CN1300556C - 节流式流量计 - Google Patents

Abstract

一种节流式流量计，它包括：要进行测量的流体穿过其内部的一缸体；和用来形成沿着垂直于缸体的中心轴线穿透缸体的一节流结构的一管子，该管子的直径比所述缸体的内径小，其特点在于，在垂直于流动方向的最为节流的横截面上形成一第一压力测量孔，在所述缸体的、位于离开最为节流的横截面一缸体内径的1/2或更多的距离处的上游的壁上形成一第二压力测量孔。

Description

节流式流量计

技术领域

本发明涉及用于测量管子中的流体的流量或流速的节流式流量计。

背景技术

作为用于测量管子中的流体的流量的测量仪器中的一种，传统上使用一压差检测计，并且该压差检测计构成一节流式流量计，它允许具有节流部分的孔口或文氏管等使用压力计来测量流体静压差，并能测量流速或流量。

这样的一种传统的压差检测计需要如日本工业标准中所规定的那样进行精确的机加工，并且当流体受到扰动时，其测量精度下降，因而需要在安装的装置的上游和下游设置合适的直管。此外，压差检测计所测得的压差仅仅是作为流过管子的流体的流速或流量的二次方程的一条曲线来表示的。

此外，当要进行测量的流体是液体时，随着长期使用而产生的腐蚀会使边缘磨损，或者在节流部分之前或之后的淤渣的沉积会使测量精度下降。

而上述背景技术要求精确的机加工，因而成本升高，这就产生了一些尽管需要但是拒绝安装压力检测计的情况。特别是，在越来越注重环保的现在，在减少CO₂方面较为落后的大多数民用建筑需要对散热器进行节能控制，但由于与初装成本相关的原因，几乎不安装压差检测计。

而且，基于传统技术的压差检测计需要安装在流过管子的流体经过整流的地方，以保持其测量精度。例如，当它安装在诸如一R弯头的产生局部阻力的部分之后时，就需要设置相当长的一段直管，因而由于其实际上所需要的位置方面的制约，就很难去使用压差检测计。

此外，根据基于传统技术的压差检测计，所测得的压差与流体的流速或流量之间的关系是通过一条二次曲线来表示的，因而，当使用单个压力计来从低流速区域测量到高流速区域时，所得的压差范围宽且在低流速区域中的测量误差根据压力计的性能而变大。此外，还存在这样一个问题，长期的使用会导致边缘的磨损，或者淤渣的沉积会导致测量精度的下降。

此外，当使用皮托管来作为一传统的压差检测计时，可提取总压力和静压力，并可获得它们之间的压差，但是这仅能获得在测量点处的局部流速，为了计算平均流速，就需要测量在同一截面中的若干点处的流速。

此外，如JP-A-8-210887中所述，流体穿过其流动的管子设有一总压力检测缸体件，它沿着垂直于管件轴线的方向穿过，该总压力检测缸体件设有面向流体流动方向开口的一总压力检测孔，且管件的壁设有一开口，以检测流体静压力。

但是，尽管这个压差检测计可以在同一截面上的多个点处进行检测，但是它无法检测在低流速区域中的较大的压差。

发明内容

鉴于上述的问题而研制了本发明，并且本发明的一个目的是提供一节流式流量计，它是一无需精确的机加工的低成本产品；且即使在受到扰动的流动条件下，它也能进行高精度的测量；它将从压差检测计测得的压差与流速和流量之间的关系表示为多条二次曲线，并长期保持稳定的测量精度。

为了实现上述的目的，根据本发明的节流式流量计包括要进行测量的流体穿过其内部的一缸体和用来形成沿着垂直于缸体的中心轴线穿透该缸体的一节流结构的一管子，该管子的直径比缸体的内径小，其特点在于，在垂直于流动方向的最为节流的横截面上形成一第一压力测量孔，在离开最为节流的横截面一缸体内径的1/2或更多的距离处的一上游缸体壁上形成一第二压力测量孔。

