CN105953848A - 一种差压线性流量计 - Google Patents

Abstract

一种差压线性流量计，过滤器固定在测量器的一端。过滤器中的过滤筛网斜布在滤器管段的入口端至出口端之间。测量器中的旁通管的两端分别与主管连通，并使旁通管内流体的流向与主管内流体的流向相同。引压管的两端分别与旁通管连通。差压计安装在引压管中部；入口温度压力计和出口温度压力计分别位于旁通管的流体入口端和旁通管的流体出口端。层流元件通过定位夹固定在述旁通管内，并位于引压管的流体入口和流体出口之间。层流元件内有沿轴向的外缘微通道、间隙微通道和管内微通道。本发明拓宽了层流流量计的应用范围，提高了可靠性和耐久性，消除了层流流量计体积大、流动阻力大、易堵塞的不足。

Description

一种差压线性流量计

技术领域

本发明涉及流量测量领域，具体是一种差压线性流量计。

背景技术

流量计是测量流量的仪表。流量计有很多种类，其中差压流量计是广泛应用且传统的一类流量计，它是通过测量流量测量元件两端的差压来得出待测管道流量，如孔板流量计、文丘里流量计、喷管流量计、弯管流量计、楔形流量计、V锥流量计等。差压流量计的优点在于测量稳定，耐高压高温，但缺点在于流体的压力损失大，测量精度不高、流量测量的量程小，仅有4-8倍。人们发现：当流经测量元件的流体处在层流状态时，测量元件两端的压差与流经测量元件的体积流量成线性关系，通过测量元件两端的压差就可得知流经测量元件的流量，由此测量原理制造的层流流量计约在1950年步入流量测量领域，它以其可测量小流量、脉动流量、测量量程宽、测量精度高而受到人们的关注。然而，在实际中，待测流量管道内流体几乎都不处在层流区，而是在湍流区，因为层流区的流体流速和雷诺数均小于湍流区，这就大大限制了层流流量计的应用范围。为了拓宽层流流量计的应用范围，即也能测量管道内非层流状态下的流体流量，流量测量领域的研究者发明了一种新方法，即在待测流量管道内安置层流元件，而层流元件是一种多微小通道的集束元件，如此使待测流量的流体在层流元件内进行层流流动，通过测量层流元件两端的流体压差，从而获知待测流量管道内的流体流量。

公开号为CN1395082.A的发明创造中公开了一种“气体层流流量传感器”，其技术特征为：器体设置为管径式，中部大管径处设置有两个取压孔，管径内两个取压孔之间设置有层流元件，两个取压孔外部分别设置了整流器，层流元件设置为缠绕的波纹板与平板式，层流元件设置为由一根或多根毛细管集成。现有技术的层流流量计，其测量方法与流量计结构与公布号为CN1395082.A公开的发明专利类似。

尽管公布号为CN1395082.A公开的发明专利、以及现有技术的层流流量计具有差压线性流量计的优势、测量精度高、测量量程宽、尤其适宜测量小流量，但是，现有技术的层流流量也存在技术不足，表现为：层流流量计体积大、流动阻力大(因为层流元件的流体通道是微小尺寸的流体通道，在相同的待测流量下，层流元件的管径须大于待测流量的管道管径)、层流元件因有微小流体通道易被流体中的杂质堵塞、使用范围受限、可靠性与耐久性差。

发明内容

为克服现有技术中存在的层流流量计体积大、流动阻力大、易堵塞的不足，本发明提出了一种差压线性流量计。

本发明包括过滤器和测量器，并且所述过滤器位于测量器的一端，并通过法兰连接。

所述过滤器包括过滤器管段、过滤筛网和容污器；所述过滤筛网位于过滤器管段内，并由该过滤器管段的入口端斜布至出口端；所述容污器外置于滤器管段外，并与位于滤筛网下端的过滤器管段底部的集污管过孔连通。

