CN115560810B - 液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器 - Google Patents

Abstract

一种液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器，液体流量监测装置包括：液管，气液混合物以设定流速由液管的第二端向第一端流动；差压传感器具有第一压力检测口及第二压力检测口，第一压力检测口与液管靠近第一端的区域连通，第二压力检测口与液管靠近第二端的区域连通或与大气连通；控制器，用于获取压力差，并配置成根据压力差获得气液混合物中液体的占比，获取设定流速，且控制器还配置成根据气液混合物中液体的占比以及设定流速获得液体的流量。这种液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器，能解决密闭管道内气液混合态液体的流量监测的问题，且抗污染性强，对液体颜色没有要求，即使液体贴壁液流也不会造成监测效果差的问题。

Description

液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器

技术领域

本申请涉及液体流量监测技术领域，特别是涉及一种液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器。

背景技术

目前液体流量的实时监测通常用涡轮流量计、超声波流量计、科里奥利流量计等等，但这几类原理的流量计只能测量稳定的纯液体流体，但某些特殊应用场景，如湿壁气旋式空气气溶胶采样器中气旋室旁路液流循环管道，会出现液体和气体不固定比例地混入密闭管道内流动，该场景下，目前已有原理的流量测量装置都无法进行有效监测液流量。

相关技术曾采用把液体引入透明管道，通过在管径两侧进行激光发射和探测器接受信号来监测区分液流段和气体段的原理进行流量监测，如图1所示，但该技术原理存在长时间运行后管壁污染影响光信号分辨的问题和贴壁液流未形成封闭液流段无法有效监测的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器。

根据本申请的第一个方面，提供了一种液体流量监测装置，包括：液管，其第一端连接输液泵，所述输液泵用于使得气液混合物以设定流速由所述液管的第二端向第一端流动；差压传感器，所述差压传感器具有第一压力检测口以及第二压力检测口，所述第一压力检测口与所述液管靠近所述第一端的区域连通，所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第二端的区域连通或与大气连通；控制器，用于获取所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量。

可选地，所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第二端的区域连通，且，所述液管与所述第一压力检测口连通的区域，以及，所述液管与所述第二压力检测口连通的区域间的距离大于距离阈值。

可选地，所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

可选地，所述液管包括：第一管段，其第一端连接所述输液泵，所述第一管段的第一端为所述液管的第一端；第二管段，所述第二管段的第一端连接所述第一管段的第二端；第三管段，所述第三管段的第一端连接所述第二管段的第二端，所述第三管段的第二端为所述液管的第二端；且所述第二管段的内径小于所述第一管段以及所述第三管段的内径，所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口均与所述第二管段连通。

根据本申请的第二个方面，还提供了一种湿壁气旋式空气气溶胶采样器，包括：箱体，限定出具有开口的容纳腔；门体，用于开闭所述开口；螺纹管，固定于所述容纳腔，所述螺纹管的第一端开设有进气口，所述螺纹管的第二端开设有出气口，所述螺纹管的内壁形成采样液的流动路径，所述螺纹管配置成使采样空气由所述进气口进入所述螺纹管内后，所述采样空气中的气溶胶颗粒被所述采样液吸收后经所述出气口流出所述螺纹管；液管，所述液管的第一端以及第二端分别连通所述螺纹管的第一端以及第二端，所述液管配置成使所述螺纹管内流至所述螺纹管第二端的所述采样液与气体形成气液混合物后流回所述螺纹管第一端，所述液管的第一端连接输液泵，所述输液泵用于使得气液混合物以设定流速由所述液管的第二端向第一端流动；差压传感器，所述差压传感器具有第一压力检测口以及第二压力检测口，所述第一压力检测口与所述液管靠近所述第二端的区域连通，所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第一端的区域连通或与大气连通；控制器，用于获取所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量。

可选地，所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第一端的区域连通，且，所述液管与所述第一压力检测口连通的区域，以及，所述液管与所述第二压力检测口连通的区域的距离大于距离阈值。

