CN118209166A - 一种弯头差压流量测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请的目的在于提出一种弯头差压流量测量装置及测量方法，装置包括分别设置在弯头管段两端的至少两个探头，其中所述探头分别位于所述弯头管段的直管段处；至少两个所述探头均分别位于所述弯头管段的内侧壁外部；所述弯头管段的内侧壁为弯曲曲线较短的一侧；至少两个所述探头均分别与控制器连接，在所述弯头管段内液体为满管且流速稳定时，所述探头将压力信号转化为电信号，由所述控制器将所述电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。本实施例利用弯头前后水头损失，在不改变管径的情况下，通过测量水管弯头损失所产生的压差，推算出水管断面平均流速，进而求得水管中实际流量。

Description

一种弯头差压流量测量装置及测量方法

技术领域

本申请涉及测量技术领域，尤其涉及一种弯头差压流量测量装置及测量方法。

背景技术

当前，随着环保要求日趋严格，污水处理过程中对流量的精准把控提出了更高的要求。在测量高浊度、含固体悬浮物水的过程中，测量装置内部的收缩断面和机械传递装置容易造成悬浮物的沉积，增加阻力和测量装置内部堵塞的风险，一方面影响流量测量准确性，另一方面大大缩短了测量装置的使用寿命。其中电磁流量计，超声波流量计和差压流量计均会出现上述风险。例如电磁流量计的测量原理是基于法拉第电磁感应定律，其传感器部分由线圈、电极和绝缘内衬组成，在测量时传感器中的励磁线圈通电产生磁场，当导电流体通过磁场时，由于切割磁力线的作用力，产生微小的感应电动势，由电极将这些微小的感应电动势采集，并输送至仪表的转换器部分，对信号进行放大、修正等操作，再通过公式将其换算成相应的流量数据，最终显示到仪表或输出到上位机系统。电磁流量计可以测量电学性能稳定流体，在测量过程中容易受到电磁干扰，并且在测量管路口径较大时，造价较高。

超声波流量计通过检测流体流动对超声波产生的影响来对液体流量进行测量，其利用的是“时差法”。首先，使用探头一发射信号，信号穿过管壁一、流体、管壁二后被另一侧的探头二接收到；在探头一发射信号的同时探头二也发出同样的信号，经过管壁二、流体、管壁一后被探头一接收到；由于流速的存在使得两时间不等，存在时间差，因此根据时间差便可求得流速，进而得到流量值。超声波流量计可以测量不含气泡液体，在测量高浊度水时测量结果偏差较大，并且测量时要求远离管路弯折处，在实际测量过程中容易受管路裸露部分不满足条件而影响测量结果。

差压流量计是采用介质流体流经节流装置时产生的压力差与流量之间存在一定关系的工作原理进行测定的，由一次装置和二次装置组成.一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表，它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示，差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表.差压计的差压敏感元件多为弹性元件，由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。多数仪表还设有流量积算装置，以显示累积流量，以便经济核算。差压流量计可以测量低粘度液体，差压式流量计的检测件按其作用原理可分为：节流装置、水力阻力式、离心式、动压头式、动压头增益式及射流式几大类，在处理高浊度、含固体悬浮物水过程中为避免测量装置内部的收缩断面和机械传递装置容易造成悬浮物的沉积，增加阻力和测量装置内部堵塞的风险，因而可以考虑使用离心式差压流量计，离心式差压依据弯曲管或环状管产生离心力原理形成的压差工作，如弯管流量计，环形管流量计等。一般会在管路90度弯头中部内外侧设置两个压力探头，在悬浮物含量较高的情况下，在离心力作用下，水中悬浮物容易对弯头中部外侧压力探头造成磨损，缩短设备使用寿命。

因此相关技术中在处理高浊度、含固体悬浮物水过程中，测量装置内部的收缩断面和机械传递装置容易造成固体悬浮物的沉积，增加阻力和测量装置内部堵塞的风险，一方面影响流量测量准确性，另一方面大大缩短了测量装置的使用寿命；现在大量使用的弯头流量计将压力探头设置在弯头中部，由于固体悬浮物离心力而产生的冲刷作用容易造成压力探头及周围管材的磨损；此外应对复杂多变的现场管路布置情况时，超声波流量计无法在管路弯头附近测量水量。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请的目的在于提出一种弯头差压流量测量装置及测量方法，利用弯头前后水头损失，在不改变管径的情况下，通过测量水管弯头损失所产生的压差，推算出水管断面平均流速，进而求得水管中实际流量。

为达到上述目的，本申请提出的一种弯头差压流量测量装置，其用于对弯头管段内的流量进行测量，包括：

分别设置在弯头管段两端的至少两个探头，其中所述探头分别位于所述弯头管段的直管段处；至少两个所述探头均分别位于所述弯头管段的内侧壁外部；所述弯头管段的内侧壁为弯曲曲线较短的一侧；

