CN204514376U - 一种双筒式高精度液体流速流量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是公开了一种双筒式高精度液体流速流量仪，包括：用于产生压差信号的压差式流量流速信号发生器；与所述压差式流量流速信号发生器连接的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒，所述的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒上各设有一个放气嘴；用于检测所述压差高端液气转换筒内压缩空气与压差低端液气转换筒内压缩空气的压差的压差传感器；与所述压差传感器连接，用于将所述压差传感器检测到的压差信号转换成流速流量的微电脑。本实用新型既能作为流量仪，又能作为流速仪，在优选技术方案中，又能实时调零，能任意选择流速或流量值数显输出，是一种低压差高精度流量流速仪器。

Description

一种双筒式高精度液体流速流量仪

技术领域

本实用新型涉及实验量测领域，具体涉及一种双筒式高精度液体流速流量仪。

背景技术

小型管道水流的小流量、小压差、高精度数显流速流量测量装置，目前处于空白状态。以小型台式流体力学水力学教学仪器为例，由于其管径通常在30毫米以下，流量5-300ml/s，流速往往在2米/秒以下，其压差信号往往很小。

以流量为例：

其压差式信号发生器(例文丘里、孔板等)所产生的流量信号压差大多数仅为0.1-80厘米水柱，而现有流量仪是通过水管连通管将传感器与压差信号发生器的测压点直接相连通，传感器的压力是通过水体传送的，传感器端是密封的，内有空气阻隔，连通管中的有压水柱不能直接作用在传感器的压力芯片上，又由于传感器内的压力传递通道很细小，因而在液气交界面上产生很大的表面张力，其值可达到1-5厘米水柱，甚至更大，使流量信号的压力误差达10％以上，会造成中低端流量误差达10％-30％，因而此类流量仪无法用于有高精度要求的教学实验装置上；现在市场上也有供应小管径的涡轮流量计等非压差式流量仪，但是目前这类型流量计1％-2％以上精度的流量测量范围，是其满度的70％-100％，在30％以下都是不适用的，而常用小型台式流体力学水力学教学仪器实验流量范围正好处在30％以下，所以也是无法选用。因而长期以来对于小型台式流体力学教学仪器的高精度流量计处于市场的空白状态。

同上，流速测量上也存在上述问题，因为在教学实验中，流速测量的信号往往是利用毕托管流速计获得，而毕托管的使用范围也就在2米以下，其压差值最大仅为20厘米水柱左右。

随着教育事业的发展，及小型台式仪器的广泛使用，因而对小型管道水流的小流量、小压差、高精度数显流速、流量测量装置的需求日益迫切，其创新与研制有很大的社会意义与实用意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种双筒式高精度液体流速流量仪，既能作为流量仪，又能作为流速仪，在优选技术方案中，又能实时调零，能任意选择流速或流量值数显输出，是一种低压差高精度流量流速仪器。

一种双筒式高精度液体流速流量仪，包括：

用于产生压差信号的压差式流量流速信号发生器；

与所述压差式流量流速信号发生器连接的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒，所述的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒上各设有一个放气嘴；

与所述压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒连接，用于检测所述压差高端液气转换筒内压缩空气与压差低端液气转换筒内压缩空气的压差的压差传感器；

与所述压差传感器连接，用于将所述压差传感器检测到的压差信号转换成流速流量的微电脑。

本实用新型具有压差式流量流速信号发生器，分别连接压差高端与压差低端的独立双筒式液气转换筒、高精压差传感器及其调零电路和智能型(带微电脑芯片)的数显电压表。能实现同机任意选择流速或流量值数显输出，既可作为流速流量仪，单选功能下又可作为单一的流速仪或单一的流量仪；在优选技术方案中，用控制电路控制压差高端电控气阀和压差低端电控气阀，实现压差传感器实时调零的电控功能；配有智能型(带微电脑芯片)的数显电压表，能实现将输入的信号电压可通过数组拟合的方法，使输出变为相应的物理量值，如流速、流量、压差或压强等。采用液气转换筒提高了测量精度，是一种低压差高精密的流速流量仪器。

作为优选，所述的双筒式高精度液体流速流量仪，还包括：压差高端电控气阀、压差低端电控气阀以及控制所述压差高端电控气阀和压差低端电控气阀的控制电路；

所述的压差高端电控气阀至少包括三路，所述的压差高端电控气阀的一路与所述压差高端液气转换筒内压缩空气连通，所述的压差高端电控气阀的另一路与所述压差传感器连接，还有一路与大气导通；

