CN104251724A - 流体流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流体流量测量装置，属于流体测量技术领域。包括文丘里管流量计节流件（1），以及设置于所述文丘里管流量计节流件（1）的圆筒形喉部（C）上的超声波流量计传感器传感器（2）。该流量测量装置的量程比达到500-1000倍，精度达到1%内，解决了现有流量计量程比较低，精度较低的技术问题。特别适用于小区总表、大型企业总表、区域计量及城市管网监控等量程比要求较高的流量测量场合。

Description

流体流量测量装置

技术领域

本发明涉及一种流体流量测量装置，属于流体流量测量技术领域。

背景技术

由于清洁能源的开发和广泛应用、清洁能源的贸易结算需求和清洁能源管网传输过程中的安全监控催生了对大量程流量计的迫切需求。它要求流量计能够长期、安全、稳定、无故障地运行。目前市场上用于流量测量的的仪表及工作原理如下：

1.气体涡轮流量计

当流体进入管道时推动涡轮叶片，叶片与流体移动方向成一定角度，叶片克服摩擦力和流体阻力后开始旋转，在一定的流量范围内涡轮旋转的角速度与流体体积流量成正比。

2.旋进漩涡流量计

在管道内中心位置安装一个锥形旋转体。当流体通过时会产生漩涡，漩涡气流撞击压力传感器产生脉冲信号，流体的流速与脉冲频率成正比。

3.   涡街流量计

在气流管道内插入梯形阻挡模块、当气流流经梯形阻挡模块时，模块两侧交替产生随气流向下游移动的气流漩涡，各个气流漩涡经过压力传感器时撞击压力传感器所产生脉冲信号的频率与流速成正比。

4.   罗茨流量计

也称腰轮流量计。在流量计壳体内有一个固定体积的计量室，室内有一对可相对旋转，且相互啮合的腰轮、齿轮。当流体通过计量室时，流体的动压力使进出口形成压力差而推动腰轮旋转，腰轮带动齿轮每转动一个周期，通过计量室的流体流量是固定的。罗茨流量计利用机械测量元件将连续不断的流体分割成多个已知体积部分。根据计量室逐次重复充满和排放过程来测量流量体积的总量。

5.   差压流量计

差压流量计一般采用孔板、喷嘴或文丘里管结构。其原理均为流体在经过结构阻挡后上下游间会产生静差压。如计量装置与国标GB/T 2624所规定的装置具有几何相似性，且使用条件相同，则根据静差压的实测值、流体特性环境数据以及计量装置的几何数据代入公式确定流量值。差压流量计由于测量原理的缺陷，对流量的流动状态有一个限制范围，特别是低雷诺数（<5000）情况下所测精度很难保证，特别是小流量时甚至无法感应到信号，这是差压流量计发展上的主要弱点。

6.   超声流量计

超声流量计在管壁上有一对相对的且与管道中心线呈一定夹角的超声换能器，其中任意一个超声换能器发射的超声波能被另一个所接收。根据超声波发出后由于流体流动所造成两个方向上超声波传递t1、t2时间差可计算得到流体速度及流量。超声流量计由于测量原理的原因，极易受到干扰而使流量信号检测出错，特别是在介质流速高时（约大于30米/秒），流体自身所产生的噪声会破坏或干扰正常的超声信号，导致无法测量。

现存各种流量测量技术所能够检测的流量范围较小。除罗茨流量计所能检测的最大流量与最小流量量程比可达到50~100倍外，一般均小于10倍，无法满足城市管网监控及许多贸易结算方面的需求。

为了提高流量计的检测范围，现有流量计通常采用两个流量计组合的方式实现较宽量程的测量，例如中国专利文献CN102183274B公开一种宽量程双涡街流量计，它包括设于测量管上游的超声涡街流量传感器和设于测量管下游的应力涡街流量传感器，该申请采用了两种不同的涡街流量传感器，并通过流量转换器进行切换控制，实现了宽范围的气体流量检测，而这种流量计的量程比最大只能达到150:1。对于要求更大量程比的城市管网监控及许多贸易结算方面的需求，这种涡街式流量计则无法实现。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有流量计的量程比较低、精度不够高，进而提供一种精度较高，且量程比更高的流量计量装置。

