CN113932868B - 一种变管径流量计校算装置及校算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变管径流量计校算装置及校算方法，属于管道气体流量测量领域。装置包括入口待测气流管道、出口待测气流管道和流量计；还包括双喇叭头套筒，其为两端呈喇叭状开口的筒体，待测气流管道与流量计测管通过双喇叭头套筒同轴连通；粘度计，其设于入口待测气流管道或出口待测气流管道处，检测待测气流的运动粘度系数；信号处理数显模块，其对流量计的数据进行校正并显示校正后的气体流量；信号处理数显模块根据管径比及流量计示数、粘度计示数，通过流量校算模型进行校算并显示出校算后的待测气流管道内的真实气流量。本发明操作方便、普适性强，最终校算后的精度高，能实现对不同气体、不同管径比的待测气流管道与流量计的流量校算。

Description

一种变管径流量计校算装置及校算方法

技术领域

本发明属于管道气体流量测量技术领域，更具体地说，涉及一种变管径流量计校算装置及校算方法。

背景技术

在工业生产、科学研究乃至日常生活等多个领域，测量管道内气体流量是一项频繁遇到又十分重要的工作，然而，在开展此项工作过程中，经常遇到的一个难题是：待测气流管道的管径与现有流量计测管的管径不匹配。

由于气体为可压缩流体，简单通过变径的方式将待测气流管道与流量计测管串联，会使流量计测得的气体流量“失真”，即流量计显示的读数与待测气流管道内气体流量的真实值不一致，这将导致后续应用气体流量进行测算的相关结果出现误差，对科研工作及工业生产带来影响。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种变管径流量计校算装置，包括：

入口待测气流管道、出口待测气流管道和流量计；

还包括：

双喇叭头套筒，其为两端呈喇叭状开口的筒体，所述双喇叭头套筒有两个，所述入口待测气流管道的一端通过一双喇叭头套筒与流量计的一端同轴连通，所述出口待测气流管道的一端通过另一双喇叭头套筒与流量计的另一端同轴连通；

粘度计，其设于入口待测气流管道或出口待测气流管道处，检测待测气流的运动粘度系数；

信号处理数显模块，其对流量计的数据进行校正并显示校正后的气体流量。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，所述信号处理显示模块中构建有流量校算模型：

其中，Q₀为校正后的气体流量，Q′₀为未修正的气体流量，Err为损失修正系数，Q₁为流量计示数，C为指数，R为待测气流管道与流量计测管管径比，v为待测气流的运动粘度系数。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，还包括径向限位件，其穿过双喇叭头套筒并沿双喇叭头套筒径向设置，所述径向限位件布置于双喇叭头套筒两端，分别固定待测气流管道与双喇叭头套筒的相对位置以及流量计测管与双喇叭头套筒的相对位置。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，还包括径向深度传感器，其检测待测气流管道的外管径及流量计测管外管径。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，所述径向限位件包括：

螺帽；

螺杆，其一端与螺帽固定连接，另一端贯穿双喇叭头套筒端部并沿双喇叭头套筒径向伸入至双喇叭头套筒内部；

螺套，其固定于双喇叭头套筒上，螺套与螺杆螺接；

绝缘垫，其固定连接于螺杆另一端；

所述径向限位件有若干个，于双喇叭头套筒端部周向布置。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，所述径向深度传感器与径向限位件的螺杆传动连接，通过检测螺杆的位移量对待测气流管道的外管径及流量计测管外管径进行测算。

根据本发明实施例的变管径流量计校算装置，可选地，待测气流管路与双喇叭头套筒内壁连接以及流量计测管与双喇叭头套筒内壁连接处均设有密封圈。

根据本发明的另一方面，提供了一种变管径流量计校算方法，包括如下步骤：

一、装配，将密封圈分别套接于入口待测气流管道、出口待测气流管道及流量计测管的管端处，入口待测气流管道与流量计一端测管通过一双喇叭头套筒同轴连通，出口待测气流管道与流量计另一端测管通过另一双喇叭头套筒同轴连通，分别旋拧双喇叭头套筒端部径向限位件的螺杆，使绝缘垫与对应管道的外管壁抵接；