上述节流式流量计的特点在于，第一测量孔形成在最为节流的横截面处的缸体的壁上。

此外，上述节流式流量计的特点在于，第一压力测量孔形成在最为节流的横截面处的上述管子的壁上。

此外，上述节流式流量计的特点在于，第一压力测量孔形成在最为节流的横截面下游的管子的壁上。

该节流式流量计的特点在于，在第二压力测量孔上游、一缸体内径的1/2或更多的距离处，在缸体内设置一整流板。

上述节流式流量计的特点在于，垂直于缸体中的流体的流动方向、在最为节流的横截面上游设置一具有子弹形横截面的扁平形中空件，在最为节流的横截面上形成一第一压力测量孔，在上述缸体在中空件上游的壁上形成一第二压力测量孔，并且在中空件中形成一第三压力测量孔，且所述第三压力测量孔沿着流动方向开口。

此外，该节流式流量计的特点在于，第一压力测量孔形成在最为节流的横截面处的上述缸体的壁上。

此外，该节流式流量计的特点在于，第一压力测量孔形成在最为节流的横截面处的管子的壁上，或者形成在第一压力测量孔下游的上述管子的壁上。

此外，该节流式流量计的特点在于，可以选择第一、第二及第三压力测量孔中的任意两个，检测所选的压力测量孔之间的压差，从而获得一在较宽范围中的一流速区域中的、适于一压力计的压差。

将说明在上述的本发明的节流式流量计中，各压力测量孔所检测得的一压力、压差严流速之间的关系。

本发明的节流式流量计的压差检测计具有这样一种结构，其中，一管子沿着垂直于一缸体的轴线的方向穿透该缸体，并且该管道的部分横截面受到节流。由于在该节流的横截面上的流速增加，所以其结果是，在设置在该横截面处的管壁上的一第一压力测量孔中的一流体静压力P₁就降低。假定在设置在该节流横截面上游、一缸体内径的1/2或更多的距离处的缸体壁上的一第二压力测量孔中所检测得的一流体静压力为P₂，就可以通过使用根据如下函数的一压力计测量这样的一压力的减小、亦即压差ΔP＝(P₂-P₁)来计算出缸体中的流速：

V＝K*(2/ρ*ΔP)^0.5

其中，K：流量系数，ρ：流体密度，ΔP：所产生的压差(流体静压力的减小)。

在上述的函数中，可以根据合适的穿透管直径来改变该管道的节流率，并调节流量系数K，如在使用一孔口的情况中那样。

例如，当流速较低时，可以安装一直径较大的穿透缸体的管子，从而增加节流，并从而增加所产生的压差。

另一方面，当流速较高时，也可以使用一直径较小的管子，从而减小节流，并从而减小所产生的压差并减少压力损失。

一般来说，设有这样的一个节流式流量计的管道系统出于与空间相关的原因，需要复杂的三维处理，因而在其中流动的流体的流速分布表现出未发展完全的、不稳定的流动。在这样的状况下要精确地测量流量，就需要传统的压差检测计在上游和下游区域中设有足够长的直管。

因此，根据本发明的流量计在压差检测计的内部加设了一整流功能，以藉此来校正流速分布中的不平衡并显著地减小管道系统中的制约。

当压差增加时，压力计的测量误差率通常会减小，因此，可以通过增加从流体检测得的压力可减小包括压差检测计和压力计在内的总误差率。

当该节流结构是由圆管或矩形管等形成时，在横截面上的流速分布倾向于在形成节流结构的区域附近增加并在更靠近缸体壁的区域中减小，因而可以通过检测在节流形成部分的管壁上检测压力P₃(＜P₁)来获得相对第二压力测量孔处的压力P₂的一较大的压差。以这样的方式，适宜在诸如管子的节流形成部分的壁上形成一压力测量孔。