为解决上述技术问题，本发明的一种流体流量测量装置，包括文丘里管流量计节流件，以及设置于所述文丘里管流量计节流件的圆筒形喉部上的超声波流量计传感器。

上述流体流量测量装置中，所述文丘里管流量计节流件的入口圆筒段的长度与其直径相等，圆锥收缩段的锥角为20-22°，圆锥扩散段的锥角7-15°，所述圆筒形喉部的长度为其直径的1.3-1.7倍。

上述流体流量测量装置中，所述圆筒形喉部的管壁上开设用于安装所述超声波流量计传感器的发射端及接收端的安装孔，所述超声波流量计传感器的发射端及接收端插入所述安装孔并伸入至所述圆筒形喉部的内腔。

上述流体流量测量装置中，所述超声波流量计传感器与所述圆筒形喉部之间的夹角为30-60°。本发明的上述夹角是指超声波流量计传感器发射端与接收端的轴心连线与所述圆筒形喉部的轴线之间的夹角。

上述流体流量测量装置中，优选的，所述超声波流量计传感器与所述圆筒形喉部之间的夹角为45°。

上述流体流量测量装置中，所述入口圆筒段设置压力传感器，所述圆筒形喉部设置温度传感器，所述入口圆筒段与所述圆筒形喉部上设置差压传感器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

（1）本发明的流量计量装置通过将超声波流量计传感器设置于改良的文丘里管流量计节流件的圆筒形喉部上，同时又在节流件圆筒段A和圆筒形喉部C上设置差压传感器，在电子部件和计算机软件配合下进行流量测量和计算，超声波流量计传感器设置于文丘里管流量计节流件的节流小管径段中，此区域为压缩变径区，根据流体的流动特性，此区域的流体流场均匀稳定，在此安装超声波流量计传感器对于低流速小流量的测量非常有利，可以大大提高小流量的测量准确度及稳定性，同时避免在文丘里管流量计节流件的上游或下游设置流量传感器对文丘里管流量计测量带来的干扰，使文丘里管流量计的大流量测量精度控制在一定范围，保证了整个流量计的精度控制在1%的误差范围，两种流量计组合实现流量计量装置量程比达到500-1000倍。当入口圆筒段直径为200mm，圆筒形喉部直径为100mm时，超声波流量计最小可测量流量可达2m³/h，文丘里管流量计节流件最大可测量流量可达2000 m³/h，使该流体流量测量装置的量程比达到1000倍。

（2）本发明的文丘里管流量计节流件的入口圆筒段A、圆锥收缩段B以及圆锥扩散段D的尺寸符合GB/T2624，圆筒形喉部C的长度为该段直径的1.3-1.7倍，这种尺寸比例的文丘里管可以使该流量计在低压力输送时能耗较低，保证文丘里管流量计精度的同时利于超声波传感器的安装。

（3）本发明可采用接触式超声波流量计传感器，即超声波流量计传感器的发射端及接收端插入文丘里管的圆筒形喉部的内腔，由于接触式超声波流量计的灵敏度高、发射功率小、信号大易处理，进一步提高了流量测量装置的测量精度，降低了处理难度。

（4）本发明的所述超声波流量计传感器与所述圆筒形喉部之间的夹角为30-60°，此安装角度具有在高流速下可更好保障计量精度的优点，且加工、安装更为方便。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1      是本发明的流体流量测量装置的结构示意图；

图中附图标记表示为：1-文丘里管流量计节流件，2-超声波流量计传感器，A-入口圆筒段，B-圆锥收缩段，D-圆锥扩散段，C-圆筒形喉部。

具体实施方式

以下将结合附图，使用以下实施例对本发明进行进一步阐述。

图1为本发明公开的流体流量测量装置，其包括文丘里管流量计节流件1，以及设置于所述文丘里管流量计节流件1的圆筒形喉部C上的超声波流量计传感器2。超声波流量计传感器2设置于所述文丘里管流量计节流件1的节流段，此区域为压缩变径区，用于测量小流量，根据流体的流动特性，此区域的流体流场均匀稳定，在此安装超声波流量计传感器对于低流速小流量的测量非常有利；文丘里管流量计节流件1的入口圆筒段A与圆筒形喉部C上设置的差压传感器则用于测量大流量。该流量测量装置在保证精度控制在1%的误差范围的前提下，量程比可达500-1000倍。所述文丘里管流量计节流件1与所述超声波流量计传感器2的电子部件连接至同一控制器上，并通过显示器显示，实现差压流量测量。

