CN105841756A - 一种差压流量探测头及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于管道流体探测技术领域，具体为一种差压流量探测头及其应用。本发明差压流量探测头为一段中空的空间体，其横截面为羽毛球型，即中部为一个等腰梯形的两个侧边，前部为两个边相切的圆弧，后部为连接两边的圆弧，两个侧边、两圆弧围合成一空间体；在该围合空间内，还设有一分隔圆弧，将围合空间分隔成前后两个区域，前区域为高压区，后区域为低压区；在两侧边面上设有若干低压取压孔；在探头前部圆弧面中心位置设有若干高压取压孔；这些开孔用于收集流量数据。本发明的差压流量探测头可用于差压流量探测装置中，组成一种新的差压流量探测装置。本发明结构简单，制造成本低，防堵塞能力强，测量精度高。

Description

一种差压流量探测头及其应用

技术领域

本发明属于管道流体探测技术领域，具体涉及一种差压流量探测头及其应用。

背景技术

管道在工业生产中应用广泛，可用于传输各类气体、液体及蒸汽在内的流体。并且，在供暖、供油、供气等多种场景中也都需要用管道来传输各类流体。在上述应用场景中，经常需要对管道内流体的流量信息进行测量，以确定管道内流体的流动是否正常。

在现有技术中，一般选择专用的流量计—孔板流量计进行测量。

孔板流量计的基本原理：

充满管道的流体，当它流经管道内的节流件时，流速将在节流件处形成局部收缩，因而流速增加，静压力降低，于是在节流件前后便产生了压差，流体流量愈大，产生的压差愈大，这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质（密度、粘度）不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。

虽然孔板流量计能够感测到流体的流量信息，但是，孔板的量程比小（5：1），对直管段要求长≥15D，压力损失大，安装费用高，长期精度低等，导致客户能源浪费严重，安装和维护的成本很高。

而利用差压原理进行流量测量是当今世界上最可靠的流量测量方式之一，全球有超过50%的流量测量使用差压技术。其性能的可靠性，得到广大用户的认可。代表产品—孔板有着悠久的历史，人们对它的安装、使用和检修都非常熟悉。

一般流量测量系统由节流装置（差压发生器）、差压变送器以及流量积算仪等二次仪表组成。

随着电子技术的突飞猛进，变送器、积算仪等二次仪表的精度、灵敏度发生了质的变化，达到了极高的水平，但是，几十年来一次源的检测水平始终没有重大突破，成了制约差压式流量测量系统发展的瓶颈，使得高水平的下游仪表无法发挥出应有的高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量程比大、压力损失小、安装成本低的差压流量探测头。

本发明所提供的差压流量探测头，其为一段中空的管体，探头纵向为一长条形，探头横截面为羽毛球型，即中部为一个等腰梯形的两个侧边a，前部（羽毛球头部）为在等腰梯形上底边位置与梯形两个边相连接的前部圆弧b，后部（羽毛球尾部）为在等腰梯形下底边位置与梯形两个边相连接的后部圆弧c，两个侧边a、两个圆弧b、c围合成一空间体；在该围合空间内，还设有一分隔圆弧d，将围合空间分隔成前后两个区域，前区域为高压区1，后区域为低压区2；如图1所示；

在两侧边a管面上、位于低压区2的中部区域位置，沿着探头长度方向设有若干低压取压孔3；在探头前部圆弧b管面中心位置，沿着探头长度方向设有若干高压取压孔4；如图2所示。使用时，这些开孔部位完全浸没在管道中，用于收集流量数据。

本发明的差压流量探测头可用于一种差压流量探测装置中，组成一种新的差压流量探测装置。

本发明还包括一种差压流量探测装置，包含一个上述的差压流量探测头，一个差压变送器和一个用于将差压流量探测头高压区1和低压区2转换成差压变送器可接收的转接装置；所述差压流量探测头作为测量元件，其下端伸入管道中测量流量，上端通过转接装置同差压变送器连接；

所述转接装置为上下相通的管道，其下端与差压流量探测头上端连接，其上端与差压变送器连接；其中，转接装置下端管口与差压流量探测头高压区1和低压区2相匹配，转接装置上端管口与差压变送器的高、低压接收口相匹配。

