專利名稱：新型節(jié)能差壓式流量測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及流體測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型節(jié)能差壓式流量測量裝置。

背景技術(shù)：
差壓式流量計是工業(yè)中最為普遍應(yīng)用的一類管道內(nèi)流體流量測量裝置。它包括孔板、文丘里管、環(huán)形孔板、標準噴嘴、皮托管、均速管、彎頭等差壓裝置。其主要優(yōu)點是工作可靠、精度較高、價格便宜、安裝及維護方便等。
對于管內(nèi)測量流量計的主要技術(shù)要求為 1.測量精度要高，并且需要在較寬的流量變化范圍內(nèi)都能保證具有足夠的測量精度； 2.測量的精密度和一致性要好； 3.壓力損失小，能量損失??； 4.安裝方便，維護方便，結(jié)構(gòu)可靠性要好； 5.成本低，價格便宜。
在這些要求中，“壓力損失小，能量損失小”和“需要在較寬的流量變化范圍內(nèi)都能保證足夠好的精度”是一對互為矛盾的條件，主要是小流量(相當于小差壓)時的相對誤差相應(yīng)的會較大，精度很不容易保證，這樣就希望差壓訊號大，但是差壓訊號大的裝置一般壓力損失也大，尤其是節(jié)能指標對于工業(yè)領(lǐng)域愈來愈重要時，這種矛盾就更為明顯，所以流量測量技術(shù)的發(fā)展就需要解決克服這種矛盾，也就是希望差壓訊號要大，同時壓力損失并不會明顯增大的差壓裝置。
例如在中國專利CN85204529U中，公開了一種大差壓均速管流量計，其主要通過在檢測管中部鑲有位于管道心中的迎流的文丘里管，并在文丘里管喉部側(cè)壁垂直取壓，獲得比靜壓低得多的低壓，并與來自檢測管總壓孔的平均總壓構(gòu)成大差壓。這種均速管流量計其差壓訊號在空氣流速10米/秒的標況下，與標準皮托管(流量系數(shù)K＝1.0)相比，其差壓訊號

提高了100％(參見圖7中B)，在隨后的羅斯蒙特公司(美國)的阿牛巴(Annubar)是均速管流量計發(fā)展的重要趨勢之一，其主要的技術(shù)特點就是增大差壓訊號

阿牛巴第4代與中國專利CN85204529U相比，其差壓訊號

提高了15％～16％左右，其最新的阿牛巴第5代(參見圖7中F)比第4代(參見圖7中D)的差壓訊號

增大了70％~80％，關(guān)于差壓訊號

的發(fā)展趨勢圖見附圖7，本實用新型的目的就是進一步大幅提高差壓訊號

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的就是要提供一種壓力損失小(即節(jié)能)又差壓訊號大的節(jié)能流量測量裝置。
本實用新型的技術(shù)方案為 新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，包括均速管及一個差壓訊號放大器，其特征在于所述均速管內(nèi)在其中心處設(shè)置有獨立的作為流動差壓訊號放大器的中心單元體，所述中心單元體為一個流體流動的二元擴壓器，所述二元擴壓器內(nèi)設(shè)置有收斂形流道，所述收斂形流道內(nèi)還具有一直段，所述流道的直段的側(cè)壁上垂直設(shè)置有測量用通孔，且在該直段后設(shè)置有一直線擴散形流道，該收斂形流道具有光滑的流道內(nèi)側(cè)，以減少流體的阻力及附面層，所述流道由三部分組成，包括收斂部、喉部和擴散部，喉部位于收斂部和擴散部之間，其為流道的最窄部位，在該喉部處取其流動的靜壓，這個中心單元體喉部的靜壓是流動全流場的最小靜壓(稱為Pc)，從而達到差壓訊號放大的目的。
所述所述直線擴散形流道其長度L與最窄處寬度W1之比為15～35，出口面積與喉道面積之比為2.5～4.5。
所述均速管為平板形均速管，其將一具有一定寬度的平板插入管道，平板上迎流按面積均布有若干小孔，從這些小孔處測取流動的平均總壓，在該平板的中心位置設(shè)置有所述的二元擴壓器。
所述平板的迎流面周邊具有銳角倒棱。
所述二元擴壓器流道各處的橫截面為長方形或類似長方形。
所述喉部為等面積直管段。
所述喉部的壁上垂直設(shè)置有用以探測內(nèi)流壓力的通孔。
本實用新型的技術(shù)效果 本實用新型利用平板型均速管及其中心區(qū)域的二元擴壓器實現(xiàn)大幅度增大差壓訊號而且同時不明顯引起壓力損失的目的。
本實用新型的主要特點是采用平板形均速管以及設(shè)置于其中心區(qū)域的二元擴壓器，這樣的結(jié)構(gòu)能夠達到大幅度增加差壓訊號而其壓力損失卻很小的技術(shù)目的。本實用新型采用平板中心區(qū)域設(shè)置二元擴壓器，能大幅度增加差壓訊號