此外，使用放置在节流形成部分上游且具有一整流功能的一扁平形多孔管，通过检测流体的一压力P₄(总压力)能进一步增加相对于其它压力的压差，并且选择和使用一测量孔以根据流速获得考虑了压力计中的误差的一压差，能更加正确地进行测量。

为了这个目的，适宜采用一横截面为子弹形的扁平中空件来作为具有整流功能的多孔管，并且使用该中空件可缩短在上述管道系统中的压差检测计的上游和下游区域中的直管，并且还具有减小这样的制约的作用。

通过组合类似于从该多孔管测得的压力P₄、从设置在多孔管和穿透管上游的缸体壁上的测量孔所测得的压力P₂、在放置穿透管的节流形成部分的横截面处的缸体壁上的压力P₁、或者从设置在如所适宜的节流形成部分的管壁上的压力测量孔所测得压力P₃，可以获得各种关系方程，它们通过以下的有关所产生的压差与流速之间的关系的方程来表示：

V1＝K1*(2/ρ*(P₄-P₁))^0.5

V2＝K2*(2/ρ*(P₄-P₂))^0.5

V3＝K3*(2/ρ*(P₄-P₃))^0.5

其中，K1、K2、K3……是流量系数，并且是由所检测的压力的组合来确定的。

如上所述，通过组合从三个或多个压力测量孔所测得的压力，压力计就可以在一压差区域中高精度地进行测量，并从而减小总的测量误差。

此外，当在内部设有一温度传感器时，穿透管也可以用作一热量计，以及当设置了内置的温度传感器时，它还具有能避免由于漩涡振动等而导致温度传感器损坏的优点。

从下面对本发明的实施例结合附图进行的详细说明中，本发明的其它目的、特征及优点会变得更加清楚。

附图简述

图1是根据本发明一实施例的节流式流量计的立体图；

图2是图1所示的流量计的局部剖断的俯视图；

图3是根据本发明一实施例的节流式流量计在设有一整流板时的立体图；

图4是图3中所示的整流流量计的局部剖断的俯视图；

图5是图3所示的整流流量计在设有根据本发明的一整流板时的立体图；

图6是图5中所示整流流量计的局部剖断的俯视图；

图7是根据本发明另一实施例的整流流量计的立体图；

图8是图7中所示的节流式流量计的局部剖断的俯视图；

图9是示出在与图7中所示的整流流量计相同的节流式流量计中的一节流部分的速度分布的剖面图；

图10是根据本发明另一实施例的一节流式流量计的立体图；

图11是图10中所示的节流式流量计的局部剖断的俯视图；

图12是根据本发明再一实施例的节流式流量计的立体图；

图13是图12中所示的节流式流量计的局部剖断的俯视图；

图14是示出根据本发明的节流式流量计所应用的一管道系统的例子的示意图；以及

图15是示出根据本发明的节流式流量计所获得的压差与流速之间的关系的图。

具体实施方式

下文将参照诸附图对根据本发明诸实施例的节流式流量计进行说明。

图1是根据本发明一实施例的节流式流量计，它包括：一具有一预定长度的缸体1，要进行测量的流体穿过该缸体沿着箭头所示的方向流动；和一沿着垂直于缸体的中心轴线的一方向穿透该缸体1中的一管子2，且其两端从缸体的壁凸伸出来，其中，该管子2形成一节流结构。此外，在由该管子2形成最为节流的区域的缸体1的横截面上，在缸体1的壁上形成一第一压力测量孔4，并且在缸体1的壁上的上游、离开该第一压力测量孔4缸体1内径的1/2或者更大的距离处形成一第二压力测量孔5，并且这些测量孔4和5设有连接件3、3以提取压力。以及，在缸体1的两端处还设置了凸缘6，以能如图14所示地安装在管道系统上。

这些缸体1和管子2的材料可以是诸如铸铁、其它钢材、黄铜之类的金属，或者树脂或任何其它材料，并且流体与之流动接触的表面的状况可以是一般的原料表面，无需进行特别精确的精加工。