本发明中，差压流量探测头，差压变送器和转接装置均通过接口处设置的法兰相连接。

本发明中，结构简单，制造成本低，采用该探测头的差压流量探测装置中，作为一次测量元件的差压流量探测头和作为二次仪表的差压变送器在制造厂内结合成一体化，提供完整的流量测量解决方案。本发明提高流量计精度，同时无须日常维护（没有泄露点隐患）。用户无须添加任何连接件、管路、阀门、转换接头、阀组及安装支架。现场安装简单快捷，节省安装时间和费用。

附图说明

图1为本发明的差压流量探测头截面图。

图2为本发明的差压流量探测头整体示意图。

图3为差压流量探测装置的结构示意图。

图4为差压流量探测装置的工作原理图。

图5为本发明的差压流量探测头使用状态图示。

图6为表1的现有差压流量探测头截面图示。其中，a为钻石形，b为圆形。

图中标号：a为侧边，b为前部圆弧，c为后部圆弧，d为分隔圆弧，1为高压区，2为低压区，3为低压取压孔，4为高压取压孔。

具体实施方式

实施例：

本发明为一段中空的管形探头，采用316L的型材制成，探头的截面为羽毛球型，即中部为一个等腰梯形的两个侧边a，前部（羽毛球头部）为在等腰梯形上底边位置与梯形两个边相连接的前部圆弧b，后部（羽毛球尾部）为在等腰梯形下底边位置连接两边的后部圆弧c，两边两弧构成一围合空间；在该截面的围合空间内，还设有一分隔圆弧d，将围合空间分隔成前后两个区域，前区域为高压区1，后区域为低压区2；如图1所示；

所述探头的下端区域，在位于低压区2的探头的两侧边a管面上，且沿着探头长度方向设有若干低压取压孔3；在位于高压区1的探头的前部圆弧b管面中心位置，沿着探头长度方向设有若干高压取压孔4；如图2所示。

所述探头下端的开孔部位完全浸没在管道中，用于收集流量数据。

本发明中，侧边a的长度为 14~45，两侧边a的前端间距为12~36，两侧边a的后端间距为15~45，且前端间距小于后端间距；前部圆弧b的半径为7~21，后部圆弧c的半径为10~30，分隔圆弧d的半径为16~48，分隔圆弧d与前部圆弧b顶边间距为12~36。两侧边a上的低压取压孔3的直径为2~4，前部圆弧b上的高压取压孔4的直径为3~5，且低压取压孔3的直径小于高压取压孔4的直径。单位为mm。

本发明中，高压孔开孔4的数量为2个~16个，低压孔开孔数量为2对~16对（两侧边上相对应的孔为1对），具体根据管道的大小来确定。管道直径的大小一般为20mm到6000mm。

一个典型的差压流量探测头的截面结构如下：侧边a的长度为15，两侧边a的前端间距为12，两侧边a的后端间距为15；前部圆弧b的半径为7，后部圆弧c的半径为10，分隔圆弧d的半径为16，分隔圆弧d与前部圆弧b顶边间距为12；两侧边a上的低压取压孔3的直径为2，数量为8对，前部圆弧b上的高压取压孔4的直径为3，数量为8个，各部分的壁厚为2。单位均为mm。

本发明还包括一种差压流量探测装置，其包含一个上述的差压流量探测头，一个差压变送器和一个用于将差压流量探测头高压区和低压区转换成差压变送器可接收的转接装置。

本发明中，所述差压流量探测头作为测量元件，其下端伸入管道中测量流量，上端通过转接装置同差压变送器连接；

所述转接装置为上下相通的管道，其下端与差压流量探测头上端连接，其上端与差压变送器连接；其中，转接装置下端管口与差压流量探测头高压区和低压区相匹配，转接装置上端管口与差压变送器的高、低压接收口相匹配。

本发明中，差压流量探测头，差压变送器和转接装置均通过接口处设置的法兰相连接。差压变送器选用市场已有的常规的品牌型号，如川仪公司的EJA110A。

本发明中，该差压流量探测装置属于皮托管式流量计，也可以称之为均速管流量计。它所测量的是管道内流体在挡体上下游所形成的差压值，然后利用流体流量和差压值之间的换算关系得出流量值。

