2-3 和所述第三圆弧面2-5相同且相对设置，所述第二圆弧面2-4和所述第四圆弧面 2-6相同且相对设置；所述第一圆弧面2-3的周长小于所述第二圆弧面2-4的周 长；所述第一圆弧面2-3的一端与所述第二圆弧面2-4的一端连接形成第一连接 点a，所述第二圆弧面2-4的另一端与所述第三圆弧面2-5的一端连接形成第二 连接点b，所述第一连接点a和所述第二连接点b之间的距离H1为第一距离； 所述第一圆弧面2-3对应的半径R1小于所述第一距离H1的一半，所述第二圆弧面2-4对应的半径R2大于所述第一距离H1的一半，内壁形状使得内部容量 大足够放置静压管4和多根总压管、能够满足检测管的密封性、避免温度的过 多影响、减轻装置整体的重量。

作为一种可选的实施方式，所述微压计由多个微压传感器组成。

作为一种可选的实施方式，所述微压传感器为setra微压传感器。

图7为将本实施例管道流量测量计安装在管道内部的示意图，如图7所示， 所述检测管插入被测管道内部，所述挡圈与被测管道内壁12接触，用于防止被 测物进入管道法兰13。

本实施例通过在检测管内设置静压管和多个总压管，可以同时进行多组数 值的测量，相比现有技术每次只能对一个点进行测量，使测量结果更加准确。

实施例2

本实施例与上述实施例的不同在于，本实施例中的总压管为12根，总压口 也为12根，所述总压口等间隔设置，可以同时测量12个测点(离壁面处最近 的一点距壁面25.4mm，每两点相隔25.4mm)的速度，节省时间，且12个总压 口的间距可通过制作工艺保证精度，解决耗时长、定位不准确以及计算误差较 大的问题。

实施例3

如图8所示，本实施例提供的管道流量测量系统包括：数据采集器10、上 位机11和上述所述的管道流量测量计；所述管道流量测量计中的微压计9的输 出端与所述数据采集器10连接，所述数据采集器10与所述上位机11连接，所 述数据采集器10用于采集所述微压计9测量到的被测管道中待测点的压力值， 并将所述压力值发送至所述上位机11；所述上位机11用于根据所述压力值和预 先存储的微压计校正拟合曲线，得到所述被测管道内的流量。

作为一种可选的实施方式，所述数据采集器10型号为KEYSIGHT 34970A。

本实施例通过在检测管内设置静压管和多个总压管，可以同时进行多组数 值的测量，使测量结果更加准确，而且本实施例设置数据采集器和上位机实现 了自动对流量进行计算无需人工干预，方便快捷。

实施例4

如图9所示，本实施例提供的管道流量测量方法应用于上述所述的管道流 量测量系统；所述方法包括：

S1：获取微压计测量到的被测管道中待测点的压力值；所述待测点为总压 管插入被测管道内的位置；所述压力值为微压计测量到的待测点处的总压管的 压力与测量到的静压管的压力的差值。

S2：根据预先存储的微压计校正拟合曲线，确定所有待测点的压力值对应 的流速值。

S3：确定第二距离；所述第二距离为待测点与所述被测管道的内壁之间的 距离。

S4：根据所述流速值和所有待测点对应的第二距离，确定距离-速度拟合曲 线。

所述S4具体包括：以第二距离为变量x，所述流速值为变量v，将数据代 入MATLAB中进行样条曲线拟合，确定距离-速度拟合曲线。

S5：将最大流速值按照设定步长划分成多个子流速；所述最大流速值为所 述流速值中的最大值。

所述S5具体包括：将测得的多个流速值中的最大值设定为最大流速值 vmax，根据每间隔1m/s将vmax划分为n等分，得到多个子流速v0、v1、v2、…、 vn。

S6：根据多个所述子流速和所述距离-速度拟合曲线确定第三距离；所述第 三距离为所述子流速对应的待测点与被测管道的内壁之间的距离。

所述S6具体包括：根据所述距离-速度拟合曲线取得子流速v0、v1、v2、…、 vn对应的x坐标值x0、x1、x2、…、xn即所述子流速对应的待测点与被测管道 的内壁之间的距离。

S7：根据管道半径、所有子流速对应的第三距离和多个所述子流速确定被 测管道内的流量。

所述S7具体包括：

S001：根据计算两个相邻待测点流速的平均流速vavg-i。

S002：根据计算所述平均流速对应的面积，其中r为被测管道的半径。

S003：根据得到子区域流量Q。

S004：进行壁面效应调整流速计算子区域外流量。

S005：将子区域外流量和子区域测量相加得到被测管道内的流量。

本实施例通过同时计算多个待测点对应的流速值计算总体流量，考虑流速 分布使最终计算的总体流量结果精确度高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种管道流量测量计，其特征在于，包括：微压计、检测管、静压管和多根总压管；