图14中所示的管道系统包括通过诸阀55、56及57放置在一泵50和一水吸入部分58和一贮水槽51的一放水部分59之间的管道52、53及54等，并且节流式流量计的缸体1借助于凸缘6介入在直管52和53之间，以能够测量流速和流量。

在上述结构中采用了该节流式流量计，就可以从缸体1壁上的第一压力测量孔4提取的流过该节流部分的流体的压力P₁，作为一穿过连接件3的流体静压力，并且从第二压力测力孔5提取在该节流部分上游的流体的压力P₂，作为一穿过连接件3的流体静压力。

在这种情况下，两测得的压力的关系为P₁＜P₂。可以用这些压力P₁和P₂的压差ΔP＝P₂-P₁来计算流速和流量。

图3至图6所示的根据本发明一实施例的节流式流量计设有一整流板7，它位于在缸体1中、第二压力测量孔5的更上游，以消除流速分布中的不平衡。这是用来规整缸体1中的流动，以消除流体流中的扰动对在测量孔4和5处所测得的压力的影响。这也可缩短直管52和53，以在图14所示的管道系统中消除在流量计的管道上游和下游的流速分布中的不平衡。

图3和4中所示的整流板7设置成与穿透管2平行。图5和6中所示的节流式流量计设有由在缸体1内互相交叉的两块板组成的一整流板7′，该板也用来消除流速分布中的不平衡，与如图3和4中所示的情况一样。该整流板还包括一网状结构或一蜂窝状结构。

下面将参照图7和8来说明本发明的另一实施例。与上述实施例中的节流式流量计的不同之处在于，第一压力测量孔不是设置在缸体1的壁上，而是设置在穿透缸体1的一管子2′的壁上。图9中示出了在这种情况下的、在最为节流的横截面上的流体流速分布，它表明，可以在比第一压力测量孔设置在缸体1的壁上时更高流速的区域中测量压力。

考虑到这样的流速分布，也可以将管子2′上的第一压力测量孔设置为位于水道最为节流的区域上的一检测孔8a，或者如图8中的虚线所示的最为节流的横截面的下游的检测孔8b，或者位于如图8中的虚线所示的最下游的检测孔8c。在这些检测孔中，对于检测孔8a和8b，也可以形成位于相对管子2′沿着流线方向的中心线对称的位置处的检测孔8a′和8b′，作为压力测量孔8a-8a′或压力测量孔8b-8b′。

此外，这些压力测量孔8a-8a′、8b-8b′以及8c也可以沿着管子2′的轴线设置在管子2′壁上的两个或多个位置上、在管子2′的最为节流的横截面的下游区域中的相应检测孔8a(8a′)、8b(8b′)和8c的位置处。

从管子2′的端部处的连接件3′提取从这些检测孔8a(8a′)、8b(8b′)和8测得的压力，作为-压力P₃。该检测得的压力P₃具有P₃＜P₂的关系，并且是从连接件3′检测得的。可以从这些压力P₂和P₃之间的压差ΔP＝P₂-P₃来计算出流速和流率。

图7和图8中所示的节流式流量计可以设有如图3至6中所示的整流板7和7′，并且设置这些板可以规整流体流，并从而校正流速分布中的不平衡。

现将利用图10至13中所示的节流式流量计来说明本发明节流式流量计的再一实施例。

本实施例中的节流式流量计与图1至7中所示的节流式流量计的不同之处在于，在管子2、2′与缸体1中的第二压力测量孔5之间平行于管2、2′地设置了一扁平形的中空件10，它具有一子弹形的横截面，并且其具有整流的功能。该中空件10沿着它的在抵遇流体流的端部处垂直于缸体1的轴线的壁，以合适的间距设有多个压力测量孔11，并且第三压力测量孔11所检测得的压力是作为一压力P₄从凸伸到缸体1外部的顶端部提取的，并作为一总压力来检测。