(增加300％～400％)，而同時的壓力損失仍然很低，因為中心區(qū)域的面積只占管道面積的1％左右，這么小的面積內(nèi)的局部流速增加對總體壓力損失的影響也是很小的。
大幅增強或放大差壓訊號

是本實用新型的一個重要的技術(shù)特征和效果。
這種具有平板銳邊形的平板型均速管其流量系數(shù)K對于板寬W(或管徑D)不敏感，從而K的一致性就好。

圖1所示為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2所示為平板形均速管的回流區(qū)示意圖； 圖3所示為二元擴壓器的放大示意圖； 圖4所示為二元擴壓器性能曲線圖； 圖5所示為典型的二元擴壓器的示意簡圖； 圖6所示為二元擴壓器的喉部靜壓與回流區(qū)靜壓之間關(guān)系的示意圖； 圖7所示為本實用新型的差壓訊號值與均速管流量測量的差壓訊號值相比較的示意桿狀圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明。
圖1所示為本實用新型差壓式流量測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。管道1壁上開口并通過安裝座11與法蘭10相連。平板2焊接在法蘭10內(nèi)側(cè)并插置于被測管道1中，平板2上沿管徑方向分別設(shè)置有若干小孔3，并按其面積平均分布在平板2上，各小孔3通過連接管12與總壓引壓管8相通，平板2的中心區(qū)域設(shè)置有二元擴壓器4，二元擴壓器4包括收斂部5、直段喉部6和直線形擴散部7，參見圖3，圖3為二元擴壓器的放大示意圖，其中收斂部5為圓弧形，喉部6為直段，喉部6壁上設(shè)置有孔9，孔9通過靜壓引壓管13與外部相通以測取喉部靜壓值，擴散部7尺寸漸大，二元擴壓器4與平板2焊接，并與法蘭10焊成一體，再固定在管道1。
本實用新型的主要特點是采用平板形均速管以及設(shè)置于其中心區(qū)域的二元擴壓器，這樣的結(jié)構(gòu)能夠達到大幅度增加差壓訊號而其壓力損失卻很小的技術(shù)目的。
本實用新型通過在被測管道中插入平板式均速管，該平板中心區(qū)域設(shè)置二元擴壓器，平板上分布有若干小孔，通過這些小孔取得平均總壓，稱為P*，在擴壓器喉部開孔取得靜壓Pc，其差值就為差壓

