一種差壓流量探測頭及其應用
【專利摘要】本發(fā)明屬于管道流體探測技術領域，具體為一種差壓流量探測頭及其應用。本發(fā)明差壓流量探測頭為一段中空的空間體，其橫截面為羽毛球型，即中部為一個等腰梯形的兩個側邊，前部為兩個邊相切的圓弧，后部為連接兩邊的圓弧，兩個側邊、兩圓弧圍合成一空間體；在該圍合空間內，還設有一分隔圓弧，將圍合空間分隔成前后兩個區(qū)域，前區(qū)域為高壓區(qū)，后區(qū)域為低壓區(qū)；在兩側邊面上設有若干低壓取壓孔；在探頭前部圓弧面中心位置設有若干高壓取壓孔；這些開孔用于收集流量數據。本發(fā)明的差壓流量探測頭可用于差壓流量探測裝置中，組成一種新的差壓流量探測裝置。本發(fā)明結構簡單，制造成本低，防堵塞能力強，測量精度高。
【專利說明】
一種差壓流量探測頭及其應用
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于管道流體探測技術領域，具體涉及一種差壓流量探測頭及其應用。
【背景技術】
[0002] 管道在工業(yè)生產中應用廣泛，可用于傳輸各類氣體、液體及蒸汽在內的流體。并 且，在供暖、供油、供氣等多種場景中也都需要用管道來傳輸各類流體。在上述應用場景中， 經常需要對管道內流體的流量信息進行測量，以確定管道內流體的流動是否正常。
[0003] 在現有技術中，一般選擇專用的流量計一孔板流量計進行測量。
[0004]孔板流量計的基本原理： 充滿管道的流體，當它流經管道內的節(jié)流件時，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而 流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產生了壓差，流體流量愈大，產生的壓差愈大， 這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續(xù)性方程(質量守恒定律)和 伯努利方程(能量守恒定律)為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例 如當節(jié)流裝置形式或管道內流體的物理性質（密度、粘度)不同時，在同樣大小的流量下產 生的壓差也是不同的。
[0005] 雖然孔板流量計能夠感測到流體的流量信息，但是，孔板的量程比?。? :1 )，對直 管段要求長2 15D，壓力損失大，安裝費用高，長期精度低等，導致客戶能源浪費嚴重，安裝 和維護的成本很高。
[0006] 而利用差壓原理進行流量測量是當今世界上最可靠的流量測量方式之一，全球有 超過50%的流量測量使用差壓技術。其性能的可靠性，得到廣大用戶的認可。代表產品一孔 板有著悠久的歷史，人們對它的安裝、使用和檢修都非常熟悉。
[0007] -般流量測量系統由節(jié)流裝置(差壓發(fā)生器）、差壓變送器以及流量積算儀等二次 儀表組成。
[0008] 隨著電子技術的突飛猛進，變送器、積算儀等二次儀表的精度、靈敏度發(fā)生了質的 變化，達到了極高的水平，但是，幾十年來一次源的檢測水平始終沒有重大突破，成了制約 差壓式流量測量系統發(fā)展的瓶頸，使得高水平的下游儀表無法發(fā)揮出應有的高效率。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種量程比大、壓力損失小、安裝成本低的差壓流量探測 頭。
[0010] 本發(fā)明所提供的差壓流量探測頭，其為一段中空的管體，探頭縱向為一長條形，探 頭橫截面為羽毛球型，即中部為一個等腰梯形的兩個側邊a，前部(羽毛球頭部)為在等腰梯 形上底邊位置與梯形兩個邊相連接的前部圓弧b，后部(羽毛球尾部）為在等腰梯形下底邊 位置與梯形兩個邊相連接的后部圓弧c，兩個側邊a、兩個圓弧b、c圍合成一空間體;在該圍 合空間內，還設有一分隔圓弧d，將圍合空間分隔成前后兩個區(qū)域，前區(qū)域為高壓區(qū)1，后區(qū) 域為低壓區(qū)2;如圖1所示； 在兩側邊a管面上、位于低壓區(qū)2的中部區(qū)域位置，沿著探頭長度方向設有若干低壓取 壓孔3;在探頭前部圓弧b管面中心位置，沿著探頭長度方向設有若干高壓取壓孔4;如圖2所 示。使用時，這些開孔部位完全浸沒在管道中，用于收集流量數據。
[0011] 本發(fā)明的差壓流量探測頭可用于一種差壓流量探測裝置中，組成一種新的差壓流 量探測裝置。
