CN213148017U - 一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统，涉及流量计技术领域，为便于提高流量计的计量准确性而发明。所述流量计内部流体流动状态获取系统，包括：示踪粒子发生器、流量计和流量控制器；其中，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计的入口相连，所述流量计的出口与所述流量控制器的一端相连；所述流量计包括透明部位；在所述透明部位外设有用于对所述流量计内部的流体流动状态进行图像采集的相机。本申请适用于对获取流量计内部的流体流动状态的图像。

Description

一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统

技术领域

本申请涉及流量计技术领域，尤其涉及一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统。

背景技术

流量计被广泛应用于涉及生产、生活的各个领域，流量计的计量准确性意义重大。流量计的计量准确性在一定程度上，受流经流量计内部流场状态影响较大，例如流体流过流量计时产生涡流等现象，涡流对流量计的计量准确度产生影响，而流量计的结构对流量计内部流场状态会产生一定的影响，为了测试流量计的结构对流量计内部流场状态的影响，在流量计设计过程中，现有技术中，采用流体力学(CFD)模拟仿真的方式，计算得到流量内部流场状态，然而，应用流体力学模拟仿真的方式得到的结果和实际的结果会存在较大的偏差，基于此，进行设计生产的流量计在实际使用过程中，准确性较低。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统，便于更直观地获取流量计内部流体的流动状态。

本申请实施例提供一种流量计内部流体流动状态获取系统，包括：示踪粒子发生器、流量计和流量控制器；其中，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计的入口相连，所述流量计的出口与所述流量控制器的一端相连；所述流量计包括透明部位；在所述透明部位外设有用于对所述流量计内部的流体流动状态进行图像采集的相机。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，还包括：设于所述透明部位外的激光发生器，所述激光发生器用于在所述流量计内产生片光背景；所述片光背景所在平面与所述相机的光轴方向相垂直。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述片光背景所在平面与水平面平行；或者，所述片光背景所在平面与水平面垂直。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述示踪粒子发生器与所述流量计之间通过第一直管相连，所述第一直管的长度至少为所述流量计的入口直径的10倍；所述流量计与所述流量控制器之间通过第二直管相连，所述第二直管的长度至少为所述流量计的出口直径的5倍。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述示踪粒子发生器的出口直径大于所述流量计入口直径，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过连接管相连；所述连接管包括缩径段；所述缩径段的直径自靠近所述示踪粒子发生器的出口的一端至远离所述示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减小；或，

所述示踪粒子发生器的出口直径小于所述流量计入口直径，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过连接管相连；所述连接管包括扩径段；所述扩径段的直径自靠近所述示踪粒子发生器的出口的一端至远离所述示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐增大。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述流量计包括流体输送管、第一换能器和第二换能器，所述流体输送管的入口与所述示踪粒子发生器的出口相连，所述流体输送管的出口与所述流量控制器相连；所述第一换能器和所述第二换能器处于所述流体输送管轴线的两侧，且相对设置；所述第一换能器与所述第二换能器分别处于所述流体流动的上游和下游；所述第一换能器和所述第二换能器处于所述流体输送管外；或，至少部分所述第一换能器和/或所述第二换能器处于所述流体输送管内。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述流量控制器包括风机，所述风机的一端与所述流量计的出口相连；所述风机用于对所述流量计内部流体流动状态获取系统内的流体流经路径形成负压。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述流量控制器，还包括标准表和控制单元，所述标准表的入口与所述流量计的出口相连，所述标准表的出口与所述风机的一端相连，所述控制单元与所述风机相连。

根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述示踪粒子发生器用于产生水蒸汽发生器，所述流量计为超声波流量计。

本申请还提供一种流量计内部流体流动状态分析系统，包括：计算机和上述任一实现方式所述的流量计内部流体流动状态获取系统；所述计算机与所述流量计内部流体流动状态获取系统中的相机相连。