所述的测量器包括主管、旁通管、引压管、层流元件、定位夹、入口温度压力计、出口温度压力计、差压计。所述旁通管的两端分别与主管连通，并使旁通管内流体的流向与主管内流体的流向相同；引压管的两端分别与所述旁通管连通；差压计安装在引压管中部；入口温度压力计和出口温度压力计分别位于所述旁通管的流体入口端和所述旁通管的流体出口端。层流元件通过定位夹备固定在述旁通管内，并位于引压管的流体入口和流体出口之间。所述层流元件内有沿轴向的外缘微通道、间隙微通道和管内微通道。

所述外缘微通道是位于管束外圈的各微径管的外壁面与层流元件外壳内壁面之间的间隙；所述间隙微通道是管束内圈的各微径管外壁面之间的间隙；所述管内微通道是各微径管的内孔通道。

所述层流元件包括层流元件外壳、多个微径管和多个填塞杆，其中层流元件外壳的外径与旁通管的内径相同。层流元件外壳、微径管和填塞杆的长度均相同。所述各微径管均位于层流元件外壳内并沿该层流元件外壳的轴向紧密排布，使所述的多个微径管形成了管束。

在所述微径管中***填塞杆用于填充微径管外壁面之间的空隙；填塞杆的数目少于微径管的数目。

所述主管的两端分别有主管前端法兰和主管后端法兰；所述滤器管段的两端分别有过滤器前端法兰和过滤器后端法兰。

与现有技术相比，本发明具有突出的实质性特点和显著进步，表现为如下三项：

1、通过采取小于主管内径的并联旁通管结构，仅在并联旁通管中设置层流元件，这样通过测量并联旁通管的流体流量而获知主管的流体流量，仍实现流量与差压的线性关系，如此，使本发明极大地拓宽了层流流量计的应用范围，消除了层流流量计体积大、流动阻力大、适宜测量小流量的技术不足；

2、通过设置过滤结构，即在测量器前端设置过滤器，使流体杂质不能进入测量器。本发明的这一防流量计堵塞结构，消除了层流流量计微小流量通道易堵塞的技术不足、以及由于这一技术不足导致层流流量计实用可靠性与耐久性差的缺陷，从而使本发明的实用可靠性与耐久性得以大幅提高；

3、通过采取过滤器、并联旁通管、三种微通道型层流元件，形成了一种具有测量精度高、测量量程很宽的新型差压线性流量计，它保持了层流流量计具有差压线性流量测量这一优势，同时又消除了现有技术层流流量计体积大、流动阻力大、适宜测量小流量、易堵塞、实用可靠性与耐久性差的缺陷。

通过采用计算机对本发明进行流体模拟计算、以及实验室的多次实验，均验证了本发明具有测量精度高、测量量程很宽、流量与差压呈线性关联的技术优势。

附图说明

图1是一种差压线性流量计的结构示意图；

图2是层流元件横截面结构示意图；

图3是定位夹结构示意图。

图中：

1.过滤器前端法兰；2.过滤器；3.过滤器管段；4.过滤筛网；5.过滤器后端法兰；6.主管前端法兰；7.旁通入流段；8.旁通管；9.入口温度压力计；10.差压计；11.引压管；12.出口温度压力计；13.旁通管出流段；14.旁通管出流段过孔；15.主管；16.主管后端法兰；17.层流元件；18.定位夹；19.测量器；20.旁通入流段过孔；21.容污器；22.排污管；23.排污管阀门；24.集污管阀门；25.集污管；26.集污管过孔；27.层流元件外壳；28.微径管；29.管内微通道；30.间隙微通道；31.填塞杆；32.外缘微通道；33.圆环板；34.筛网。