所述的压差低端电控气阀至少包括三路，所述的压差低端电控气阀的一路与所述压差低端液气转换筒内压缩空气连通，所述的压差低端电控气阀的另一路与所述压差传感器连接，还有一路与大气导通。

当压差高端电控气阀和压差低端电控气阀通电时，使得压差传感器的测压端均与大气导通，可实时调零。

进一步优选，所述的控制电路包括电源和按通开关，所述的按通开关一端与所述电源的正极连接，另一端与所述压差高端电控气阀的正极和压差低端电控气阀的正极连接，所述压差高端电控气阀的负极和压差低端电控气阀的负极与所述电源的负极连接。

作为优选，所述的压差式流量流速信号发生器为能产生压差信号的流速流量测量管段。压差式流量流速信号发生器具体采用毕托管、文丘里、孔板等传统流速流量测压实验管段。

作为优选，所述的压差式流量流速信号发生器上设有压差高端压力传导管和压差低端压力传导管。

所述的压差高端液气转换筒上设有与所述压差高端压力传导管连通的进水口；

所述的压差低端液气转换筒上设有与所述压差低端压力传导管连通的进水口。

进一步优选，所述的压差高端液气转换筒的进水口位于所述压差高端液气转换筒的侧壁底部；

所述的压差低端液气转换筒的进水口位于所述压差低端液气转换筒的侧壁底部。

进一步优选，所述的压差高端液气转换筒的放气嘴设置在所述压差高端液气转换筒的侧壁并高于所述的压差高端液气转换筒的进水口；

所述的压差低端液气转换筒的放气嘴设置在所述压差低端液气转换筒的侧壁并高于所述的压差低端液气转换筒的进水口。

作为优选，所述的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒上各设有一个气嘴，所述的压差高端液气转换筒的气嘴与所述压差高端电控气阀连接，所述的压差低端液气转换筒的气嘴与所述压差低端电控气阀连接。

进一步优选，所述的压差高端液气转换筒的气嘴高于所述的压差高端液气转换筒的放气嘴；

所述的压差低端液气转换筒的气嘴高于所述的压差低端液气转换筒的放气嘴；

所述的压差高端液气转换筒的放气嘴和所述的压差低端液气转换筒的放气嘴等高。

一种电压模拟信号转变为流速流量值同机输出的方法，采用双筒式高精度液体流速流量仪，该双筒式高精度液体流速流量仪中微电脑采用智能数显表，在压差传感器的压差输出正负端与智能数显表的正负压输入端之间连接有切换电路；

该方法包括：

(1)、标定：将智能数显表在电压输出的模式下接入压差传感器，在零流量或零流速下调零，改变流量或流速值，测量并记录用手工称重计时的方法标定出的流速或流量值，同时记录智能数显表所显示的电压值，重复多次，形成一个电压信号值与流速或流量值一一对应的，具有多组数组的流速标定表格或流量标定表格；

(2)、取流量标定表格，以流量表格为例，将流量表格的标定数据，一一输入到智能数显表的正压输入端，形成电压与流量之间有一一对应的模拟关系，该智能数显表具备多段折线修正功能，能将所接收到的流量压差——正模拟信号电压自动转变为对应的流量值并数显输出；

(3)、取流速标定表格，将流速表格的标定数据，一一输入到智能数显表的负压输入端，与上述(2)不同的是输入时电压值的数值不变，但需全部改为负值，流速值仍保持正值不变，形成电压与流速之间负值对正值的一一对应的模拟关系，该智能数显表便能将所接收到的流速压差——负模拟信号电压自动转变为对应的正流速值并数显输出；

(4)将压差传感器检测到压差信号，通过切换电路根据所需要测的流量或流速选择变换正负，输入到智能数显表中，智能数显表将输出相应的流量或流速。

切换电路如具体选用双刀双掷开关，当切换到流量显示时，将信号的正端输入到智能数显表的正端，信号的负端输入智能数显表的负端，仪器显示流量值。反之，当切换到流速显示时，则将信号的正端输入到智能数显表的负端，信号的负端输入智能数显表的正端，仪器显示流速值。于是实现了同机任意选择流速或流量值数显输出的功能及效果。

