CN111854864A - 一种非满管液体流量测量装置 - Google Patents

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曾伟
薛彪
王文吉
邓林森
易旭涛
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Gongzui Hydroelectric Power General Factory of China Guodian Dadu River Hydropower Development Co Ltd
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    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
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Abstract

本发明公开了一种非满管液体流量测量装置，包括第一法兰、装置箱体、液位计、节流板和第二法兰；所述节流板位于装置箱体的内部，节流板所在的平面与液体在管道内的流动方向垂直，节流板的下方边缘和两侧边缘与装置箱体密封连接，节流板的上方边缘与装置箱体具有间隙；所述节流板上方设置有凹槽；所述液位计位于所述进液腔内。利用流过特定形状截面时，进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系，所述确定关系可以参照现有流体力学中的堰流来进行流量计算方式；结合进液腔液位测量间接得到管道内流量，解决目前市面上的非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量的问题。

Description

一种非满管液体流量测量装置
技术领域
本发明属于液体流量测量技术领域，具体涉及一种非满管液体流量测量装置。
背景技术
管道内液体流量是工业过程测量中的一个重要参数，目前主流的流量测量方法有伯努利方程原理测量法、速度式流量测量法、容积式测量，质量流量测量法等，这些测量方法都只能在管道内完全充满液体介质的情况下进行测量，无法对没有完全充满液体介质的管道进行流量测量。目前市面上的超声波非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量。
发明内容
本发明提供了一种非满管液体流量测量装置，解决目前市面上的非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量的问题。
本发明所采用的技术方案为：
本发明提供了一种非满管液体流量测量装置，包括装置箱体、液位计、节流板；所述装置箱体的两侧分别设置有进液管和出液管，且箱体2内部与进液管和出液管连通；所述进液管的端部连接有第一法兰，出液管的端部连接第二法兰；所述节流板位于装置箱体的内部，节流板所在的平面与液体在管道内的流动方向垂直，节流板的下方边缘和两侧边缘与装置箱体密封连接，节流板的上方边缘与装置箱体具有间隙；所述节流板上方设置有凹槽；所述节流板将装置箱体内部分为进液腔和出液腔，所述进液腔与进液管连通，所述出液腔与出液管连通；所述液位计位于所述进液腔内。
根据上述技术，装置为箱体结构，进液口和出液口设置为法兰，可根据管道型号进行设置，适用于圆管、矩形管，异形管结构；装置箱体中间设置节流板，通过节流版将箱体分割为进液腔和出液腔，节流版中间开有凹槽，在凹槽尺寸一定的情况下，利用管道内液体在非满管状态下，流过特定形状截面时，进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系，所述确定关系可以参照现有流体力学中的堰流来进行流量计算方式；结合进液腔液位测量间接得到管道内流量，解决目前市面上的非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量的问题。
在一种可能的设计中，所述液位计采用电容式液位计。
在一种可能的设计中，所述装置箱体的过流横切面面积大于所测管道的横切面面积。
在一种可能的设计中，所述装置箱体为长方体。
在一种可能的设计中，所述节流板上方的凹槽为V型槽或矩形槽，所述凹槽的过流横切面面积小于所测管道的横切面面积。
在一种可能的设计中，所述出液腔顶部设置有呼吸阀。通过装置箱体顶部设置呼吸阀，保障箱体内部与大气相通，同时在管道出现满管时，防止液体介质溢出。
在一种可能的设计中，所述凹槽的最底部高于所测管道的最底部，凹槽的顶部开口高于所测管道的顶部。
在一种可能的设计中，所述第一法兰的中心线与第二法兰的中心线位于同一直线上。
在一种可能的设计中，所述装置位于所测管道的水平段，并且所述第一法兰的中心线与第二法兰的中心线与所测管道的中心线位于同一直线上。
在一种可能的设计中，所述水端法兰的内径、第二法兰的内径和所测管道的内径相同。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1.本发明装置为箱体结构，进液口和出液口设置为法兰，可根据管道型号进行设置，适用于圆管、矩形管，异形管结构；装置箱体中间设置节流板，通过节流版将箱体分割为进液腔和出液腔，节流版中间开有凹槽，在凹槽尺寸一定的情况下，利用管道内液体在非满管状态下，流过特定形状截面时，进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系，所述确定关系可以参照现有流体力学中的堰流来进行流量计算方式；结合进液腔液位测量间接得到管道内流量，解决目前市面上的非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量的问题；