至少两个所述探头均分别与控制器连接，在所述弯头管段内液体为满管且流速稳定时，所述探头将压力信号转化为电信号，由所述控制器将所述电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

在一些实施例中，所述控制器根据所述探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头的压力损失，m；ζ为阻力系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m；

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

在一些实施例中，ζ是对应于某一流速水头的阻力系数，ζ值皆对应于局部阻力后的流速水头；所述弯头管段为90°弯头时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。

在一些实施例中，所述弯头管段为任意角度弯头时，阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。

在一些实施例中，所述弯头管段包括位于两端所述直管段之间的弯头；其中弯头内径各处相等且弯曲半径R各处相等。

在一些实施例中，所述探头为两个，并分别设置在所述直管段处相同的位置。

根据本申请的第二个方面提出了一种弯头差压流量测量方法，包括：

在弯头管段上设置探头；以及

至少两个所述探头均分别与控制器连接，在管路内液体为满管且流速稳定时，所述探头将压力信号转化为电信号，由所述控制器将所述电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

在一些实施例中，所述控制器根据所述探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头的压力损失，m；ζ为阻力系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m；

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

在一些实施例中，ζ是对应于某一流速水头的阻力系数，ζ值皆对应于局部阻力后的流速水头；所述弯头管段为90°弯头时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。

在一些实施例中，所述弯头管段为任意角度弯头时，阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请一实施例提出的一种弯头差压流量测量装置的结构示意图；

图2是图1弯头的装置结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的一种弯头差压流量测量装置的结构示意图；

图4是本申请一实施例提出的一种弯头差压流量测量方法流程图；

图中，1、第一压力探头；2、第二压力探头；3、控制器；4、弯头；5、直管段。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

参见图1是本申请提出的一种弯头差压流量测量装置，其用于对弯头管段内的流量进行测量，包括至少两个探头和控制器3；其中至少两个探头分别设置在弯头管段两端，探头分别位于弯头管段的直管段5处；至少两个探头均分别位于弯头管段的内侧壁外部；弯头管段的内侧壁为弯曲曲线较短的一侧。

其中，弯头管段包括弯头4和分别与弯头4连通并设置在弯头4两端的直管段5，其中直管段5的内径D与弯头4的内径D相等；弯头4内径各处相等误差±0.5％，且弯曲半径R各处相等，为区分弯头4的位置，将弯曲曲线较短的一侧定义为弯头管段的内侧壁，其中弯曲曲线较长的一侧定义为弯头管段的外侧壁。

本实施例中的探头至少为两个；探头分别设置在弯头4两端的直管段5处，且均分布在直管段5处的内侧壁外部，探头均为压力探头且分别与控制器3电连接；弯头管段的管路内液体为满管且流速稳定时，探头将压力信号转化为电信号，控制器3接收该电信号。示例的，探头为两个包括第一压力探头1和第二压力探头2、第一压力探头1和第二压力探头2均与控制器3电连接，且分别布置于弯头4两端的直管段5部分，且第一压力探头1和第二压力探头2布置于直管段5相同相对位置。

本实施例中在弯头管段内液体为满管且流速稳定时，探头将压力信号转化为电信号，由控制器3将电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

在一些实施例中，控制器3根据探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头4的压力损失，m(1MPa＝100m)；ζ为阻力系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m。

其中ζ是对应于某一流速水头而言，在选用时应注意二者的关系，以免用错流速水头。若不加特殊标明者，一般ζ值皆相应于局部阻力后的流速水头而言。

弯头管段为90°弯头4时如图2所示，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。例如弯头管段为90°弯头4时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如表1。

表1 90°弯头4阻力系数表

R/d	0.5	1	1.5	2.0	3.0	4.0	5.0
								ζ	1.20	0.80	0.60	0.48	0.36	0.30	0.29

弯头管段为任意角度弯头4时，如图3所示阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头4弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。例如弯头管段为任意角度弯头4时，任意角度弯头系数k值如表2。

表2任意角度弯头系数k值表

α	20	30	40	50	60	70	80
								k	0.40	0.55	0.65	0.75	0.83	0.88	0.95

α	90	100	120	140	160	180
							k	1.00	1.05	1.13	1.20	1.27	1.33

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

需要解释的是，根据不同生产运行过程中实际情况，低粘度液体均可以使用本方案提出的弯头差压流量测量装置测量。

相关技术中在处理高浊度、含固体悬浮物水过程中，测量装置内部的收缩断面和机械传递装置容易造成固体悬浮物的沉积，增加阻力和测量装置内部堵塞的风险，一方面影响流量测量准确性，另一方面大大缩短了测量装置的使用寿命；本实施例在弯头4前后分别设置压力探头，一方面利用不可避免的弯头4损失测量差压，推算出管路内液体流量，不因安装测量设备而增加阻力，另一方面避开弯头4处固体悬浮物由于离心力而产生的冲刷作用，减少压力探头及周围管材的磨损。