[0012] 本發(fā)明還包括一種差壓流量探測裝置，包含一個上述的差壓流量探測頭，一個差 壓變送器和一個用于將差壓流量探測頭高壓區(qū)1和低壓區(qū)2轉換成差壓變送器可接收的轉 接裝置;所述差壓流量探測頭作為測量元件，其下端伸入管道中測量流量，上端通過轉接裝 置同差壓變送器連接； 所述轉接裝置為上下相通的管道，其下端與差壓流量探測頭上端連接，其上端與差壓 變送器連接;其中，轉接裝置下端管口與差壓流量探測頭高壓區(qū)1和低壓區(qū)2相匹配，轉接裝 置上端管口與差壓變送器的高、低壓接收口相匹配。
[0013] 本發(fā)明中，差壓流量探測頭，差壓變送器和轉接裝置均通過接口處設置的法蘭相 連接。
[0014] 本發(fā)明中，結構簡單，制造成本低，采用該探測頭的差壓流量探測裝置中，作為一 次測量元件的差壓流量探測頭和作為二次儀表的差壓變送器在制造廠內結合成一體化，提 供完整的流量測量解決方案。本發(fā)明提高流量計精度，同時無須日常維護（沒有泄露點隱 患）。用戶無須添加任何連接件、管路、閥門、轉換接頭、閥組及安裝支架?，F場安裝簡單快 捷，節(jié)省安裝時間和費用。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的差壓流量探測頭截面圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的差壓流量探測頭整體示意圖。
[0017]圖3為差壓流量探測裝置的結構示意圖。
[0018] 圖4為差壓流量探測裝置的工作原理圖。
[0019] 圖5為本發(fā)明的差壓流量探測頭使用狀態(tài)圖示。
[0020] 圖6為表1的現有差壓流量探測頭截面圖示。其中，a為鉆石形，b為圓形。
[0021] 圖中標號:a為側邊，b為前部圓弧，c為后部圓弧，d為分隔圓弧，1為高壓區(qū)，2為低 壓區(qū)，3為低壓取壓孔，4為高壓取壓孔。
【具體實施方式】 [0022] 實施例： 本發(fā)明為一段中空的管形探頭，采用316L的型材制成，探頭的截面為羽毛球型，即中部 為一個等腰梯形的兩個側邊a，前部（羽毛球頭部)為在等腰梯形上底邊位置與梯形兩個邊 相連接的前部圓弧b，后部（羽毛球尾部）為在等腰梯形下底邊位置連接兩邊的后部圓弧c， 兩邊兩弧構成一圍合空間；在該截面的圍合空間內，還設有一分隔圓弧d，將圍合空間分隔 成前后兩個區(qū)域，前區(qū)域為高壓區(qū)1，后區(qū)域為低壓區(qū)2;如圖1所示； 所述探頭的下端區(qū)域，在位于低壓區(qū)2的探頭的兩側邊a管面上，且沿著探頭長度方向 設有若干低壓取壓孔3;在位于高壓區(qū)1的探頭的前部圓弧b管面中心位置，沿著探頭長度方 向設有若干高壓取壓孔4;如圖2所示。
[0023]所述探頭下端的開孔部位完全浸沒在管道中，用于收集流量數據。
[0024]本發(fā)明中，側邊a的長度為14~45,兩側邊a的前端間距為12~36,兩側邊a的后端間 距為15~45,且前端間距小于后端間距；前部圓弧b的半徑為7~21，后部圓弧c的半徑為10~ 30,分隔圓弧d的半徑為16~48,分隔圓弧d與前部圓弧b頂邊間距為12~36。兩側邊a上的低壓 取壓孔3的直徑為2~4,前部圓弧b上的高壓取壓孔4的直徑為3~5,且低壓取壓孔3的直徑小 于高壓取壓孔4的直徑。單位為_。
[0025] 本發(fā)明中，高壓孔開孔4的數量為2個~16個，低壓孔開孔數量為2對~16對(兩側邊 上相對應的孔為1對），具體根據管道的大小來確定。管道直徑的大小一般為20_到6000_。
[0026] -個典型的差壓流量探測頭的截面結構如下：側邊a的長度為15,兩側邊a的前端 間距為12,兩側邊a的后端間距為15;前部圓弧b的半徑為7,后部圓弧c的半徑為10,分隔圓 弧d的半徑為16,分隔圓弧d與前部圓弧b頂邊間距為12;兩側邊a上的低壓取壓孔3的直徑為 2,數量為8對，前部圓弧b上的高壓取壓孔4的直徑為3,數量為8個，各部分的壁厚為2。單位 均為mm 〇
[0027] 本發(fā)明還包括一種差壓流量探測裝置，其包含一個上述的差壓流量探測頭，一個 差壓變送器和一個用于將差壓流量探測頭高壓區(qū)和低壓區(qū)轉換成差壓變送器可接收的轉 接裝置。