可选地，所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

可选地，所述液管包括：第一管段，其第一端连接所述输液泵，所述第一管段的第一端为所述液管的第一端；第二管段，所述第二管段的第一端连接所述第一管段的第二端；第三管段，所述第三管段的第一端连接所述第二管段的第二端，所述第三管段的第二端为所述液管的第二端；且所述第二管段的内径小于所述第一管段以及所述第三管段的内径，所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口均与所述第二管段连通。

本发明提供的这种液体流量监测装置及湿壁气旋式空气气溶胶采样器，不仅能测量纯液态流体液量，更能解决前述的密闭管道内气液混合态液体的流量监测的问题，且抗污染性强，对液体颜色没有要求，即使液体贴壁液流也不会造成监测效果差的问题。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是相关技术中监测液体流量的原理图；

图2是根据本申请第一个实施例的液体流量监测装置的结构示意图；

图3是根据本申请第二个实施例的液体流量监测装置的结构示意图；

图4是根据本申请第三个实施例的液体流量监测装置的结构示意图；

图5是根据本申请第四个实施例的液体流量监测装置的结构示意图。

图中，10为液体流量监测装置，100为液管，110为第一管段，120为第二管段，130为第三管段，200为输液泵，300为差压传感器，310为第一压力检测口，320为第二压力检测口，400为管道，500为探测器，600为激光。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图1是相关技术中监测液体流量的原理图（其中箭头表示气液混合物的流动方向，管道400内用斜线表示的阴影部分为液体，其余空白部分为气体），如图1所示，相关技术曾采用把液体引入透明管道400，通过在管道400两侧进行激光器600的激光发射和探测器500接受信号来监测区分液流段和气体段的原理进行流量监测，但该技术原理存在长时间运行后管壁污染影响光信号分辨的问题和贴壁液流未形成封闭液流段无法有效监测的问题。

本申请实施例提供了一种液体流量监测装置10，图2是根据本申请第一个实施例的液体流量监测装置10的结构示意图，图3是根据本申请第二个实施例的液体流量监测装置10的结构示意图（其中箭头表示气液混合物的流动方向，液管100内用斜线表示的阴影部分为液体，其余空白部分为气体）。

如图2以及图3所示，液体流量监测装置10包括液管100、差压传感器300以及控制器。

液管100其第一端连接输液泵200，所述输液泵200用于使得气液混合物以设定流速由所述液管100的第二端向第一端流动。差压传感器300具有第一压力检测口310以及第二压力检测口320，所述第一压力检测口310与所述液管100靠近所述第一端的区域连通（由于循环动力在下游，上游压力小，信号弱，不好检测），所述第二压力检测口320与所述液管100靠近所述第二端的区域连通（避免受环境压力的影响）或与大气连通。控制器用于获取所述第一压力检测口310以及所述第二压力检测口320检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵200电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量。

液管100可以为密闭管道，密闭管道流动方向的下游侧壁开有小孔，小孔连接差压传感器300的第一压力检测口310，差压传感器300的第二压力检测口320与大气相通（或密闭管道流动方向的上游侧壁也开有小孔，该小孔连接差压传感器300的第二压力检测口320）。当液流混着气泡从液管100流通时，由于液体在管道内流通有阻力，会在开孔处产生对应的液体压力。而设定速度是一定的，且液管100的长度和内径r也是固定时，由于液管100内气泡流动时相对液体流动的阻力非常小，可以忽略不计，所以液管100内液体占比越大，开孔处产生的压力越大。即开孔处产生对应的液体压力（即上述压力差）与液体内液体流量占比成正相关，通过检测开孔处压力可以获得液管100内液/气占比信息（可以通过实验的方式获得开孔处压力以及液管100内液/气占比信息的对应关系，并将该对应关系存于控制器的存储器，每次获得压力后通过对应关系获得液/气占比信息），结合输液泵200的固定流速信息，可获得液管100内液体流量信息（本领域技术人员可以理解地，流速v和液管100横截面积πr²的乘积可以得到气液混合物的整体流量，液/气占比信息a/b可以得到液体占气液混合物的比值a/（a+b），该比值与整体流量的乘积即液体流量vπr²a/（a+b））。经实际测试验证，该方法测量气液混合态流通时的液流流量准确度高、装置简单可靠、制造成本低。可实现液体和气体不固定比例地混入密闭管道内流动时的液体流量检测或测量，可实现密闭管道内液体非接触式测量，抗污染能力强，不会因管壁脏污影响性能。