如图4所示，它主要用于测量气体、液体和蒸汽在管道内的体积和质量流量，适用于测量管径在20mm到6000mm之间满管单向流动的气体、液体和蒸汽流量。

本发明中，该差压流量探测装置主要用于工业过程中各种气体、液体和蒸汽的连续流量测量，具有很高的测量精度（±1%）及良好重复性（0.1%）。经过标定，精度可达0.5%。与其它形式流量计比较，本发明产生的信号稳定可靠，保持长期高精度，与传统的孔板、喷嘴等差压流量计相比，差压流量计安装更简单，只需很少的时间。运行过程中，对管道产生的压损非常小，是一种节能型的流量仪表。

该差压流量探测装置遵循伯努利方程：

其中：

Q=管道内的体积流量

K=流体系数

C=流体常数

DP=差压值。

可见：C为常数，要确定Q，必须确定K和DP当流体流过流量传感器时，不仅在其前部产生一个高压分布区，高压分布区的压力高于管道的静压。而且流体流过流量传感器时速度加快，在流量传感器后部产生一个低压分布区，低压分布区的压力略低于高压分布区的压力。流体从流量传感器流过后，在流量传感器后部出现漩涡。

本发明中，由于探头的截面为羽毛球型，能产生精确的压力分布，羽毛球型的截面形状所受到的牵引力最小，并使得流体与传感器的分离点固定，可以产生稳定的差压信号，保持测量的长期高精度。

在连续流量测量中，高压区的压力高于管道静压，阻止了杂质等进入探头本体，所以高压取压孔不会堵塞。而杂质聚集区域(在探头的背面)，远离探头的低压取压孔，这样杂质也不会从低压取压孔进入探头本体，所以低压取压孔也不会堵塞。如图5所示。

流体系数在相当大的一个范围内是常数，是线性的（流体系数K不像孔板或文丘里管那样随雷诺数变化而变化），不受雷诺数、节流面积比影响。流体必须处于充分紊流状态，而不能处于层流状态。

表1. 本发明与其它形状截面的流量探测头的比较

Claims (4)

1.一种差压流量探测头，其特征在于，为一段中空的管体，其纵向为一长条形，横截面为羽毛球型，即中部为一个等腰梯形的两个侧边，前部为在等腰梯形上底边位置与梯形两个边相连接的前部圆弧，后部为在等腰梯形下底边位置与梯形两个边相连接的后部圆弧，两个侧边、两个圆弧围合成一空间体；在该围合空间内，还设有一分隔圆弧，将围合空间分隔成前后两个区域，前区域为高压区，后区域为低压区；

在两侧边管面上、位于低压区的中部区域位置，沿着探头长度方向设有若干低压取压孔；在探头前部圆弧管面中心位置，沿着探头长度方向设有若干高压取压孔；这些开孔部位在使用时完全浸没在管道中，用于收集流量数据。

2.根据权利要求1所述的差压流量探测头，其特征在于，侧边的长度为 14~45 ，两侧边的前端间距为12~36，两侧边的后端间距为15~45，且前端间距小于后端间距；前部圆弧的半径为7~21，后部圆弧的半径为10~30，分隔圆弧的半径为16~48，分隔圆弧与前部圆弧顶边间距为12~36；两侧边上的低压取压孔的直径为2~4，前部圆弧上的高压取压孔的直径为3~5，且低压取压孔的直径小于高压取压孔的直径；以上单位为mm。

3.根据权利要求1所述的差压流量探测头，其特征在于，高压取压孔的数量为2个~16个，低压取压孔数量为2对~16对。

4.一种差压流量探测装置，其特征在于包含如权利要求1-3之一所述的差压流量探测头，一个差压变送器和一个用于将差压流量探测头高压区和低压区转换成差压变送器可接收的转接装置；所述差压流量探测头作为测量元件，其下端伸入管道中测量流量，上端通过转接装置同差压变送器连接；

所述转接装置为上下相通的管道，其下端与差压流量探测头上端连接，其上端与差压变送器连接；其中，转接装置下端管口与差压流量探测头高压区和低压区相匹配，转接装置上端管口与差压变送器的高、低压接收口相匹配。