步骤(2)和(3)不分先后，可以先取流量标定表格，再取流速标定表格，当然也可以先取流速标定表格，再取流量标定表格。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本流速流量仪设置了双筒式液气转换装置，将流速流量信号发生器与传感器之间由液体连通管内的液体直接传递压力的方式，通过液气转换的双筒，转变为气体的介质，将压力传送给传感器，彻底消除了传感器连接通路上的表面张力作用，使小流量的精度可由10％提高到1％，并填补了台式小型流体力学水力学实验仪器的高精度数显流速流量仪空白；

2、本流速流量仪因高精密传感器的压力传递介质为空气，因而使传感器压力芯片远离水或腐蚀性工作液体，使得传感器使用寿命大大提高；

3、本流速流量仪所配置的压差式流量信号发生器，如毕托管、文丘里、孔板等均是近百年来长期写入教课书的传统的流速计与流量计。引入实验教学，对学生有益；

4、配置了带微电脑芯片的数显流速流量电测仪，可将流速流量模拟电压通过芯片数模转换变为实时流速流量值，数显显示，直观方便。

附图说明

图1为本实用新型双筒式高精度液体流速流量仪的结构示意图；

图2为本实用新型压差高端电控气阀、压差低端电控气阀以及控制电路的电路示意图；

图3为本实用新型切换电路的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种双筒式高精度液体流速流量仪，包括：用于产生压差信号的压差式流量流速信号发生器1；与压差式流量流速信号发生器1连接的压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8，压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8上各设有一个放气嘴3；与压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8连接，用于检测压差高端液气转换筒4内压缩空气与压差低端液气转换筒8内压缩空气的压差的压差传感器6；与压差传感器6连接，用于将压差传感器6检测到的压差信号转换成流速流量的微电脑。

双筒式高精度液体流速流量仪，还包括：压差高端电控气阀11、压差低端电控气阀12以及控制压差高端电控气阀11和压差低端电控气阀12的控制电路。压差高端电控气阀11至少包括三路，压差高端电控气阀11的一路与压差高端液气转换筒4内压缩空气连通，压差高端电控气阀11的另一路与压差传感器6连接，还有一路与大气导通。压差低端电控气阀12至少包括三路，压差低端电控气阀12的一路与压差低端液气转换筒8内压缩空气连通，压差低端电控气阀8的另一路与压差传感器6连接，还有一路与大气导通。

如图2所示，控制电路包括电源和按通开关13，按通开关13一端与电源的正极连接，另一端与压差高端电控气阀11的正极和压差低端电控气阀12的正极连接，压差高端电控气阀11的负极和压差低端电控气阀12的负极与电源的负极连接。

压差式流量流速信号发生器1为能产生压差信号的流速流量测量管段。压差式流量流速信号发生器1具体采用毕托管、文丘里、孔板等传统流速流量测压实验管段。

压差式流量流速信号发生器1上设有压差高端压力传导管和压差低端压力传导管。

压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8各设有一个进水口5，压差高端液气转换筒4上的进水口与压差高端压力传导管连通；压差低端液气转换筒8上的进水口与压差低端压力传导管连通。压差高端液气转换筒4的进水口位于压差高端液气转换筒4的侧壁底部；压差低端液气转换筒8的进水口位于压差低端液气转换筒8的侧壁底部。

压差高端液气转换筒4的放气嘴设置在压差高端液气转换筒4的侧壁并高于压差高端液气转换筒4的进水口；压差低端液气转换筒8的放气嘴设置在压差低端液气转换筒8的侧壁并高于压差低端液气转换筒8的进水口。

压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8上各设有一个气嘴2，压差高端液气转换筒4的气嘴与压差高端电控气阀11连接，压差低端液气转换筒8的气嘴与压差低端电控气阀12连接。

压差高端液气转换筒4的气嘴高于压差高端液气转换筒4的放气嘴；压差低端液气转换筒8的气嘴高于压差低端液气转换筒8的放气嘴；压差高端液气转换筒4的放气嘴和压差低端液气转换筒8的放气嘴等高。

如图1和图3所示，微电脑采用智能数显表10，在压差传感器6的压差输出正负端与智能数显表10的正负压输入端之间连接有切换电路，切换电路具体选用双刀双掷开关14。

本实用新型双筒式高精度液体流速流量仪，具有压差式流量流速信号发生器1、实时调零电控气阀单元及其控制电路(即压差高端电控气阀11、压差低端电控气阀12以及控制压差高端电控气阀11和压差低端电控气阀12的控制电路)，分别连接压差高端与压差低端的独立双筒式液气转换筒4与8、压差传感器6和智能型(带微电脑芯片)的智能数显表10。