所述检测管设置在被测管道的内部；所述微压计设置在所述被测管道的外部；所述检测管为一密封的管道；所述静压管和多根所述总压管均设置在所述检测管的内部；所述总压管的数量大于或等于12根；所述检测管的迎流面开设有多个总压口，且多个所述总压口沿所述检测管的轴向排布；所述总压口与所述总压管一一对应；所述总压管的一端通过对应的总压口插入所述被测管道内的待测物中，所述总压管的另一端穿过所述检测管的一端与所述微压计的正端连接；所述检测管的背流面开设有静压口；所述静压管的一端通过所述静压口插入所述被测管道内的待测物中，所述静压管的另一端穿过所述检测管的一端与所述微压计的负端连接。

2.根据权利要求1所述的一种管道流量测量计，其特征在于，所述检测管包括第一密封盖、管体、支撑管和第二密封盖；所述支撑管的一端穿过所述被测管道的内壁与所述管体的一端连接，所述支撑管的另一端与所述第一密封盖连接；所述第二密封盖设置在所述管体的另一端；所述第一密封盖上开设有多个检测口，所述总压管通过所述检测口与所述微压计的正端连接，所述静压管通过所述检测口与所述微压计的负端连接，一个所述检测口对应一个所述总压管或一个所述静压管。

3.根据权利要求1所述的一种管道流量测量计，其特征在于，所述静压口为N个；N个所述静压口沿所述检测管的轴向排布；所述静压管上还开设有N-1个静压端口；所述静压管的一端通过一个对应的静压口插入所述被测管道内的待测物中；N-1个静压端口与N-1个静压口一一对应；所述静压端口通过对应的静压口与所述被测管道内的待测物连通；其中，N≥1。

4.根据权利要求2所述的一种管道流量测量计，其特征在于，还包括：挡圈；所述管体的一端通过所述挡圈与所述支撑管连接。

5.根据权利要求4所述的一种管道流量测量计，其特征在于，还包括：固定法兰；所述固定法兰设置在所述被测管道上；所述支撑管的另一端通过所述固定法兰与所述第一密封盖连接。

6.根据权利要求5所述的一种管道流量测量计，其特征在于，所述挡圈包括：固定部和密封部；所述固定部套设在所述支撑管的一端；所述密封部套设在所述固定部的外表面，且沿所述固定部的径向延伸至所述被测管道的内壁；所述密封部用于避免待测物进入所述固定法兰。

7.根据权利要求1所述的一种管道流量测量计，其特征在于，所述检测管的外壁由第一弧面、第一矩形面、第二弧面和第二矩形面依次连接而成，所述第一矩形面和所述第二矩形相同且相对设置，所述第一弧面和所述第二弧面相同且相对设置。

8.根据权利要求1所述的一种管道流量测量计，其特征在于，所述检测管的内壁由第一圆弧面、第二圆弧面、第三圆弧面和第四圆弧面依次连接而成；所述第一圆弧面和所述第三圆弧面相同且相对设置，所述第二圆弧面和所述第四圆弧面相同且相对设置；所述第一圆弧面的周长小于所述第二圆弧面的周长；所述第一圆弧面的一端与所述第二圆弧面的一端连接形成第一连接点，所述第二圆弧面的另一端与所述第三圆弧面的一端连接形成第二连接点，所述第一连接点和所述第二连接点之间的距离为第一距离；所述第一圆弧面对应的半径小于所述第一距离的一半。

9.一种管道流量测量系统，其特征在于，包括：数据采集器、上位机和权利要求1-8中任意一项所述的管道流量测量计；所述管道流量测量计中的微压计的输出端与所述数据采集器连接，所述数据采集器与所述上位机连接，所述数据采集器用于采集所述微压计测量到的被测管道中待测点的压力值，并将所述压力值发送至所述上位机；所述上位机用于根据所述压力值和预先存储的微压计校正拟合曲线，得到所述被测管道内的流量。

10.一种管道流量测量方法，其特征在于，应用于权利要求9中的一种管道流量测量系统；所述方法包括：

获取微压计测量到的被测管道中待测点的压力值；所述待测点为总压管插入被测管道内的位置；所述压力值为微压计测量到的待测点处的总压管的压力与测量到的静压管的压力的差值；

根据预先存储的微压计校正拟合曲线，确定所有待测点的压力值对应的流速值；

确定第二距离；所述第二距离为待测点与所述被测管道的内壁之间的距离；

根据所述流速值和所有待测点对应的第二距离，确定距离-速度拟合曲线；

将最大流速值按照设定步长划分成多个子流速；所述最大流速值为所述流速值中的最大值；

根据多个所述子流速和所述距离-速度拟合曲线确定第三距离；所述第三距离为所述子流速对应的待测点与被测管道的内壁之间的距离；

根据管道半径、所有子流速对应的第三距离和多个所述子流速确定被测管道内的流量。

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