因此本实施例中的测量装置造价低廉，结构简单，可直接用于高浊度水的流量测量。在应对复杂多变的现场管路布置情况时，弥补了超声波流量计无法在管路弯头4附近测量水量的空白。

根据本申请的第二个方面提出了一种弯头差压流量测量方法如图4所示，包括：

S1：在弯头管段上设置探头；以及

S2：至少两个探头均分别与控制器3连接，在管路内液体为满管且流速稳定时，探头将压力信号转化为电信号，由控制器3将电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

其中S1中在弯头管段上设置探头，前述内容中已经详述，不再赘述，但是实际生产使用过程管路内部情况有区别，安装过程中需要对测量装备进行校正，确定校正系数A。

S2中，控制器3根据探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头4的压力损失，m(1MPa＝100m)；ζ为阻力系数；；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m。

其中ζ是对应于某一流速水头而言，在选用时应注意二者的关系，以免用错流速水头。若不加特殊标明者，一般ζ值皆相应于局部阻力后的流速水头而言。

弯头管段为90°弯头4时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。例如弯头管段为90°弯头4时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如表1。

表1 90°弯头4阻力系数表

R/d	0.5	1	1.5	2.0	3.0	4.0	5.0
								ζ	1.20	0.80	0.60	0.48	0.36	0.30	0.29

弯头管段为任意角度弯头4时，阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头4弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。例如弯头管段为任意角度弯头4时，任意角度弯头系数k值如表2。

表2任意角度弯头系数k值表

α	20	30	40	50	60	70	80
								k	0.40	0.55	0.65	0.75	0.83	0.88	0.95

α	90	100	120	140	160	180
							k	1.00	1.05	1.13	1.20	1.27	1.33

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种弯头差压流量测量装置，其特征在于，其用于对弯头管段内的流量进行测量，包括：

分别设置在弯头管段两端的至少两个探头，其中所述探头分别位于所述弯头管段的直管段处；至少两个所述探头均分别位于所述弯头管段的内侧壁外部；所述弯头管段的内侧壁为弯曲曲线较短的一侧；

至少两个所述探头均分别与控制器连接，在所述弯头管段内液体为满管且流速稳定时，所述探头将压力信号转化为电信号，由所述控制器将所述电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述控制器根据所述探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头的压力损失，m；ζ为阻力系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m；

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，ζ是对应于某一流速水头的阻力系数，ζ值皆对应于局部阻力后的流速水头；所述弯头管段为90°弯头时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述弯头管段为任意角度弯头时，阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。

5.根据权利要求1-4任一所述的测量装置，其特征在于，所述弯头管段包括位于两端所述直管段之间的弯头；其中弯头内径各处相等且弯曲半径R各处相等。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述探头为两个，并分别设置在所述直管段处相同的位置。

7.一种弯头差压流量测量方法，其特征在于，包括：

在弯头管段上设置探头；以及

至少两个所述探头均分别与控制器连接，在管路内液体为满管且流速稳定时，所述探头将压力信号转化为电信号，由所述控制器将所述电信号通过计算处理后转化为具体流量数值，并记录瞬时流量和累计流量，同时上传数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制器根据所述探头的压力信号，计算管路内液体实际流量的公式如下：

其中，h_j为弯头的压力损失，m；ζ为阻力系数；v为断面平均流速，m/s；g为重力加速度，m/s²；A为校正系数，m；

确定断面平均流速v后，流量Q计算公式为：

Q＝900πvd²

其中Q为液体流量，m³/h；v为断面平均流速，m/s；d为管径，m。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，ζ是对应于某一流速水头的阻力系数，ζ值皆对应于局部阻力后的流速水头；所述弯头管段为90°弯头时，不同曲率半径R和管径d对应阻力系数ζ的取值参考如下：

R/d的取值依次增大且为等差0.5的等差序列；阻力系数ζ的取值与R/d的取值对应并依次减小，当R/d的取值为0.5-5.0时，对应阻力系数ζ的取值依次分别为1.20、0.80、0.60、0.48、0.36、0.30、0.29。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述弯头管段为任意角度弯头时，阻力系数计算公式如下：

ζ_α°＝kζ_90°

ζ为阻力系数；α°为弯头弯曲的角度；k为不同弯曲角度对应系数；α的取值依次增大且为等差10的等差序列；k的取值与α的取值对应并依次增大，α的取值为20-180时，对应k的取值依次分别为0.40、0.55、0.65、0.75、0.83、0.88、0.95、1.00、1.05、1.13、1.20、1.27、1.33。