本申请提供的一种流量计内部流体流动状态获取系统及分析系统，通过将示踪粒子发生器的出口与所述流量计的入口相连，流量计的出口与流量控制器的一端相连，并且在流量计的透明部位外设有用于对流量计内部的流体流动状态进行图像采集的相机，由于流量计包括透明部位，且在透明部位外设有相机，这样，可以通过相机对流量计内部的流体流动状态进行图像采集，可直观地得到流量计内部的实际流体流动状态，为对流量计内部的实际流体流动状态进行分析提供数据基础，以便可进一步对图像进行分析，为流量计的设计和应用提供一定的技术支持，为流量计的设计改进与优化提供方向，进一步地，便于提高流量计的计量准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请一实施例提供的流量计内部流体流动状态获取系统的结构示意图；

图2为本申请又一实施例提供的流量计内部流体流动状态获取系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请一实施例提供的流量计内部流体流动状态获取系统的结构示意图，图2为本申请又一实施例提供的流量计内部流体流动状态获取系统的结构示意图，如图1和图2所示，本实施例的流量计内部流体流动状态获取系统，可以包括：示踪粒子发生器1、流量计2和流量控制器3；其中，示踪粒子发生器1的出口与流量计2的入口相连，流量计2的出口与流量控制器3的一端相连；流量计2包括透明部位；在透明部位外设有用于对流量计2内部的流体流动状态进行图像采集的相机4。

示踪粒子发生器1，可用于产生使本实施例中的流量计内部流体流动状态获取系统中的流体可视化的粒子。在一个例子中，示踪粒子发生器1可用于产生水蒸汽，用于为系统提供稳定的、饱和的蒸汽流场。在一些例子中，示踪粒子发生器1可利用纯净的水源为系统提供稳定的饱和水蒸汽流场，这样，流过系统的流体，无杂质、油渍等污染物，对流量计及流量控制器等设备损害性较低。在一个例子中，示踪粒子发生器1产生的水蒸汽的加湿量为6kg/h，可满足系统内最大流速为30m/s的应用环境。示踪粒子发生器1利用纯净的水源为系统提供稳定的饱和水蒸汽流场，避免了使用含有颗粒物和油渍等物体的烟流或油流等流体，会附着在管道内壁上，不但产生污染，而且影响流量计的计量性能。

流量计2的透明部位可由如有机玻璃等透明材料制成，在一些例子中，流量计的各个部件可均由透明材料制成，在另一些例子中，流量计的部分部件可由透明材料制成，而另一些部件可不适用透明材料制成。

在一个例子中，透明部位可为流量计2的壳体。

通过透明部位相机能够采集流量计内部的流体流动状态。

为了避免影响采集效果，在一些例子中，透明部位的壁厚在满足强度的条件下不可过厚。

为了与实际更加接近，本实施例中的流量计2的结构、尺寸与实际使用的流量计的结构、尺寸相同。

在一个例子中，流量计可为超声波流量计。超声波流量计是目前最具有发展前景的新技术电子式流量计，是一种利用超声波检测流体中流速信息来测量流量的非接触式流量计。超声波流量计凭借着非接触式测量、对流体介质无要求和测量准确度高等优点应用广泛。超声波流量计由换能器、电子电路流量显示系统和计算系统三部分组成。超声波流量计应用时差法对流体流量进行计量，时差法测量原理是通过测量超声波在流体中顺流传播时间与逆流传播时间的时间差计算得出流体的流速，从而进行流量计量。应用时差法测量原理的超声波流量计的理想安装条件为流过超声波流量计的流场为对称的充分发展的流速分布。

流量控制器3能够为流量计提供所需要的流量，具体可使用负压法为流量计提供所需要的流量。在一个例子中，流量控制器可以包括真空泵；在另一个例子中，流量控制器3可以包括风机，风机的一端与流量计的出口相连；风机用于对所述流量计内部流体流动状态获取系统内的流体流经路径形成负压，工作介质为空气，流量范围可为(0.5-2000)m³/h；在又一个例子中，流体控制器 3可为气体流量标准装置，气体流量标准装置是一台高精度的气体流量标准装置，主要由风机、阀门、标准表、管道、变频器和控制系统等组成。其检测原理是根据密闭管道内气体连续性原理，工作介质为空气，流量范围可为(0.5-2000) m³/h，试配管道口径为DN15-DN200，将流量计2与气体流量标准装置串联，应用负压法为流量计2提供所需要的流量。

