CN118936584A - 层流元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种层流元件，其中，包括：一中空本体，内部形成流通通道；一层流基体，包括与所述中空本体固定连接的连接端，和与所述中空本体的内壁形成层流间隙的杆部；所述层流间隙允许流体通过并促使流体在其内部形成稳定层流状态。本发明结构简单，零件数量少，解决现有层流元件流道内表面加工难度大，粗糙度较高，导致形成的层流不稳定，装配过程复杂的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及流量测量领域，尤其涉及一种层流元件。
背景技术
层流元件是一种将流体的流态转化为层流的元件，主要应用在流量测量领域，是质量流量计的核心组件之一，其设计与性能直接影响到流量计的整体精度、稳定性以及对复杂工况的适应能力。
层流元件的关键在于构建出一些尺寸细小的流道，使流体从中流过后流动状态转变为层流。目前，层流元件一般采用毛细管制作，例如公开号为CN201220237073的专利公开了一种毛细管式的层流元件，采用圆柱体耐腐蚀性高分子材料中镶嵌直径1mm以下的不锈钢细管构成层流元件。也有层流元件采用波纹板和平板卷制而成，让流体流过波纹板和平板之间的间隙形成层流，例如公开号为CN200820060508的专利公开的一种发动机瞬时流量测量层流流量计，其中使用的层流元件采用的就是这种方案。此外，还有一些其他类型的层流元件，例如公开号号为CN201510610447公开的一种层流元件采用不锈钢圆棒堆叠形成间隙作为层流元件。
以上技术生产出来的层流元件零件数量多，装配难度大，且表面加工难度大，粗糙度较高，形成的层流不稳定。
发明内容
本发明旨在提供一种改进型层流元件，旨在解决现有技术中层流元件因流道内表面加工复杂度高、粗糙度控制困难，导致层流状态不稳定、装配繁琐且适用流量范围有限的问题。
为实现上述目标，本发明所采用的技术方案具体为：
一种层流元件，其中，包括：一中空本体，内部形成流通通道；一层流基体，包括与所述中空本体固定连接的连接端，和与所述中空本体的内壁形成层流间隙的杆部；所述层流间隙允许流体通过并促使流体在其内部形成稳定层流状态。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述中空本体与所述层流基体沿同轴布置，以使流体在通过所述层流间隙时沿轴向均匀分布。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述层流基体的连接端与所述中空本体的固定连接方式包括，焊接，胶粘，过盈配合。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述中空本体与层流基体的焊接方式包括激光焊接、电子束焊接、摩擦焊接、超声波焊接或熔焊。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述层流基体的连接端相对杆部呈台阶状。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述中空本体于与所述层流基体连接端的对应位置，设有相适配的台阶孔。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，通过设置所述层流基体杆部和所述中空本体内壁的不同形状，或者于所述层流基体杆部的表面做开槽设置，形成不同形状的层流间隙截面。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，所述中空本体和/或层流基体的内表面进行特殊处理；所述特殊处理包括抛光、电化学抛光、离子溅射、化学镀或热喷涂。
在一个或多个实施方式中，上述的层流元件中，还包括设置于所述中空本体和/或层流基体上的流体入口和出口，用于引导流体进入和离开所述层流间隙。
为了解决上述的技术问题，本发明还公开了一种包含上述层流元件的流量检测装置，其中，所述层流间隙的至少一支路连接于用于流量检测的取压孔；所述取压孔连接于压差传感器。
采用如上技术方案的层流元件与现有技术相比，具有如下显著优势：