(也叫差壓訊號)，即P*-Pc。
通常，均速管(亦可稱阿牛巴)的流量測量的通用計算公式見本實用新型后面敘述的公式(1)，其

取的是圖2中的(P*-Pd)，Pd是回流區(qū)內(nèi)的壓力，它在回流區(qū)內(nèi)是均一的，而本實用新型取的差壓是(P*-Pc)，按二元擴壓器的內(nèi)流流體動力學，其靜壓恢復系數(shù)Cp＝(Pd-Pc)/(P*-Pc)是一個衡量擴壓器擴壓效率的固定常數(shù)，且Cp＝ζ(1-1/AR2)，ζ是擴壓效率，AR是擴壓器出口面積與直段面積之比，對二元擴壓器，AR＝W2/W1，見圖3。通過簡單的代數(shù)運算，可推導出(P*-Pc)/(P*-Pd)＝1/(1-Cp)。上式中的左項就是本實用新型差壓訊號與均速管(包括阿牛巴5代)差壓訊號相比的放大倍數(shù)，稱為E?？梢姸獢U壓器性能ζ及Cp的增加，可使放大倍數(shù)E大幅度增加。
由公式(1)也可分析，同樣的流量(標況，體積)，

的增加，其實質(zhì)就是使K值下降，或是令上式中的K是均速管的流量系數(shù)，本實用新型在此基礎(chǔ)上加上中心單元體二元擴壓器以后，差壓訊號

可放大至1～5倍，

可放大1～2.2倍。
由于擴壓器的流通面積只占管道面積的0.5％～1.0％，而擴壓器喉道部分的流速比管道內(nèi)流速高很多(V喉>>V管)流速的差取決于擴壓器的流體動力學設(shè)計，高效的擴壓器可使流速加大很多，對于效率較低(η＝0.3～0.4)且W1/W2較小的擴壓器的喉道流速增加很少(例如30％～40％)，這種喉部流速的大幅增加，大大降低了該處靜壓，從而相應(yīng)的大幅提高了差壓

。
同時由于擴壓器內(nèi)流量只占總流量的0.5％～1.0％，因此總的壓力損失按流量平均積分的壓力損失仍無多少變化。
本實用新型均速管采用平板形，與目前已有的圓形、菱形等相比，具有以下特點1.平板的流量系數(shù)K相對較小；2.K值與插入件的絕對尺寸關(guān)系很小，即K值一致性好，一般的均速管其流量系數(shù)與形狀、堵塞比B及絕對尺寸均有關(guān)。
圖7所示為本實用新型與均速管流量測量技術(shù)差壓訊號計算的比較示意圖。其中A代表標況下空氣介質(zhì)，V＝10m/s下的標準皮托管，其流量系數(shù)K＝1.0；B代表中國專利CN85204529U的差壓訊號

與A相比其差壓訊號

提高約100％；D代表阿牛巴第4代的差壓訊號，其流量系數(shù)K′＝0.65，與B相比其差壓訊號

提高了16％；F代表了阿牛巴第5代(T形桿)的差壓訊號，其流量系數(shù)K′＝0.5，與D相比差壓訊號

提高了約70％；G代表了本實用新型的流量測量裝置的第1代的差壓訊號，其流量系數(shù)K′＝0.46，與F相比差壓訊號

提高了約17％；H代表了本實用新型的流量測量裝置的第2代的差壓訊號，其流量系數(shù)K′＝0.354，與F相比差壓訊號

提高了約100％；M代表了本實用新型的流量測量裝置理論上可能達到的最大差壓訊號，其流量系數(shù)可望達到K′＝0.3，與F相比差壓訊號

提高了約175％。
由圖7可見，圖7中F即阿牛巴第5代(485型)比中國專利CN85204529U(圖7中的B)的差壓訊號

提高了約100％，而本實用新型第1代(圖7中的G)比阿牛巴第5代提高了約17％，本實用新型的第2代(圖7中的H)比阿牛巴第5代的差壓訊號提高了100％，并且本實用新型的第1代、第2代(實質(zhì)上是第1代、第2代的二元擴壓器)是在工程應(yīng)用中已經(jīng)實現(xiàn)的，圖7中的M是本實用新型第3代，其差壓訊號比阿牛巴第5代提高了175％，這在實驗室亦已實現(xiàn)，并且仍有潛力進一步提高差壓訊號。
因此，本實用新型在保持了低壓力損失的均速管的基礎(chǔ)上，大幅度的提高了差壓訊號，獲得了質(zhì)的提高和飛躍。
圖5所示為典型的二元擴壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
通用流量公式(標況，體積流量) 式中的Fna為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)＝0.01135 K為流量系數(shù)(基于管徑D) D為管道內(nèi)徑(mm) Ya為修正系數(shù) Fpb為修正系數(shù)＝101.325KPa/基準壓力KPa Ftb為修正系數(shù)＝基準溫度/288.15