为了灵活地调整本申请的流量计内部流体流动状态获取系统内流体的流量，并将流量进行显示，在一些例子中，流量控制器，还可以包括：标准表和控制单元，标准表的入口与流量计的出口相连，标准表的出口与风机的一端相连，控制单元与所述风机相连。

标准表用于显示流过标准表的流量，控制单元可调节风机产生的负压的大小。

相机4可为高速摄相机，相机4的性能够满足本实施例中的流量计内部流体流动状态获取系统的要求。相机4可通过三脚架等装置固定于流量计的透明部位外，可透过透明部位对流量计内部的流体流动状态进行图像采集，具体可为图片和/或视频。

流体流动状态可为平稳的流场状态、具有涡流的流场状态及具有二次流的流场状态等等。

所需观测平面正前方，与激光片光背景面正交，(作用)从而记录所在的激光片光背景面的流体流动状态。同时可以根据所需要观察区域不同而设置相应的放置位置，从而获得更多区域平面的流体流动状态。

本实施例的流量计内部流体流动状态获取系统，当示踪粒子发生器使流体可视化的粒子，由流量控制器控制流体产生一定数值的流量，使含有可视化粒子的流体流入流量计，透过流量计的透明部位，相机可采集流量计内部的流体流动状态。

本实施例，通过将示踪粒子发生器的出口与所述流量计的入口相连，流量计的出口与流量控制器的一端相连，并且在流量计的透明部位外设有用于对流量计内部的流体流动状态进行图像采集的相机，由于流量计包括透明部位，且在透明部位外设有相机，这样，可以通过相机对流量计内部的流体流动状态进行图像采集，可直观地得到流量计内部的实际流体流动状态，为对流量计内部的实际流体流动状态进行分析提供数据基础，以便可进一步对图像进行分析，为流量计的设计和应用提供一定的技术支持，为流量计的设计改进与优化提供方向，进一步地，便于提高流量计的计量准确性，此外，可与流体力学CFD的计算结果进行对比，这样，能够促进CFD技术的优化与改进。

参见图1和图2，本申请又一实施例，与上述实施例基本相同，不同之处在于，本实施例的流量计内部流体流动状态获取系统，还包括：设于所述透明部位外的激光发生器5，激光发生器5用于在流量计2内产生片光背景；片光背景所在平面与相机5的光轴方向相垂直。

激光发生器5为可提供片光背景的仪器，片光背景可为由光形成的光平面，该片平面可为需要采集或观测的平面提供片光背景，这样，可更加清晰地采集该平面上的流体流动状态。

激光发生器5所能发出的激光波长和功率的大小，以满足清晰地采集平面上的流体流动状态为准。

激光发生器5可通过如三脚架等固定装置进行固定。可根据需要观测平面的位置，将光激光发生器5设于透明部位外相应的位置处，而为了更加符合人们的使用习惯，在一些例子中，片光背景所在平面可与水平面平行，在另一些例子中，片光背景所在平面可与水平面垂直。在相机采集的过程中，可使片光背景所在平面与相机的光轴方向相垂直。

参见图1，可将激光发生器5固定于流量计2的上方，以提供xy平面的片光背景，同时相机4固定于xy平面的片光背景的正前方，从而可以记录xy平面的流体流动状态。参见图2，可将相机4固定于流量计2的上方，激光发生器提供xz平面的片光背景，从而可以记录xz平面的流体流动状态。

本实施例，由于设于透明部位外的激光发生器，用于在流量计内产生片光背景，而片光背景所在平面与相机的光轴方向相垂直，这样，可便于清晰地采集流量计内部某个平面上的流体流动状态。