具体实施方式

本实施例是一种用于测量空气管道内的空气体积流量的差压线性流量计。

本实施例包括过滤器2和测量器19，过滤器2对外部待测流量的流体中杂质实施过滤与排除，测量器19对外部待测流体流量实施测量。

所述过滤器2位于测量器19的一端，并通过法兰连接。

所述过滤器2包括过滤器管段3、过滤筛网4、容污器21、集污管25、集污管阀门24、排污管22、排污管阀门23、过滤器前端法兰1和过滤器后端法兰5。所述过滤器管段3的管长为250mm，管内径为60mm，并与外部待测流体流量的管道管外径相同。在该过滤器管段3的两端分别有过滤器前端法兰1和过滤器后端法兰5。在过滤器管段3的管内入口端到出口端之间由上至下固定着一斜面的过滤筛网4，以阻止流体中的杂质流入测量器19。位于该过滤筛网4下端的过滤器管段3的底部管壁上开有集污管过孔26。容污器21位于所述过滤器管段3外并通过集污管25与所述过滤器管段连通；所述集污管的一端与集污管过孔固连，另一端与所述容污器的入口固连。在所述集污管上装有集污管阀门24。所述容污器21的出口安装有排污管22；该排污管上安装有排污管阀门23。

本实施例的测量器19包括主管15、旁通入流段7、旁通管8、旁通管出流段13、引压管11、层流元件17、定位夹18、入口温度压力计9、出口温度压力计12、差压计10、主管前端法兰6和主管后端法兰16。主管15的管长度为400mm、管内径外径与过滤器管段3的管内径外径相同。在该主管15的两端分别有主管前端法兰6和主管后端法兰16，并通过所述主管前端法兰6将主管与过滤器后端法兰5螺栓连接；所述主管后端法兰16用于与待测空气流量的空气管道上的法兰连接。

在所述主管15同一侧圆周表面的管壁上分别开有旁通入流段过孔20和旁通管出流段过孔14。旁通管8的两端分别与所述旁通入流段过孔20和旁通管出流段过孔14连通，并且位于来流方向上游一端的旁通管为旁通入流段7，位于来流方向上游一端的旁通管为旁通出流段13；所述旁通管的长度为200mm。

在旁通管8中部区域的内壁面上固定有两个定位夹18，各定位夹在旁通管内沿该旁通管的长度方向前后分布，在两个定位夹的之间安放有层流元件17。通过所述定位夹将层流元件固紧

在所述旁通管8上并联有引压管11，并使该引压管的入口端和出口端分别位于两个定位夹18之外。入口温度压力计9安装在所述旁通管上，并位于引压管的入口端一侧；出口温度压力计12亦安装在所述旁通管上，并位于引压管的出口端一侧。差压计10安装在引压管11上。

所述层流元件17包括层流元件外壳27、多个微径管28和多个填塞杆31，其中层流元件外壳27为圆管，该圆管的外径与旁通管8的内径相同。层流元件外壳27、微径管28和填塞杆31的长度均相同。所述各微径管均位于层流元件外壳内并沿该层流元件外壳的轴向紧密排布，使所述的多个微径管28形成了管束。为使该管束内微径管28之间紧密相贴而不能移动，在管束中***填塞杆31用来填充微径管28外壁面之间留下的空隙；填塞杆31的数目少于微径管28的数目。所述层流元件17内形成了沿轴向的三种微通道，分别为外缘微通道32、间隙微通道30和管内微通道29。所述外缘微通道32是位于管束外圈的各微径管28的外壁面与层流元件外壳27内壁面之间的间隙；所述间隙微通道30是管束内圈的各微径管28外壁面之间的间隙；所述管内微通道29是各微径管28的内孔通道。

本实施例中：层流元件外壳的外径与旁通管的内径相同，均为20mm；层流元件外壳的长度为9mm。各微径管的管内径为0.6mm，管外径为0.9mm，长度为9mm。填塞杆31的直径为0.3mm，长度为9mm。

本实施例的过滤筛网4的网孔通径为0.3mm。

本实施例的定位夹18包括圆环板33和筛网34，圆环板33为圆环状金属板，其外径与旁通管8的内径相同，在圆环板33上固定着筛网34，筛网34的孔径小于微径管28的外径。