2.本发明通过装置箱体顶部设置呼吸阀，保障箱体内部与大气相通，同时在管道出现满管时，防止液体介质溢出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明的结构图；
图2是本发明实施例节流板上凹槽为V型的结构图。
图中附图标记为：
1-第一法兰，2-装置箱体，3-液位计，4-节流板，5-第二法兰，6-呼吸阀，7-进液管，8-出液管，201-进液腔，202-出液腔，401-凹槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
应当理解，术语第一、第二等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。尽管本文可以使用术语第一、第二等等来描述各种单元，这些单元不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个单元和另一个单元。例如可以将第一单元称作第二单元,并且类似地可以将第二单元称作第一单元，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。
应当理解，当将单元称作与另一个单元“连接”、“相连”或“耦合”时，它可以与另一个单元直接连接或耦合，或中间单元可以存在。相対地，当将单元称作与另一个单元“直接相连”或“直接耦合”时，不存在中间单元。应当以类似方式来解释用于描述单元之间的关系的其他单词(例如，“在……之间”对“直接在……之间”,“相邻”对“直接相邻”等等)。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意在限制本发明的示例实施例。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”意在包括复数形式，除非上下文明确指示相反意思。还应当理解术语“包括”、“包括了”、“包含”、和/或“包含了”当在本文中使用时,指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性,并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节,以便于对示例实施例的完全理解。然而,本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。
实施例1：
如图1所示，本实施例在第一方面提供了一种非满管液体流量测量装置，包括装置箱体2、液位计3、节流板4；所述装置箱体2的两侧分别设置有进液管7和出液管8，且箱体2内部与进液管7和出液管8连通；所述进液管7的端部连接有第一法兰1，出液管8的端部连接第二法兰5；所述节流板4位于装置箱体2的内部，节流板4所在的平面与液体在管道内的流动方向垂直，节流板4的下方边缘和两侧边缘与装置箱体2密封连接，节流板4的上方边缘与装置箱体2具有间隙；所述节流板4上方设置有凹槽401；所述节流板4将装置箱体2内部分为进液腔201和出液腔202，所述进液腔201与进液管7连通，所述出液腔202与出液管8连通；所述液位计3位于所述进液腔201内。装置为箱体结构，进液口和出液口设置为法兰，具体实施时可根据管道型号进行法兰的设置，适用于圆管、矩形管，异形管结构；装置箱体中间设置节流板，通过节流版将箱体分割为进液腔和出液腔，节流版中间开有凹槽，在凹槽尺寸一定的情况下，利用管道内液体在非满管状态下，流过特定形状截面时，进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系，所述确定关系可以参照现有流体力学中的堰流来进行流量计算方式；结合进液腔液位测量间接得到管道内流量，解决目前市面上的非满管流量计在流速慢、流量小的情况下无法准确测量的问题。
在一种可能的设计中，所述液位计3采用电容式液位计。通过在进液腔顶部设置液位计，具体实施时，可根据液体介质特性、液位高度等选择其它原理、形式的液位测量元件，测得的进液腔中的液位，即可换算出管道中的流量。
具体实施时，所述装置箱体2的过流横切面面积大于所测管道的横切面面积。所述装置箱体2的横切面是指箱体垂直于液体流动方向的横切面；所对应的，管道的横切面是指垂直于液体流动方向的横切面。
在一种可能的设计中所述装置箱体2为长方体。具体实施时，箱体2也可以是正方体、圆球形或其他不规则的箱体。
具体实施时，如图2所示，所述节流板4上方的凹槽401为V型槽、矩形槽或梯形槽，所述凹槽的过流横切面面积小于所测管道的横切面面积；例如在V型槽的情况下，可以采用现有技术中流体力学中堰流的三角堰计算方式，管道中的流量与进液腔中的液位呈一定确定的关系Q＝Ch5/2，其中Q为管道中的流量，h进液腔的液位，C为常数，该常数与V型槽的尺寸、液体介质的黏度等有关，可通过试验测得。在其他的设计可能中，例如在使用矩形槽或梯形槽时，需要根据矩形槽或梯形槽对应的计算方式进行计算，其计算方式在现有的流体力学中堰流的部分，在此不做详细说明，本装置利用的是所述的硬件结构，利用现有的计算方式获得管道流量，不对计算方式进行保护；需要特别说明的是，当进液腔中的液位与V型槽顶部齐平时，即为装置所能测得的最大流量。
在一种可能的设计中，所述出液腔202顶部设置有呼吸阀6。通过装置箱体顶部设置呼吸阀，保障箱体内部与大气相通，使得液位不会受到管内气压影响，使得测量精度更高，具体实施时，在管道出现满管时，呼吸阀可以防止液体介质溢出。