参见图1和图2，由于流量计的计量准确性受流体流动状态影响较大，所以流量计上游的流体流动状态也间接地对流量计的计量准确性产生影响，为减少上游流体流动状态对流量计的计量准确性的影响，本申请再一实施例中，示踪粒子发生器1与流量计2之间通过第一直管6相连，第一直管6的长度至少为流量计1的入口直径的10倍，流量计2与流量控制器3之间通过第二直管7相连，第二直管7的长度至少为流量计2的出口直径的5倍，这样，可便于使流量计测量区域内部流场达到充分发展状态，从而减少上游流体流动状态对流量计的计量准确性的影响，便于确定流量计的结构对流量计内流体流动状态的影响，进一步地，为流量计的设计和应用提供技术支持。

参见图1和图2，同样，由于流量计的计量准确性受流体流动状态影响较大，所以流量计上游的流体流动状态也间接地对流量计的计量准确性产生影响，为减少上游流体流动状态对流量计的计量准确性的影响，在本申请一实施例中，示踪粒子发生器1的出口直径大于流量计2入口直径，示踪粒子发生器1的出口与流量计2入口之间通过连接管8相连；连接管8包括缩径段80；缩径段80 的直径自靠近示踪粒子发生器1的出口的一端至远离示踪粒子发生器1的出口的另一端逐渐减小。

缩径段80的具有较大直径的一端可通过一直管与示踪粒子发生器的出口相连，缩径段80的具有较小直径的一端可通过另一直管与流量计的入口相连。

本实施例，示踪粒子发生器的出口直径大于所述流量计入口直径，示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过包括缩径段的连接管相连，其中，缩径段的直径自靠近示踪粒子发生器的出口的一端至远离示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减小，由于缩径段的直径自靠近示踪粒子发生器的出口的一端至远离示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减小，能够使从示踪粒子发生器流入流量计的流体流场缓慢过渡，无明显的流场突变现象出现，从而，使流量计测量区域内部流场达到充分发展状态，从而，减少上游流体流动状态对流量计的计量准确性的影响，便于确定流量计的结构对流量计内流体流动状态的影响，进一步地，为流量计的设计和应用提供技术支持。

在本申请另一实施例中，示踪粒子发生器1的出口直径小于流量计2入口直径，示踪粒子发生器1的出口与流量计2入口之间通过连接管相连；所述连接管包括扩径段；扩径段的直径自靠近示踪粒子发生器1的出口的一端至远离示踪粒子发生器1的出口的另一端逐渐增大。

扩径段的具有较小直径的一端可通过一直管与示踪粒子发生器的出口相连，扩径段的具有较大直径的一端可通过另一直管与流量计的入口相连。

本实施例，示踪粒子发生器的出口直径小于流量计入口直径，示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过包括扩径段的连接管相连，其中，扩径段的直径自靠近示踪粒子发生器的出口的一端至远离示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减大，由于扩径段的直径自靠近示踪粒子发生器的出口的一端至远离示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减大，能够使从示踪粒子发生器流入流量计的流体流场缓慢过渡，无明显的流场突变现象出现，从而，使流量计测量区域内部流场达到充分发展状态，从而，减少上游流体流动状态对流量计的计量准确性的影响，便于确定流量计的结构对流量计内流体流动状态的影响，进一步地，为流量计的设计和应用提供技术支持。

在本申请再一实施例中，示踪粒子发生器1的出口直径等于流量计2入口直径，示踪粒子发生器1的出口与流量计2入口之间通过直管相连，这样，可便于使流量计测量区域内部流场达到充分发展状态。

当使用超声波对流体流量进行计量时，一般基于超声波发射器与超声波接收器的收、发超声波的时间计算流量，而超声波发射器与超声波接收器的安装位置可能会影响流量计内部流场的分布等现象，为了验证超声波发射器与超声波接收器安装在某个位置处时，对流量计内部流场分布状态的影响，在本申请一实施例中，流量计2包括流体输送管20、第一换能器22和第二换能器24，流体输送管20的入口与示踪粒子发生器1的出口相连，流体输送管20的出口与流量控制器3相连；第一换能器22和第二换能器24处于流体输送管20轴线的两侧，且相对设置；第一换能器22与第二换能器24分别处于流体流动的上游和下游，第一换能器22和第二换能器24处于流体输送管20外。在本申请又一实施例中，至少部分第一换能器处于所述流体输送管内；在本申请再一实施例中，至少部分第二换能器处于所述流体输送管内；在本申请再一实施例中，至少部分第一换能器和至少部分第二换能器处于流体输送管内。