二、测量，气流依次通过入口待测气流管道、流量计及出口待测气流管道，径向深度传感器分别检测待测气流管道的外管径r₁以及流量计测管的外管径r₂，并解算出待测气流管道与流量计测管管径比R＝r₁/r₂，粘度计检测气流的运动粘度系数v，流量计检测气体流量Q₁；

三、校算，信号处理数显模块与粘度计、流量计及径向深度传感器均信号连接，接收R、v以及Q₁数据信息，然后根据流量校算模型，

校算出校正后的气体流量Q₀并进行显示。

根据本发明实施例的变管径流量计校算方法，可选地，流量校算模型中，当R≤2时，Err取0.15，当R＞2时，Err取0.08。

有益效果

相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：

(1)本发明的变管径流量计校算装置，通过双喇叭头套筒将待测气流管道与流量计测管同轴连通，信号处理数显模块根据管径比及流量计示数、粘度计示数，通过流量校算模型进行校算并显示出校算后的待测气流管道内的真实气流量，能适用于任意管径比的待测气流管道与流量计配合使用，且能对流量计的流量读数进行精准的校算；

(2)本发明的变管径流量计校算装置，双喇叭头套筒的结构设计方便径向限位件、径向深度传感器等结构的安装，且能更大范围的适配不同管径的待测气流管道与流量计测管的连通，同时能保证连通时待测气流管道与流量计的同轴布置；

(3)本发明的变管径流量计校算装置，设置径向限位件，能对待测气流管道及流量计测管进行有效可靠的固定限位；

(4)本发明的变管径流量计校算装置，设置径向深度传感器，配合径向限位件，能有效检测到对应管道的外管径，进而测算出管径比，减少人工测算工作量；

(5)本发明的变管径流量计校算装置，密封圈的设置能在将待测气流管道、流量计与双喇叭头套筒装配连通后，能确保连接处的密封性；

(6)本发明的变管径流量计校算方法，操作方便、普适性强，最终校算后的精度高，能实现对不同气体、不同管径比的待测气流管道与流量计的流量校算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1示出了本发明的变管径流量计校算装置示意图；

图2示出了本发明的双喇叭头套筒示意图；

图3示出了本发明的径向限位件及径向深度传感器示意图；

图4示出了本发明的径向限位件固定待测气流管道的侧视图；

图5示出了本发明的校算方法流程图；

附图标记：

1、双喇叭头套筒；10、圆台段；11、喉管；12、圆柱段；

2、粘度计；

3、信号处理数显模块；

4、径向限位件；40、螺帽；41、螺杆；42、螺套；43、绝缘垫；

5、径向深度传感器；

6、密封圈；

1000、入口待测气流管道；1001、出口待测气流管道；

2000、流量计。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一”、“另一”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。

实施例1

对于待测气流管道的管径与流量计2000测管管径不匹配的情况，仅单纯将待测气流管道与流量计2000测管连通读取流量计2000的示数，由于气体是可压缩流体，流量计2000此时测得的气体流量值是不准确的，这将导致后续应用气体流量进行测算的相关结果出现误差，对科研工作及工业生产带来影响，针对此，本实施例设计了一种变管径流量计校算装置。

如图1所示，流量计2000通常接通于待测气流管道中部，流量计2000的两端均有测管，将待测气流管道分为入口待测气流管道1000和出口待测气流管道1001，气流方向为从入口待测气流管道1000流经流量计2000，流向出口待测气流管道1001。

本实施例中，入口待测气流管道1000与流量计2000测管通过双喇叭头套筒1连通，出口待测气流管道1001与流量计2000测管也通过双喇叭头套筒1连通，双喇叭头套筒1为两端呈喇叭状开口的筒体，如图2所示，本实施例的双喇叭头套筒1具体包括圆台段10、喉管11和圆柱段12，圆台段10有两个，对称式布置，两圆台段10的小径端相对并通过喉管11连通，在两圆台段10的大径端分别连通有圆柱段12，通过圆台结构直径渐缩的特点，以入口待测气流管道1000为例，入口待测气流管道1000的管端伸入双喇叭头套筒1一端喇叭口内，至管端与双喇叭头套筒1内径匹配时抵接，此时入口待测气流管道1000与双喇叭头套筒1为同轴，因此，通过本实施例的双喇叭头套筒1结构，能更大范围的适配不同管径的待测气流管道与流量计2000测管的连通，同时能保证连通时待测气流管道与流量计2000的同轴布置。