在实施中，分别将过滤器前端法兰1和主管后端法兰16与待测空气流量的空气管道上的法兰连接，关闭排污管阀门23和集污管阀门24，由入口温度压力计9所测的进入层流元件17的流体温度T₁和压力P₁，出口温度压力计12所测的离开层流元件17的流体温度T₂和压力P₂，由差压计10所测的流体在层流元件17两端的压差△p，由公知的流体动力粘性系数关联式μ＝μ(T₁,T₂,P₁,P₂)得到层流元件17内的流体动力粘性系数μ、以及层流元件17内三种微通道的总横截面面积S，得出流体通过旁通管8的体积流量Q_C与流体压差△p之间的线性关联式Q_C＝a·S·△p/μ，其中a为仪表系数；再由旁通管8的体积流量Q_C得出主管15入口内的流体体积流量Q＝b·Q_C＝a·b·S·△p/μ，其中b为并联结构系数，采用流量标定可得知仪表系数a和并联结构系数b。

本实施例中的过滤器管段3、容污器21、集污管25、排污管22、过滤器前端法兰1、过滤器后端法兰5、主管15、旁通入流段7、旁通管8、旁通管出流段13、引压管11、主管前端法兰6、主管后端法兰16，层流元件外壳27、微径管28、填塞杆31和圆环板33均用不锈钢材料制成，过滤筛网4和筛网34均采用不锈钢丝编织。

在实施过程中，定期打开排污管阀门23，或者同时打开排污管阀门23和集污管阀门24，对容污器21内积聚的杂质实施排放，然后再关闭排污管阀门23和集污管阀门24。

在实施过程中，本实施例能够定期通过拆下过滤器前端法兰1和过滤器后端法兰5上的螺栓，更换和清洗过滤筛网4。

Claims (6)

1.一种差压线性流量计，其特征在于，包括过滤器和测量器，并且所述过滤器位于测量器的一端，并通过法兰连接；

所述过滤器包括过滤器管段、过滤筛网和容污器；所述过滤筛网位于过滤器管段内，并由该过滤器管段的入口端斜布至出口端；所述容污器外置于滤器管段外，并与位于滤筛网下端的过滤器管段底部的集污管过孔连通；

所述的测量器包括主管、旁通管、引压管、层流元件、定位夹、入口温度压力计、出口温度压力计、差压计；所述旁通管的两端分别与主管连通，并使旁通管内流体的流向与主管内流体的流向相同；引压管的两端分别与所述旁通管连通；差压计安装在引压管中部；入口温度压力计和出口温度压力计分别位于所述旁通管的流体入口端和所述旁通管的流体出口端；层流元件通过定位夹备固定在述旁通管内，并位于引压管的流体入口和流体出口之间；所述层流元件内有沿轴向的外缘微通道、间隙微通道和管内微通道。

2.如权利要求1所述一种差压线性流量计，其特征在于，所述外缘微通道是位于管束外圈的各微径管的外壁面与层流元件外壳内壁面之间的间隙；所述间隙微通道是管束内圈的各微径管外壁面之间的间隙；所述管内微通道是各微径管的内孔通道。

3.如权利要求1所述一种差压线性流量计，其特征在于，所述层流元件包括层流元件外壳、多个微径管和多个填塞杆，其中层流元件外壳的外径与旁通管的内径相同；层流元件外壳、微径管和填塞杆的长度均相同；所述各微径管均位于层流元件外壳内并沿该层流元件外壳的轴向紧密排布，使所述的多个微径管形成了管束。

4.如权利要求1所述一种差压线性流量计，其特征在于，所述主管的两端分别有主管前端法兰和主管后端法兰；所述滤器管段的两端分别有过滤器前端法兰和过滤器后端法兰。

5.如权利要求1所述一种差压线性流量计，其特征在于，所述定位夹包括圆环板和筛网，圆环板为圆环状金属板，其外径与旁通管的内径相同，在圆环板上固定着筛网，筛网的孔径小于微径管的外径。

6.如权利要求3所述一种差压线性流量计，其特征在于，在所述管束中的微径管外壁面之间的空隙***填塞杆；填塞杆的数目少于微径管的数目。