具体实施方式进一步说明如下：

1、双筒的下部各设有进水口5，并分别与压差式流速流量仪信号发生器1的高低压端的测压点(分别设有压差高端压力传导管和压差低端压力传导管)相连通，顶部各设有气嘴2，分别与压差传感器6的测压嘴相连通，中部等高程处分别设有放气嘴3，放气嘴3可放气使筒内液位最高升到放气嘴3位置。当放气嘴3关闭，水管连通管7充满连续的无气泡的有压水体时，高低端测压点的压力水通过双筒转换成气体压力，并分别作用于压差传感器6的高低压端，使压差传感器6及其气路连接管9中的压力传递介质均为气体。由于压差传感器6和气路连接管9中无水体存在，因而也彻底消除了传感器传统方法所连接的通路上的表面张力作用，使小流量的精度可由10％提高到1％。在测量开始时，需将放气嘴3(具体可采用放气螺丝嘴)开启排气，直至放气嘴3嘴口有水体流出，使筒内液面不再上升，对双筒都应分别进行这一操作，由于每个筒的放气嘴3位于同一个高程上，因此筒内经过排气进液后，液面高度会保持同一水平面，此时，如果实验管道中满管流流量为零时，两个测压筒内的气压相等，采用传统的传感器调零补偿电路对压差传感器进行初始调零。

2、实时调零电控气阀单元及其控制电路(即压差高端电控气阀11、压差低端电控气阀12以及控制压差高端电控气阀11和压差低端电控气阀12的控制电路)是在压差传感器6测压嘴的气路连接管9的管路上，接有一个或多个电控三通气阀，一个电控三通气阀可采用两个电控二通气阀和三通结合代替，并附有控制电路，实现压差传感器6实时调零的电控功能。以压差高端电控气阀11、压差低端电控气阀12均采用电控三通气阀为例，如图1、图2所示。图1的气路图中压差高端电控气阀11(电控三通气阀)的公共端与压差传感器6的高压端相连通、常开端与压差高端液气转换筒4的气嘴相连通；图1的气路图中压差低端电控气阀12(电控三通气阀)的公共端与压差传感器6的低压端相连通、常开端与压差低端液气转换筒8的气嘴相连通；图2是实时调零电控气阀单元电控电路示意图，当按通开关13按下时，压差高端电控气阀11(电控三通气阀)与压差低端电控气阀12(电控三通气阀)通电，与压差高端液气转换筒4和压差低端液气转换筒8的气嘴相连的常开端被关闭，通大气端与公共端相连通，于是压差传感器6两端均通大气，此时流量或流速显示值应为零，若不为零，则可调节为零。这一功能为双筒式高精度液体流速流量仪提供一个实时调零的作用，避免了量测过程中需要检测零点时传统仪器必须全关流速或流量阀门才能进行校验的麻烦，这种实时检测功能尤其在教学实验中是很有必要的。

3、压差传感器6接有传统的传感器调零补偿电路，可采用现有技术，能实现压差传感器6输入压差信号为零，而输出电压不为零时，补偿修正为零电压输出的功能。传统的传感器调零补偿电路主要原理是利用电位器改变传感器输出给智能数显表的电压值，使智能数显表10接收到的信号负端电压可以调节，从而使智能数显表10的显示值，可调节为零。

4、智能型(带微电脑芯片)的数显电压表(即智能数显表10)，其所具有的功能，能实现将输入的信号电压可通过数组拟合的方法，使输出变为相应的物理量值，如流速、流量、压差或压强等。这种智能数显表10是常规商用仪表，容易采购，可采用现有技术。

5、一种电压模拟信号转变为流速流量值同机输出的方法，采用双筒式高精度液体流速流量仪，该双筒式高精度液体流速流量仪中微电脑采用智能数显表10(具备多段折线修正功能，可对输入的非线性信号进行修正)，在压差传感器6的压差输出正负端与智能数显表10的正负压输入端之间连接有切换电路，该方法包括：

(1)、标定：将智能数显表10在电压输出的模式下接入压差传感器6，在零流量或零流速下调零，即初始调零，然后改变流量或流速值，测量并记录用手工称重计时的方法标定出的流速或流量值，同时记录智能数显表10所显示的电压值，重复多次，形成一个电压信号值与流速或流量值一一对应的，具有多组数组的流速标定表格或流量标定表格；