进一步地，本实施例在待测气流管道处设置粘度计2，用于检测待测气流的运动粘度系数，粘度计2可设置在入口待测气流管道1000或出口待测气流管道1001处，其中以在入口待测气流管道1000处设置粘度计2为优选方案，能获得更佳的校算结果。

进一步地，本实施例还包括信号处理数显模块3，信号处理数显模块3包括一显示屏以及一处理单元，显示屏用于显示处理结果，即校正后的气体流量Q₀，处理单元上构建有流量校算模型：

其中，Q₀为校正后的气体流量，Q′₀为未修正的气体流量，Err为损失修正系数，Q₁为流量计2000示数，C为指数，R为待测气流管道与流量计2000测管管径比，v为待测气流的运动粘度系数；

通过流量计2000能确定Q₁值，粘度计2能确定v值，R值在选定待测气流管道与流量计2000时即已确定，具体可在装配前测得或校正过程中测算；

信号处理数显模块3与流量计2000及粘度计2信号连接，在接收到数据信息后即可根据流量校算模型对流量计2000流量进行校算，最终在显示屏上输出校算结果Q₀，本实施例中信号处理数显模块3安装于双喇叭头套筒1的喉管11处，位于流量计2000旁侧，方便观察及与流量计2000示数比较。

实施例2

本实施例的变管径流量计校算装置，在实施例1的基础上做进一步改进，还包括径向限位件4，其穿过双喇叭头套筒1并沿双喇叭头套筒1径向设置，所述径向限位件4布置于双喇叭头套筒1两端，分别固定待测气流管道与双喇叭头套筒1的相对位置以及流量计2000测管与双喇叭头套筒1的相对位置。

为确保待测气流管道与双喇叭头套筒1的固定、流量计2000测管与双喇叭头套筒1的固定可靠，本实施例设计了径向限位件4沿径向对待测气流管道及流量计2000测管进行固定限位。

进一步地，本实施例示出了径向限位件4的一种具体结构，如图3所示，径向限位件4包括：

螺帽40；

螺杆41，其一端与螺帽40固定连接，另一端贯穿双喇叭头套筒1端部并沿双喇叭头套筒1径向伸入至双喇叭头套筒1内部；

螺套42，其固定于双喇叭头套筒1上，螺套42与螺杆41螺接；

绝缘垫43，其固定连接于螺杆41另一端；

所述径向限位件4有若干个，于双喇叭头套筒1端部周向布置。

本实施例在双喇叭头套筒1端部的圆柱段12侧壁开设通孔，径向限位件4穿过通孔布置，其中，螺杆41穿过通孔，位于双喇叭头套筒1外侧的一端部固定连接有螺帽40，位于双喇叭头套筒1内侧的另一端部固定连接有绝缘垫43，螺套42固定连接于通孔处，用于与螺杆41配合螺接，在螺帽40侧面形成有防滑槽，通过旋拧螺帽40使螺杆41旋入双喇叭头套筒1内，进而使绝缘垫43与对应的待测气流管道或流量计2000测管外侧壁抵接，由此形成对其的固定限位，绝缘垫43的设计一方面能增大径向限位件4与待测气流管道或流量计2000测管的接触面积，强化限位效果，另一方面能确保径向限位件4与管道的绝缘。

进一步地，本实施例中，于双喇叭头套筒1的两端两个圆柱段12处均设有若干径向限位件4，每个圆柱段12处至少设有两个径向限位件4，且各径向限位件4的螺杆41均沿双喇叭头套筒1径向布置，以确保全方位对管道进行稳定限位。

实施例3

本实施例的变管径流量计校算装置，在实施例2的基础上做进一步改进，还包括径向深度传感器5，其检测待测气流管道的外管径及流量计2000测管外管径。

本实施例设置径向深度传感器5，以检测待测气流管道的外管径及流量计2000测管外管径，从而方便测算出待测气流管道与流量计2000测管管径比R，简化校算前数据信息获取流程。