从该压力P₄、其上游的从缸体1壁上的第二压力测量孔5检测得的压力P₂或者从设置在缸体1壁上、水道最为节流的横截面处的第一压力测量孔测得的压力P₁(＜P₂)的组合，可以测量得一压差ΔP＝P₄-P₁(或ΔP＝P₄-P₂)，从而可计算出流速和流量。

图12和图13中所示的节流式流量计是图7和图8中所示的、设有一具有如图10和11所示的子弹形横截面的扁平形中空件10的节流式流量计。该中空件10具有相同的整流功能，并且作为第三压力测量孔11，在抵遇流体流的端部处设置以垂直于缸体1轴线的合适间隔的多个压力测量孔11。该第三压力测量孔11可检测一作为总压力的压力P₄。

从该压力P₄、其上游的从缸体1壁上的第二压力测量孔5检测得的压力P₂或者从穿透缸体1的管子2的壁上的压力测量孔8a(8a′)、8b(8b′)和8c中任一个检测得的压力P₃(＜P₁)的组合，可以测量得一压差，从而可计算出流速和流量。

图15示出了通过选择和组合得自第二压力测量孔5、第一压力测量孔4、管子2的检测孔8a、8b和8c、或者扁平形中空件10的第三压力测量孔11的压力来获得的不同压力与流体流速之间的关系的一个例子。

图15中的曲线I、II及III分别表示如下所述的各压力测量孔之间的压力差与流速之间的关系。曲线I表示为从管子2、2′的诸压力检测孔8a(8a′)、8b(8b′)和8c之一的第一压力测量孔测得的流体静压力与从扁平形中空件10的第三压力测量孔所提取的总压力之间的压差与流体流速的关系。以及，曲线II表示从设置在缸体1壁上的最为节流的横截面处第一压力测量孔4测得的流体静压力与从设置在缸体1的扁平形中空件10上游的第二压力测量孔测得的流体静压力之间的压差与流体流速的关系。以及，曲线III示出从缸体1的第二压力测量孔5测得的流体静压力与从扁平形的中空件10的第三压力测量孔11测得的总压力之间的压差与流体流速的关系。在这些压力测量孔处测量的诸压力中，从扁平形中空件10的压力测量孔测得压力作为总压力，因而最高，而在其它的测量孔4、5、8a(8a′)、8b(8b′)和8c处测得的压力则是流体静压力，并且从第二压力测量孔5检测得的压力是最低的流体静压力，其次是从第一压力测量孔4检测得的压力，再次是从管子2、2′的压力测量孔4、5、8a(8a′)、8b(8b′)和8c检测得的压力，因此，通过选择这些压力测量孔中的两个，就可以选择地提取出适于测量流体流速的压差。使用该压差和上述的方程就可以计算出流速和流量。

更具体地说，如从图15中可以清楚地看出的，考虑到测量范围和压力计的误差等，例如当压力计的最大测量范围是10KPa时，曲线I对于测量流速为2m/s或更小的流体是有效的，曲线II对于测量流速为2至4m/s的流体是有效的，以及曲线III对于测量流速为4m/s或更大的流体是有效的。因此，可以考虑到压力计的测量误差等并选择可在要测量的流速范围内获得的一大压差的曲线来高精度地计算出流速。图15中所示的曲线III仅仅示出了一高至4m/s的流速，但可使用基本相同的曲线获得压差。

基于这样的曲线I、II及III，考虑压力计测量误差影响小的压差与流速之间的关系，并通过选择在缸体1的最为节流的横截面上的第一压力测量孔4(如图10至13中所示)、设置在管子2上的压力测量孔8a(8a′)、8b(8b′)和8c、以及扁平形中空件10的第三压力测量孔11中的任意两个，检测来自两测量孔的压力并获得压差，就可以从该压差计算出流体的流速和流量。