将层流基体与中空本体通过固定连接的方式直接进行装配，简化了装配过程。同时，由于是由层流基体与中空本体两者的表面形成层流间隙，因此可直接通过对两者进行表面处理，从而解决了以往层流流道表面加工难度大、粗糙度高的问题。
此外，不同层流基体直径产生的不同尺寸层流间隙，使本发明能够适应更广泛的流量范围，提高了元件的通用性和适应性，满足不同工况下的层流控制需求。
附图说明
图1是本发明实施例中一种中空本体与层流基体示意图；
图2是图1所示实施例的中空本体与层流基体装配后的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例中另一种中空本体与层流基体示意图；
图4是图3所示实施例的中空本体与层流基体装配后的剖面结构示意图；
图5是本发明实例中层流间隙的示意图；
图6是本发明实例中另一种层流间隙的示意图；
图7a-7f是本发明实施例中再几种层流间隙的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明主要构造包括中空本体1及与本体焊接固定的层流基体2。如图2所示，中空本体1上有取压孔11、测温孔12、进口13、出口14，以及在使用过程中需要安装的压差传感器3、温度传感器4，取压孔12与层流间隙连通。层流基体前中端即杆部细，尾部即连接端粗，将层流基体2塞入中空本体1后，将之与中空本体固定连接，例如，通过设置层流基体连接端和中空本体的合理尺寸，使两者能轻松装配；或者进一步的，通过如胶粘，焊接，过盈配合等方式固接，还可以通过上述几种方式的组合完成层流基体连接端和中空本体的装配链接，从而使得前、中端较细的层流基体位置与中空本体1之间形成一层流间隙。所述焊接方式可包括激光焊接、电子束焊接、摩擦焊接、超声波焊接或熔焊。所述层流间隙允许流体顺畅通过并在其中形成稳定的层流状态。值得注意的是，中空本体1与层流基体2两者的连接部位精确对齐，二者共处于同一圆周线上沿同轴布置，以确保流体在通过层流间隙时沿周向均匀分布。所述层流元件整体或部分可采用不锈钢、钛合金、陶瓷或高分子复合材料制成。
在本发明的另一种具体实施中，如图3和4所示，所述中空本体1和层流基体2的连接部位也可以设置为台阶孔的形式，如前所述，层流基体前中端的杆部较细窄，作为连接端的尾端相对粗，也即层流基体2的连接端相对杆部呈台阶状，中空本体1的台阶孔形状与之相适配，从而方便装配。
如图1～4所示，在层流基体2的连接端和杆部之间，还设置有一段内凹结构，可用于将由进口13导入的流体，经由该内凹结构上设置的开口流入上述的层流间隙。然而本领域技术人员可以理解的是，该内凹结构仅是本发明实施例的一种实施方式，不构成对本发明保护范围的限制。例如，也可以不设置该内凹结构，只需要合理设置流体进口的位置，实现流体导入均属于本发明的保护范围。
实施例1：中空本体1内部为空腔结构，其内壁经过精密加工处理，确保内表面光洁度满足层流要求。在具体实施中，可以通过抛光、电化学抛光、离子溅射、化学镀或热喷涂等特殊精密加工方式对内壁进行处理。通过所述精密加工处理可降低粗糙度，提高流体在层流间隙内的流动平顺性，提高测量的精密度。
层流基体2则通过先进的焊接工艺牢固地与中空本体1结合，焊接处无明显痕迹，保证了流道内壁的连续性和一致性。中空本体1内径12mm,层流基体2外径为11.75mm，两者之间的层流间隙的宽度为0.125mm，流量为20L/min时层流间隙内最大雷诺数为966，流态为层流。
实施例2：其他实施步骤与例1相同，中空本体1内径12.25mm,层流基体2外径为11.75mm，两者之间的层流间隙的宽度为0.25mm，流量为40L/min时层流间隙内最大雷诺数为1246，流态为层流。
实施例3：其他实施步骤与例1相同，图6为沿着图1中A-A线剖切得到的层流间隙结构示意图，通过在层流基体上开槽，得到更大层流间隙截面积，适应更大的流量，中空本体内径12mm，层流基体外径11.5mm，层流基体上的开槽内径为11mm，流态为层流。
本实施例层流间隙的宽度可根据不同层流基体的直径而定，即可以通过对中空本体1内径和层流基体2外径进行设置来确定层流间隙的宽度。发明人发现，具体尺寸设置，可结合不同流速、压力条件下的流体层流化需求。使用本发明实施例的层流元件，便于根据实际应用选用不同直径层流基体的层流元件，进行个性化设计，以根据实际应用场景和工况等，做到最适当的适配。