进一步地，所述径向深度传感器5与径向限位件4的螺杆41传动连接，通过检测螺杆41的位移量对待测气流管道的外管径及流量计2000测管外管径进行测算。

如图3和图4所示，本实施例中径向深度传感器5固定于双喇叭头套筒1圆柱段12通孔外侧壁处，径向深度传感器5上有一触发块与螺杆41传动连接，随着螺杆41沿径向移动，触发块也移动相应的距离，进而被径向深度传感器5感知记录位移量x，径向深度传感器5内设有测算模块，测算模块中预设有圆柱段12的内壁直径D，并设置有测算模型r＝D-2x，由此能测算出对应管道的外管径；进一步地，本实施例在其中一个双喇叭头套筒1的两端的径向限位件4处各设有一处径向深度传感器5，其中一处径向深度传感器5用于测算待测气流管道的外管径r₁，另一处径向深度传感器5用于测算流量计2000测管的外管径r₂，并于其中一个径向深度传感器5上构建有解算模型R＝r₁/r₂，两处径向深度传感器5信号连接，由此能通过径向深度传感器5在将待测气流管道与流量计2000装配连通后，自动获取并解算处管径比R，减少人工测算工作量。

实施例4

本实施例的变管径流量计校算装置，在实施例3的基础上做进一步改进，待测气流管路与双喇叭头套筒1内壁连接以及流量计2000测管与双喇叭头套筒1内壁连接处均设有密封圈6。

如图1所示，密封圈6为胶圈，在入口待测气流管道1000管端、出口待测气流管道1001管端以及流量计2000测管管端均套接有密封圈6，由此在将待测气流管道、流量计2000与双喇叭头套筒1装配连通后，能确保连接处的密封性。

实施例5

本实施例的变管径流量计校算方法，如图5所示，包括如下步骤：

一、装配，将密封圈6分别套接于入口待测气流管道1000、出口待测气流管道1001及流量计2000测管的管端处，入口待测气流管道1000与流量计2000一端测管通过一双喇叭头套筒1同轴连通，出口待测气流管道1001与流量计2000另一端测管通过另一双喇叭头套筒1同轴连通，分别旋拧双喇叭头套筒1端部径向限位件4的螺杆41，使绝缘垫43与对应管道的外管壁抵接；

二、测量，气流依次通过入口待测气流管道1000、流量计2000及出口待测气流管道1001，径向深度传感器5分别检测待测气流管道的外管径r₁以及流量计2000测管的外管径r₂，并解算出待测气流管道与流量计2000测管管径比R＝r₁/r₂，粘度计2检测气流的运动粘度系数v，流量计2000检测气体流量Q₁；

三、校算，信号处理数显模块3与粘度计2、流量计2000及径向深度传感器5均信号连接，接收R、v以及Q₁数据信息，然后根据流量校算模型，

校算出校正后的气体流量Q₀并进行显示。

进一步地，流量校算模型中，当R≤2时，Err取0.15，当R＞2时，Err取0.08。

通过本实施例的方法，先将待测气流管道与流量计2000通过双喇叭头套筒1装配连通后，调节径向限位件4使得螺杆41底端的绝缘垫43与对应管道外壁抵接，确保待测气流管道与流量计2000测管在同一轴线，然后由径向深度传感器5自动解算获得管径比R，并传输至信号处理数显模块3，然后打开气体阀门，待流量计2000和粘度计2度数稳定后，将Q₁和v传输至信号处理数显模块3，信号处理数显模块3根据流量校算模型，结合管径比选取对应的损失修正系数进行校算，校算出校正后的气体流量Q₀并进行显示。

实施例6

本实施例示出了流量校算模型的确定方法，如下；

本实施例基于COMSOL Multiphysics数值模型解算，建立流量校算模型。

一、首先设置解算初始条件，

设置管径比R分别取值0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9及10；设置入口待测气流管道1000处流量Q₀分别取值10、20、30、40、50m³/min；选取CO₂为运动粘度系数区间的下限ν₁，H₂为运动粘度系数区间的上限ν₂，在气体运动粘度系数v∈[v₁,v₅]区间内从小到大选取空气(ν₂)、CH₄(ν₃)和Ne(ν₄)；