Faa為修正系數(shù)＝熱膨脹修正 Pf為流動壓力KPa(絕)。
其中，

是流動時的密度修正。
由公式可以看出，當流量Qs一定時，流量系數(shù)K與差壓訊號

成反比，流量系數(shù)K越小，則差壓訊號

就越大。
本實用新型的差壓訊號
均速管的差壓訊號
本實用新型的差壓訊號與均速管相比的放大倍數(shù)
二元擴壓器Cp＝ζCp理＝ζ(1-1/AR2) 其中，AR是出口面積與喉道面積之比，對于二維情況，AR＝W2/W1 實驗證明，Cp最大可期望值為0.80～0.85。參見附圖4. 其中，P*是指來流的總壓(即靜壓與動壓之和)。
Pc是指附圖6中的c-c截面即喉部的靜壓。
Pd是指回流區(qū)(參見附圖3)中的靜壓。
因此，采用本實用新型的差壓式流量測量裝置，可期望的E＝1/(1-0.8)＝5。
權(quán)利要求1、新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，包括均速管及一個差壓訊號放大器，其特征在于所述均速管內(nèi)在其中心處設(shè)置有獨立的作為流動差壓訊號放大器的中心單元體，所述中心單元體為一個流體流動的二元擴壓器，所述二元擴壓器內(nèi)設(shè)置有收斂形流道，所述收斂形流道內(nèi)還具有一直段，所述流道的直段的側(cè)壁上垂直設(shè)置有測量用通孔，且在該直段后設(shè)置有一直線擴散形流道，該收斂形流道具有光滑的流道內(nèi)側(cè)，以減少流體的阻力及附面層，所述流道由三部分組成，包括收斂部、喉部和擴散部，喉部位于收斂部和擴散部之間，其為流道的最窄部位，在該喉部處取其流動的靜壓，這個靜壓是流動全流場的最小靜壓，從而達到差壓訊號放大的目的。
2.如權(quán)利要求1所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述所述直線擴散形流道其長度L與最窄處寬度W1之比為15～35，出口面積與喉道面積之比為2.5～4.5。
3、如權(quán)利要求2所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述均速管為平板形均速管，其將一具有一定寬度的平板插入管道，平板上迎流按面積均布有若干小孔，從這些小孔處測取流動的平均總壓，在該平板的中心位置設(shè)置有所述的二元擴壓器。
4、如權(quán)利要求3所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述平板的迎流面周邊具有銳角倒棱。
5、如權(quán)利要求4所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述二元擴壓器流道各處的橫截面為長方形或類似長方形。
6、如權(quán)利要求5所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述喉部為等面積直管段。
7、如權(quán)利要求6所述的新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，其特征在于所述喉部的壁上垂直設(shè)置有用以探測內(nèi)流壓力的通孔。
專利摘要本實用新型提供一種新型節(jié)能差壓式流量測量裝置，包括均速管及一個差壓訊號放大器，其特征在于所述均速管內(nèi)在其中心處設(shè)置有獨立的作為流動差壓訊號放大器的中心單元體，所述中心單元體為一個流體流動的高效二元擴壓器。本實用新型可以大幅度提高差壓訊號，且與均速管相比較不會引起額外的壓力損失。
文檔編號G01F1/36GK201251456SQ20082011018
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者勇 劉 申請人:劉高恩, 勇 劉