第一换能器22和第二换能器24均具有发射和接收超声波的功能，在实际使用时，当第一换能器22发射超声波时，第二换能器24用来接收第一换能器 22发射的超声波；当第二换能器24发射超声波时，第一换能器22用来接收第二换能器24发射的超声波。

在一些例子中，本申请的流量计内部流体流动状态获取系统各个部件的连接处均采用法兰及密封圈进行连接，以保证整个系统的密封性。

本申请再一实施例还提供了流量计内部流体流动状态分析系统的实施例，本实施例的影响流量计性能的分析系统，包括：计算机和上述实施例中的流量计内部流体流动状态获取系统；计算机与流量计内部流体流动状态获取系统中的相机相连。

流量计内部流体流动状态获取系统的结构与上述实施例中的描述的内容相同，此处不再赘述。

可在计算机中安装专用软件，对相机采集到的流量计内部流体流动状态进行分析，同时结合流量计内部流体流动状态获取系统的结构，可进一步确定影响流量计性能的因素，为流量计的设计和应用提供一定的技术支持，为流量计的设计改进与优化提供方向，此外，可与流体力学CFD的计算结果进行对比，这样，能够促进CFD技术的优化与改进。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，包括：示踪粒子发生器、流量计和流量控制器；其中，

所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计的入口相连，所述流量计的出口与所述流量控制器的一端相连；所述流量计包括透明部位；在所述透明部位外设有用于对所述流量计内部的流体流动状态进行图像采集的相机。

2.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，还包括：设于所述透明部位外的激光发生器，所述激光发生器用于在所述流量计内产生片光背景；所述片光背景所在平面与所述相机的光轴方向相垂直。

3.根据权利要求2所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述片光背景所在平面与水平面平行；或者，

所述片光背景所在平面与水平面垂直。

4.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述示踪粒子发生器与所述流量计之间通过第一直管相连，所述第一直管的长度至少为所述流量计的入口直径的10倍；所述流量计与所述流量控制器之间通过第二直管相连，所述第二直管的长度至少为所述流量计的出口直径的5倍。

5.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述示踪粒子发生器的出口直径大于所述流量计入口直径，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过连接管相连；所述连接管包括缩径段；所述缩径段的直径自靠近所述示踪粒子发生器的出口的一端至远离所述示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐减小；或，

所述示踪粒子发生器的出口直径小于所述流量计入口直径，所述示踪粒子发生器的出口与所述流量计入口之间通过连接管相连；所述连接管包括扩径段；所述扩径段的直径自靠近所述示踪粒子发生器的出口的一端至远离所述示踪粒子发生器的出口的另一端逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述流量计包括流体输送管、第一换能器和第二换能器，所述流体输送管的入口与所述示踪粒子发生器的出口相连，所述流体输送管的出口与所述流量控制器相连；所述第一换能器和所述第二换能器处于所述流体输送管轴线的两侧，且相对设置；所述第一换能器与所述第二换能器分别处于所述流体流动的上游和下游；

所述第一换能器和所述第二换能器处于所述流体输送管外；或，

至少部分所述第一换能器和/或所述第二换能器处于所述流体输送管内。

7.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述流量控制器包括风机，所述风机的一端与所述流量计的出口相连；所述风机用于对所述流量计内部流体流动状态获取系统内的流体流经路径形成负压。

8.根据权利要求7所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述流量控制器，还包括标准表和控制单元，所述标准表的入口与所述流量计的出口相连，所述标准表的出口与所述风机的一端相连，所述控制单元与所述风机相连。

9.根据权利要求1所述的流量计内部流体流动状态获取系统，其特征在于，所述示踪粒子发生器用于产生水蒸汽，所述流量计为超声波流量计。

10.一种流量计内部流体流动状态分析系统，其特征在于，包括：计算机和上述任一项权利要求所述的流量计内部流体流动状态获取系统；所述计算机与所述流量计内部流体流动状态获取系统中的相机相连。

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