二、然后进行数值模型解算，

先选取CO₂为待测气体，分别在不同管径比R和不同流量Q₀的条件下进行数值模型解算，求解出各流量计读数Q₁；重复此步骤，依次完成对空气、CH₄、Ne和H₂的数值模型解算；

三、建立流量校算模型，

根据步骤二的各解算结果，拟合Q₀与Q₁的函数关系，获得线性关系式Q₀＝α·Q₁+Err，其中参数α与管径比R符合Boltzmann关系式

Boltzmann关系式中的参数χ与气体运动粘度系数ν符合指数关系式χ＝1.983-116.446·e^-576133·v，由此，联立以上关系式，获得流量校算模型：

线性关系式中的Err为损失修正系数，当R≤2时，Err取0.15，当R＞2时，Err取0.08。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变管径流量计校算装置，包括，

入口待测气流管道、出口待测气流管道和流量计；

其特征在于，还包括：

双喇叭头套筒，其为两端呈喇叭状开口的筒体，所述双喇叭头套筒有两个，所述入口待测气流管道的一端通过一双喇叭头套筒与流量计的一端同轴连通，所述出口待测气流管道的一端通过另一双喇叭头套筒与流量计的另一端同轴连通；

粘度计，其设于入口待测气流管道或出口待测气流管道处，检测待测气流的运动粘度系数；

信号处理数显模块，其对流量计的数据进行校正并显示校正后的气体流量。

2.根据权利要求1所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于，所述信号处理显示模块中构建有流量校算模型：

其中，Q₀为校正后的气体流量，Q′₀为未修正的气体流量，Err为损失修正系数，Q₁为流量计示数，C为指数，R为待测气流管道与流量计测管管径比，v为待测气流的运动粘度系数。

3.根据权利要求2所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于，还包括径向限位件，其穿过双喇叭头套筒并沿双喇叭头套筒径向设置，所述径向限位件布置于双喇叭头套筒两端，分别固定待测气流管道与双喇叭头套筒的相对位置以及流量计测管与双喇叭头套筒的相对位置。

4.根据权利要求3所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于，还包括径向深度传感器，其检测待测气流管道的外管径及流量计测管外管径。

5.根据权利要求4所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于，所述径向限位件包括：

螺帽；

螺杆，其一端与螺帽固定连接，另一端贯穿双喇叭头套筒端部并沿双喇叭头套筒径向伸入至双喇叭头套筒内部；

螺套，其固定于双喇叭头套筒上，螺套与螺杆螺接；

绝缘垫，其固定连接于螺杆另一端；

所述径向限位件有若干个，于双喇叭头套筒端部周向布置。

6.根据权利要求5所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于：所述径向深度传感器与径向限位件的螺杆传动连接，通过检测螺杆的位移量对待测气流管道的外管径及流量计测管外管径进行测算。

7.根据权利要求6所述的一种变管径流量计校算装置，其特征在于：待测气流管路与双喇叭头套筒内壁连接以及流量计测管与双喇叭头套筒内壁连接处均设有密封圈。

8.一种变管径流量计校算方法，其特征在于，包括如下步骤：

一、装配，将密封圈分别套接于入口待测气流管道、出口待测气流管道及流量计测管的管端处，入口待测气流管道与流量计一端测管通过一双喇叭头套筒同轴连通，出口待测气流管道与流量计另一端测管通过另一双喇叭头套筒同轴连通，分别旋拧双喇叭头套筒端部径向限位件的螺杆，使绝缘垫与对应管道的外管壁抵接；

二、测量，气流依次通过入口待测气流管道、流量计及出口待测气流管道，径向深度传感器分别检测待测气流管道的外管径r₁以及流量计测管的外管径r₂，并解算出待测气流管道与流量计测管管径比R＝r₁/r₂，粘度计检测气流的运动粘度系数v，流量计检测气体流量Q₁；

三、校算，信号处理数显模块与粘度计、流量计及径向深度传感器均信号连接，接收R、v以及Q₁数据信息，然后根据流量校算模型，

校算出校正后的气体流量Q₀并进行显示；其中，Q′₀为未修正的气体流量，Err为损失修正系数，C为指数。

9.根据权利要求8所述的一种变管径流量计校算方法，其特征在于：流量校算模型中，当R≤2时，Err取0.15，当R＞2时，Err取0.08。

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