具体实施时，所述凹槽401的最底部高于所测管道的最底部，凹槽401的顶部开口高于所测管道的顶部。保证节流板的有效性。
具体实施时，所述第一法兰1的中心线与第二法兰5的中心线位于同一直线上。所述装置位于所测管道的水平段，并且所述第一法兰1的中心线与第二法兰5的中心线与所测管道的中心线位于同一直线上。所述第一法兰1的内径、第二法兰5的内径和所测管道的内径相同。
在第二方面，本实施还提供一种带有处理器的非满管液体流量测量装置，该装置包括第一方面的基础上，还包括处理器、存储器、收发器以及显示模块；所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如实施例第一方面中所对应进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系的计算方式，所述显示模块用于显示所述处理器计算的结果。
具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(First Input First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First In Last Out，FILO)等等；所述处理器可以不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器；所述收发器可以但不限于为无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)无线收发器、蓝牙无线收发器、通用分组无线服务技术(General Packet RadioService，GPRS)无线收发器和/或紫蜂协议(ZigBee)无线收发器等。此外，所述装置可以但不限于包括有电源模块和其它必要的部件。
本实施例第三方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如实施例第一方面中所对应的进液腔液位与管道内流量之前存在一定的确定关系的计算方式。所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。
本实施例提供的计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见现有流体力学中的堰流中对应的计算方法，于此不再赘述。
以上所描述的多个实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到第二方面的装置可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行现有流体力学中的堰流中对应的计算方法。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非满管液体流量测量装置，其特征在于，装置箱体(2)、液位计(3)、节流板(4)；所述装置箱体(2)的两侧分别设置有进液管(7)和出液管(8)，且箱体2内部与进液管(7)和出液管(8)连通；所述进液管(7)的端部连接有第一法兰(1)，出液管(8)的端部连接有第二法兰(5)；所述节流板(4)位于装置箱体(2)的内部，节流板(4)所在的平面与液体在管道内的流动方向垂直，节流板(4)的下方边缘和两侧边缘与装置箱体(2)密封连接，节流板(4)的上方边缘与装置箱体(2)具有间隙；所述节流板(4)上方设置有凹槽(401)；所述节流板(4)将装置箱体(2)内部分为进液腔(201)和出液腔(202)，所述进液腔(201)与进液管(7)连通，所述出液腔(202)与出液管(8)连通；所述液位计(3)位于所述进液腔(201)内。
2.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述液位计(3)采用电容式液位计。
3.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述装置箱体(2)的过流横切面面积大于所测管道的横切面面积。
4.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述装置箱体(2)为长方体。
5.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述节流板(4)上方的凹槽(401)为V型槽、梯形槽或矩形槽，所述凹槽(401)的过流横切面面积小于所测管道的横切面面积。
6.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述出液腔(202)顶部设置有呼吸阀(6)。
7.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述凹槽(401)的最底部高于所测管道的最底部，凹槽(401)的顶部开口高于所测管道的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述第一法兰(1)的中心线与第二法兰(5)的中心线位于同一直线上。
9.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述装置位于所测管道的水平段，并且所述第一法兰(1)的中心线与第二法兰(5)的中心线与所测管道的中心线位于同一直线上。
10.根据权利要求1所述的一种非满管液体流量测量装置，其特征在于：所述第一法兰(1)的内径、第二法兰(5)的内径和所测管道的内径相同。
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