其他实例：其他实施步骤与例1相同，通过更改中空本体内部中空通道与层流基体中前段杆部的横截面形状，获得不同界面形状的层流间隙，具体如图7a至7f所示，例如，可形成圆形，圆角矩形，或圆头矩形等形状，此处不再一一赘述。本领域技术人员可以理解的是，只要中空本体与层流基体被设置成符合沿同一轴线布置，均属于本发明的保护范围内。
本领域技术人员可以了解的是，以上所述本发明的各实施例可以相互组合，例如，上述实施例3中通过在层流基体上开槽，得到更大层流间隙截面积的方案，也可结合将中空本体将的截面设置为非圆形的其他形状，其也均属于本发明的保护范围内。
本发明实施例还公开了一种流量检测装置。所述流量检测装置包括上述层流元件，并且在层流元件的至少一支路上设有可用于流量检测的取压孔。例如如图2所示，在层流元件的上侧支路设置取压孔11。取压孔11再通过与压差传感器3连接，从而可经由该上侧支路进行流量检测。所述取压孔11的位置可根据适用场景进行适配，例如也可设置在层流元件的下侧支路。
本发明实施例的流量检测装置还可包括温度传感器4，取压孔12，可通过温度检测，对流量检测进行调整补偿，进一步提高测量的准确性。
本发明实施例还公开了一种包含上述层流元件的流体处理系统。所述层流元件被配置于该系统中的特定流路位置，用以实现流体的层流化处理。该流体处理系统可适用于对不同类型流体流量的传输控制，包括监测流量情况，以及自动流量控制调节，通断，自标定和校准等功能。
以上例举仅仅是本发明具体实施方式的举例说明，应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下所做出的无需创造性劳动的改进都落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种层流元件，其特征在于，包括：
一中空本体，内部形成流通通道；
一层流基体，包括与所述中空本体固定连接的连接端，和与所述中空本体的内壁形成层流间隙的杆部；所述层流间隙允许流体通过并促使流体在其内部形成稳定层流状态。
2.如权利要求1所述的层流元件，其特征在于，所述中空本体与所述层流基体沿同轴布置，以使流体在通过所述层流间隙时沿轴向均匀分布。
3.如权利要求1所述的层流元件，其特征在于，所述层流基体的连接端与所述中空本体的固定连接方式包括，焊接，胶粘，过盈配合。
4.根据权利要求3所述的层流元件，所述中空本体与层流基体的焊接方式包括激光焊接、电子束焊接、摩擦焊接、超声波焊接或熔焊。
5.如权利要求1所述的层流元件，其特征在于，所述层流基体的连接端相对杆部呈台阶状。
6.如权利要求5所述的层流元件，其特征在于，所述中空本体于与所述层流基体连接端的对应位置，设有相适配的台阶孔。
7.如权利要求4所述的层流元件，其特征在于，通过设置所述层流基体杆部和所述中空本体内壁的不同形状，或者于所述层流基体杆部的表面做开槽设置，形成不同形状的层流间隙截面。
8.根据权利要求1所述的层流元件，所述中空本体和/或层流基体的内表面进行特殊处理；所述特殊处理包括抛光、电化学抛光、离子溅射、化学镀或热喷涂。
9.根据权利要求1所述的层流元件，还包括设置于所述中空本体和/或层流基体上的流体入口和出口，用于引导流体进入和离开所述层流间隙。
10.一种包含权利要求1至8任一项所述层流元件的流量检测装置，其特征在于，
所述层流间隙的至少一支路连接于用于流量检测的取压孔；
所述取压孔连接于压差传感器。
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Cited By (1)
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| CN119394408A (zh) * | 2024-12-31 | 2025-02-07 | 常州高凯电子有限公司 | 层流件结构压装在线测试装置及方法 |
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