以上为本发明的核心技术方案，具体地，本实施方式中，所述文丘里管流量计节流件1的入口圆筒段A的长度与其直径相等，圆锥收缩段B的锥角为21°，圆锥扩散段D的锥角为10°，所述圆筒形喉部C的长度为其直径的1.5倍。即文丘里管的入口圆筒段A、圆锥收缩段B、圆锥扩散段D段的尺寸符合国家标准GB/T2624，文丘里管流量计节流件1的圆筒形喉部C加长安装所述超声波流量计传感器2，上述文丘里管流量计节流件可以使该流量计在低压力输送时能耗较低，保证文丘里流量计精度的同时利于超声波传感器的安装。

为了进一步提高流量测量装置的精度，本实施方式中，所述圆筒形喉部C的管壁上开设用于安装所述超声波流量计传感器2的发射端及接收端的安装孔，所述超声波流量计传感器2的发射端及接收端插入所述安装孔并伸入至所述圆筒形喉部C的内腔。由于接触式超声波流量计的灵敏度高、发射功率小、信号大易处理，可以使该流量测量装置的测量精度提高，降低了处理难度。

所述超声波流量计传感器传感器2与所述圆筒形喉部C之间的夹角为30-60°。本实施方式中，兼顾加工方便性以及测量精度，所述超声波流量计传感器2与所述圆筒形喉部C之间的夹角为45°。

所述入口圆筒段A设置压力传感器，所述圆筒形喉部C设置温度传感器，通过测量流体的工作压力和温度，能够对压力和温度进行补偿运算，提高流量测量的精确度。

实施例2

本实施例是在实施例1中的流体流量测量装置的基础上的结构变形，其主要区别点在于：本实施例中，所述文丘里管流量计节流件1的入口圆筒段A的长度与其直径相等，圆锥收缩段B的锥角为22°，圆锥扩散段D的锥角为15°，所述圆筒形喉部C的长度为其直径的1.7倍。

实施例3

本实施例是在实施例1中的流体流量测量装置的基础上的结构变形，其主要区别点在于：所述文丘里管流量计节流件1的入口圆筒段A的长度与其直径相等，圆锥收缩段B的锥角为21°，圆锥扩散段D的锥角为15°，所述圆筒形喉部C的长度为其直径的1.3倍。

其他实施方式中，所述文丘里管流量计节流件1的结构还可以为：所述入口圆筒段A的长度与其直径相等，圆锥收缩段B的锥角在20-22°，圆锥扩散段D的锥角为7-15°，所述圆筒形喉部C的长度为其直径的1.3-1.7倍。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。 

Claims (6)

1.一种流体流量测量装置，其特征在于：包括文丘里管流量计节流件（1），以及设置于所述文丘里管流量计节流件（1）的圆筒形喉部（C）上的超声波流量计传感器（2）。

2.根据权利要求1所述的流体流量测量装置，其特征在于：所述文丘里管流量计节流件（1）的入口圆筒段（A）的长度与其直径相等，圆锥收缩段（B）的锥角为20-22°，圆锥扩散段（D）的锥角为7-15°，所述圆筒形喉部（C）的长度为其直径的1.3-1.7倍。

3.根据权利要求1或2所述的流体流量测量装置，其特征在于：所述圆筒形喉部（C）的管壁上开设用于安装所述超声波流量计传感器（2）的发射端及接收端的安装孔，所述超声波流量计传感器（2）的发射端及接收端插入所述安装孔并伸入至所述圆筒形喉部（C）的内腔。

4.根据权利要求3所述的流体流量测量装置，其特征在于：所述超声波流量计传感器传感器（2）与所述圆筒形喉部（C）之间的夹角为30-60°。

5.根据权利要求4所述的流体流量测量装置，其特征在于：所述超声波流量计传感器（2）与所述圆筒形喉部（C）之间的夹角为45°。

6.根据权利要求2-5任一所述的流体流量测量装置，其特征在于：所述入口圆筒段（A）设置压力传感器，所述圆筒形喉部（C）设置温度传感器，所述入口圆筒段（A）与所述圆筒形喉部（C）上设置差压传感器。