可应用于上述节流式流量计的流体并没有特殊的规定，但显然本节流式流量计可应用于诸如水的液体、诸如空气的气体等，并且它也可应用至与诸如沙子或泥浆之类的杂质混合的流体。

如上所述，根据本发明的节流式流量计可以产生一些的有利效果：

可以使用用于一般目的(无需考虑其材料)的一缸体和管子来形成节流式流量计，并且无需精确的机加工，从而可以提供一成本低廉的流量计。

该节流式流量计在缸体的最为上游的区域处设置了一整流板，从而可以消除流速分布中的不平衡，减小了设计为用来消除缸体的上游和下游之间的流速分布之间的不平衡的直管的长度，并且即使在空间较小的环境中也能进行高精度的测量。

此外，当流体是液体时，该节流式流量计在结构上具有较少的产生停滞的边缘或部位，且由于腐蚀而导致的磨损较少或者淤渣沉积较少，并且从而可以长期保持测量的高精度。

根据传统技术的压差检测器仅以一条二次曲线来表示所产生的压差与流体的流速和流量之间关系，从而会产生问题，即当使用单个压力计从低流速测量到高流速时，所得的压差范围宽且在低流速区域中的测量误差由于压力计的性能而变大。相反地，本发明可提供一具有三个或更多个压力检测段的结构，从而获得多种可获得压力差的压力测量孔的组合，减小了包括压力计在内的总体误差率，并可高精度地测量宽范围的流速和流量。

上述的描述是围绕实施例进行的，但是本发明并不局限于它们，对那些熟悉本技术领域的人们来说显然的是，可以在本发明原理和本文所附权利要求的保护范围内以各种方式对本发明作出变化或修改。

工业应用性

本发明的节流式流量计提供了一种无需高精度机加工的流体压力测量器件，并能在很宽的范围内进行压力测量以获得压差，并从而能在很宽的范围内测量流速。

Claims (7)

1.一种节流式流量计，它包括：

要进行测量的流体穿过其内部的一缸体；和

用来形成沿着垂直于所述缸体的中心轴线的方向穿透所述缸体的一节流结构的一管子，所述管子的直径比所述缸体的内径小，

其特征在于，在垂直于流动方向的最为节流的缸体横截面上形成一第一压力测量孔，

在位于上游、离开所述最为节流的横截面一缸体内径的1/2或更多的距离处的所述缸体的壁上形成一第二压力测量孔。

2.如权利要求1所述的节流式流量计，其特征在于，所述第一压力测量孔形成在所述最为节流的横截面处的所述缸体的壁上。

3.如权利要求1所述的节流式流量计，其特征在于，所述第一压力测量孔形成在所述最为节流的横截面处的所述管子的壁上。

4.如权利要求1所述的节流式流量计，其特征在于，在所述第二压力测量孔上游、一缸体内径的1/2或更多的距离处，在所述缸体内设置一整流板。

5.一种节流式流量计，它包括：

要进行测量的流体穿过其内部的一缸体；和

沿着垂直于所述缸体的中心轴线的方向穿透所述缸体的一管子，所述管子的直径比所述缸体的内径小，

其特征在于，在垂直于所述缸体中的流体的流动方向的最为节流的缸体横截面上游设置一具有子弹形横截面的扁平形中空件，

在所述最为节流的横截面上形成一第一压力测量孔，

在位于所述中空件上游的所述缸体的壁上形成一第二压力测量孔，以及

在所述中空件中沿着流动方向形成一第三压力测量孔。

6.如权利要求5所述的节流式流量计，其特征在于，在所述最为节流的横截面处的所述缸体的壁上形成所述第一压力测量孔。

7.如权利要求5或6所述的节流式流量计，其特征在于，选择所述第一、第二及第三压力测量孔中的任意两个，检测所述的所选压力测量孔之间的压差，从而获得一在较宽范围中的一流速区域中的、适于一压力计的压差。

Images