图4是根据本申请第三个实施例的液体流量监测装置10的结构示意图；图5是根据本申请第四个实施例的液体流量监测装置10的结构示意图。如果气液混合体流动时测量到差压信息很小，即气液占比的变化引起的差压变化很小，造成最终的液体流量监测分辨率比较低，可以将管道变径缩小增大流动阻力，以获得合适的差压来提升流量测量分辨率和准确度。同样也可以调整管道长度和输液泵200流速来获得合适的差压来提升流量测量分辨率和准确度。

具体地，所述液管100可以包括第一管段110、第二管段120以及第三管段130。第一管段110其第一端连接所述输液泵200，所述第一管段110的第一端为所述液管100的第一端；所述第二管段120的第一端连接所述第一管段110的第二端；所述第三管段130的第一端连接所述第二管段120的第二端，所述第三管段130的第二端为所述液管100的第二端；且所述第二管段120的内径小于所述第一管段110以及所述第三管段130的内径，所述第一压力检测口310以及所述第二压力检测口320均与所述第二管段120连通。

在另一些实施例中，所述第二压力检测口320与所述液管100靠近所述第二端的区域连通，且，所述液管100与所述第一压力检测口310连通的区域，以及，所述液管100与所述第二压力检测口320连通的区域间的距离大于距离阈值。

在其他实施例中，所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

本实施例还提供了一种湿壁气旋式空气气溶胶采样器，湿壁气旋式空气气溶胶采样器包括箱体、门体、螺纹管、液管100、差压传感器300以及控制器。

箱体限定出具有开口的容纳腔；门体用于开闭所述开口；螺纹管固定于所述容纳腔，所述螺纹管的第一端开设有进气口，所述螺纹管的第二端开设有出气口，所述螺纹管的内壁形成采样液的流动路径，所述螺纹管配置成使采样空气由所述进气口进入所述螺纹管内后，所述采样空气中的气溶胶颗粒被所述采样液吸收后经所述出气口流出所述螺纹管；所述液管100的第一端以及第二端分别连通所述螺纹管的第一端以及第二端，所述液管100配置成使所述螺纹管内流至所述螺纹管第二端的所述采样液与气体形成气液混合物后流回所述螺纹管第一端，所述液管100的第一端连接输液泵200，所述输液泵200用于使得气液混合物以设定流速由所述液管100的第二端向第一端流动；所述差压传感器300具有第一压力检测口310以及第二压力检测口320，所述第一压力检测口310与所述液管100靠近所述第二端的区域连通，所述第二压力检测口320与所述液管100靠近所述第一端的区域连通或与大气连通；控制器用于获取所述第一压力检测口310以及所述第二压力检测口320检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵200电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量（可以判断出湿壁气旋式空气气溶胶采样器内循环的液体总量，内循环的液体总量影响采样器内螺纹管形成的液膜的厚度以及采样效率）。

在一些实施例中，所述第二压力检测口320与所述液管100靠近所述第一端的区域连通，且，所述液管100与所述第一压力检测口310连通的区域，以及，所述液管100与所述第二压力检测口320连通的区域的距离大于距离阈值。

在一些实施例中，所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

在一些实施例中，所述液管100包括：第一管段110，其第一端连接所述输液泵200，所述第一管段110的第一端为所述液管100的第一端；第二管段120，所述第二管段120的第一端连接所述第一管段110的第二端；第三管段130，所述第三管段130的第一端连接所述第二管段120的第二端，所述第三管段130的第二端为所述液管100的第二端；且所述第二管段120的内径小于所述第一管段110以及所述第三管段130的内径，所述第一压力检测口310以及所述第二压力检测口320均与所述第二管段120连通。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种液体流量监测装置，包括：