(2)、取流量标定表格，以流量表格为例，将流量表格的标定数据，一一输入到智能数显表10的正压输入端，形成电压与流量之间有一一对应的模拟关系，该智能数显表10具备多段折线修正功能，能进行数值插值非线性拟合，能将所接收到的流量压差——正模拟信号电压自动转变为对应的流量值并数显输出；

(3)、取流速标定表格，将流速表格的标定数据，一一输入到智能数显表10的负压输入端，与上述(2)不同的是输入时电压值的数值不变，但需全部改为负值，流速值仍保持正值不变，形成电压与流速之间负值对正值的一一对应的模拟关系，该智能数显表10便能将所接收到的流速压差——负模拟信号电压自动转变为对应的正流速值并数显输出；

(4)将压差传感器检测到压差信号，通过切换电路根据所需要测的流量或流速选择变换正负，输入到智能数显表10中，智能数显表将输出相应的流量或流速。

步骤(2)和(3)不分先后，可以先取流量标定表格，再取流速标定表格，当然也可以先取流速标定表格，再取流量标定表格。

如图3所示，切换电路如具体选用双刀双掷开关14，当切换到流量信号端时，将信号的正端输入到智能数显表10的正端，信号的负端输入智能数显表10的负端，仪器显示流量值。反之，当切换到流速信号端时，则将信号的正端输入到智能数显表10的负端，信号的负端输入智能数显表10的正端，仪器显示流速值。于是实现了同机任意选择流速或流量值数显输出的功能及效果。

Claims (9)

1.一种双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，包括：

用于产生压差信号的压差式流量流速信号发生器；

与所述压差式流量流速信号发生器连接的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒，所述的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒上各设有一个放气嘴；

与所述压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒连接，用于检测所述压差高端液气转换筒内压缩空气与压差低端液气转换筒内压缩空气的压差的压差传感器；

与所述压差传感器连接，用于将所述压差传感器检测到的压差信号转换成流速流量的微电脑。

2.根据权利要求1所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，还包括：压差高端电控气阀、压差低端电控气阀以及控制所述压差高端电控气阀和压差低端电控气阀的控制电路；

所述的压差高端电控气阀至少包括三路，所述的压差高端电控气阀的一路与所述压差高端液气转换筒内压缩空气连通，所述的压差高端电控气阀的另一路与所述压差传感器连接，还有一路与大气导通；

所述的压差低端电控气阀至少包括三路，所述的压差低端电控气阀的一路与所述压差低端液气转换筒内压缩空气连通，所述的压差低端电控气阀的另一路与所述压差传感器连接，还有一路与大气导通。

3.根据权利要求2所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，其特征在于，所述的控制电路包括电源和按通开关，所述的按通开关一端与所述电源的正极连接，另一端与所述压差高端电控气阀的正极和压差低端电控气阀的正极连接，所述压差高端电控气阀的负极和压差低端电控气阀的负极与所述电源的负极连接。

4.根据权利要求1所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差式流量流速信号发生器上设有压差高端压力传导管和压差低端压力传导管。

5.根据权利要求4所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差高端液气转换筒上设有与所述压差高端压力传导管连通的进水口；

所述的压差低端液气转换筒上设有与所述压差低端压力传导管连通的进水口。

6.根据权利要求5所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差高端液气转换筒的进水口位于所述压差高端液气转换筒的侧壁底部；

所述的压差低端液气转换筒的进水口位于所述压差低端液气转换筒的侧壁底部。

7.根据权利要求5所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差高端液气转换筒的放气嘴设置在所述压差高端液气转换筒的侧壁并高于所述的压差高端液气转换筒的进水口；

所述的压差低端液气转换筒的放气嘴设置在所述压差低端液气转换筒的侧壁并高于所述的压差低端液气转换筒的进水口。

8.根据权利要求2所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差高端液气转换筒和压差低端液气转换筒上各设有一个气嘴，所述的压差高端液气转换筒的气嘴与所述压差高端电控气阀连接，所述的压差低端液气转换筒的气嘴与所述压差低端电控气阀连接。

9.根据权利要求8所述的双筒式高精度液体流速流量仪，其特征在于，所述的压差高端液气转换筒的气嘴高于所述的压差高端液气转换筒的放气嘴；

所述的压差低端液气转换筒的气嘴高于所述的压差低端液气转换筒的放气嘴；

所述的压差高端液气转换筒的放气嘴和所述的压差低端液气转换筒的放气嘴等高。