液管，其第一端连接输液泵，所述输液泵用于使得气液混合物以设定流速由所述液管的第二端向第一端流动；

差压传感器，所述差压传感器具有第一压力检测口以及第二压力检测口，所述第一压力检测口与所述液管靠近所述第一端的区域连通；

控制器，用于获取所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量；

所述液管为密闭管道，所述密闭管道流动方向的下游侧壁开有连接所述差压传感器的第一压力检测口的小孔，所述差压传感器的第二压力检测口与大气相通，或，所述密闭管道流动方向的上游侧壁开有连接所述差压传感器的第二压力检测口的小孔。

2.根据权利要求1所述的液体流量监测装置，其中，

所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第二端的区域连通，且，所述液管与所述第一压力检测口连通的区域，以及，所述液管与所述第二压力检测口连通的区域间的距离大于距离阈值。

3.根据权利要求1所述的液体流量监测装置，其中，

所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

4.根据权利要求1所述的液体流量监测装置，其中，所述液管包括：

第一管段，其第一端连接所述输液泵，所述第一管段的第一端为所述液管的第一端；

第二管段，所述第二管段的第一端连接所述第一管段的第二端；

第三管段，所述第三管段的第一端连接所述第二管段的第二端，所述第三管段的第二端为所述液管的第二端；且

所述第二管段的内径小于所述第一管段以及所述第三管段的内径，所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口均与所述第二管段连通。

5.一种湿壁气旋式空气气溶胶采样器，包括：

箱体，限定出具有开口的容纳腔；

门体，用于开闭所述开口；

螺纹管，固定于所述容纳腔，所述螺纹管的第一端开设有进气口，所述螺纹管的第二端开设有出气口，所述螺纹管的内壁形成采样液的流动路径，所述螺纹管配置成使采样空气由所述进气口进入所述螺纹管内后，所述采样空气中的气溶胶颗粒被所述采样液吸收后经所述出气口流出所述螺纹管；

液管，所述液管的第一端以及第二端分别连通所述螺纹管的第一端以及第二端，所述液管配置成使所述螺纹管内流至所述螺纹管第二端的所述采样液与气体形成气液混合物后流回所述螺纹管第一端，所述液管的第一端连接输液泵，所述输液泵用于使得气液混合物以设定流速由所述液管的第二端向第一端流动；

差压传感器，所述差压传感器具有第一压力检测口以及第二压力检测口，所述第一压力检测口与所述液管靠近所述第二端的区域连通；

控制器，用于获取所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口检测到的压力的压力差，并配置成根据所述压力差获得所述气液混合物中液体的占比，所述控制器还与所述输液泵电连接，以获取所述设定流速，且所述控制器还配置成根据所述气液混合物中液体的占比以及所述设定流速获得所述液体的流量；

所述液管为密闭管道，所述密闭管道流动方向的下游侧壁开有连接所述差压传感器的第一压力检测口的小孔，所述差压传感器的第二压力检测口与大气相通，或，所述密闭管道流动方向的上游侧壁开有连接所述差压传感器的第二压力检测口的小孔。

6.根据权利要求5所述的湿壁气旋式空气气溶胶采样器，其中，

所述第二压力检测口与所述液管靠近所述第一端的区域连通，且，所述液管与所述第一压力检测口连通的区域，以及，所述液管与所述第二压力检测口连通的区域的距离大于距离阈值。

7.根据权利要求5所述的湿壁气旋式空气气溶胶采样器，其中，

所述控制器还配置成在所述压力差小于压力差阈值时，控制所述设定流速大于流速阈值。

8.根据权利要求5所述的湿壁气旋式空气气溶胶采样器，其中，所述液管包括：

第一管段，其第一端连接所述输液泵，所述第一管段的第一端为所述液管的第一端；

第二管段，所述第二管段的第一端连接所述第一管段的第二端；

第三管段，所述第三管段的第一端连接所述第二管段的第二端，所述第三管段的第二端为所述液管的第二端；且

所述第二管段的内径小于所述第一管段以及所述第三管段的内径，所述第一压力检测口以及所述第二压力检测口均与所述第二管段连通。

Images