[0028] 本發(fā)明中，所述差壓流量探測頭作為測量元件，其下端伸入管道中測量流量，上端 通過轉接裝置同差壓變送器連接； 所述轉接裝置為上下相通的管道，其下端與差壓流量探測頭上端連接，其上端與差壓 變送器連接;其中，轉接裝置下端管口與差壓流量探測頭高壓區(qū)和低壓區(qū)相匹配，轉接裝置 上端管口與差壓變送器的高、低壓接收口相匹配。
[0029] 本發(fā)明中，差壓流量探測頭，差壓變送器和轉接裝置均通過接口處設置的法蘭相 連接。差壓變送器選用市場已有的常規(guī)的品牌型號，如川儀公司的EJA110A。
[0030] 本發(fā)明中，該差壓流量探測裝置屬于皮托管式流量計，也可以稱之為均速管流量 計。它所測量的是管道內流體在擋體上下游所形成的差壓值，然后利用流體流量和差壓值 之間的換算關系得出流量值。
[0031] 如圖4所示，它主要用于測量氣體、液體和蒸汽在管道內的體積和質量流量，適用 于測量管徑在20_到6000mm之間滿管單向流動的氣體、液體和蒸汽流量。
[0032] 本發(fā)明中，該差壓流量探測裝置主要用于工業(yè)過程中各種氣體、液體和蒸汽的連 續(xù)流量測量，具有很高的測量精度（±1%)及良好重復性(〇. 1%)。經過標定，精度可達0.5%。 與其它形式流量計比較，本發(fā)明產生的信號穩(wěn)定可靠，保持長期高精度，與傳統的孔板、噴 嘴等差壓流量計相比，差壓流量計安裝更簡單，只需很少的時間。運行過程中，對管道產生 的壓損非常小，是一種節(jié)能型的流量儀表。
[0033] 該差壓流量探測裝置遵循伯努利方程：
其中： Q=管道內的體積流量 K=流體系數 C=流體常數 DP=差壓值。
[0034]可見:C為常數，要確定Q，必須確定K和DP當流體流過流量傳感器時，不僅在其前部 產生一個高壓分布區(qū)，高壓分布區(qū)的壓力高于管道的靜壓。而且流體流過流量傳感器時速 度加快，在流量傳感器后部產生一個低壓分布區(qū)，低壓分布區(qū)的壓力略低于高壓分布區(qū)的 壓力。流體從流量傳感器流過后，在流量傳感器后部出現漩渦。
[0035]本發(fā)明中，由于探頭的截面為羽毛球型，能產生精確的壓力分布，羽毛球型的截面 形狀所受到的牽引力最小，并使得流體與傳感器的分離點固定，可以產生穩(wěn)定的差壓信號， 保持測量的長期高精度。
[0036]在連續(xù)流量測量中，高壓區(qū)的壓力高于管道靜壓，阻止了雜質等進入探頭本體，所 以高壓取壓孔不會堵塞。而雜質聚集區(qū)域(在探頭的背面），遠離探頭的低壓取壓孔，這樣雜 質也不會從低壓取壓孔進入探頭本體，所以低壓取壓孔也不會堵塞。如圖5所示。
[0037] 流體系數在相當大的一個范圍內是常數，是線性的(流體系數K不像孔板或文丘里 管那樣隨雷諾數變化而變化），不受雷諾數、節(jié)流面積比影響。流體必須處于充分紊流狀態(tài)， 而不能處于層流狀態(tài)。
[0038] 表1.本發(fā)明與其它形狀截面的流量探測頭的比較
【主權項】
1. 一種差壓流量探測頭，其特征在于，為一段中空的管體，其縱向為一長條形，橫截面 為羽毛球型，即中部為一個等腰梯形的兩個側邊，前部為在等腰梯形上底邊位置與梯形兩 個邊相連接的前部圓弧，后部為在等腰梯形下底邊位置與梯形兩個邊相連接的后部圓弧， 兩個側邊、兩個圓弧圍合成一空間體;在該圍合空間內，還設有一分隔圓弧，將圍合空間分 隔成前后兩個區(qū)域，前區(qū)域為高壓區(qū)，后區(qū)域為低壓區(qū)； 在兩側邊管面上、位于低壓區(qū)的中部區(qū)域位置，沿著探頭長度方向設有若干低壓取壓 孔;在探頭前部圓弧管面中心位置，沿著探頭長度方向設有若干高壓取壓孔;這些開孔部位 在使用時完全浸沒在管道中，用于收集流量數據。2. 根據權利要求1所述的差壓流量探測頭，其特征在于，側邊的長度為14~45，兩側邊 的前端間距為12~36,兩側邊的后端間距為15~45,且前端間距小于后端間距;前部圓弧的半 徑為7~21，后部圓弧的半徑為10~30,分隔圓弧的半徑為16~48,分隔圓弧與前部圓弧頂邊間 距為12~36;兩側邊上的低壓取壓孔的直徑為2~4,前部圓弧上的高壓取壓孔的直徑為3~5， 且低壓取壓孔的直徑小于高壓取壓孔的直徑；以上單位為mm。3. 根據權利要求1所述的差壓流量探測頭，其特征在于，高壓取壓孔的數量為2個~16 個，低壓取壓孔數量為2對~16對。4. 一種差壓流量探測裝置，其特征在于包含如權利要求1-3之一所述的差壓流量探測 頭，一個差壓變送器和一個用于將差壓流量探測頭高壓區(qū)和低壓區(qū)轉換成差壓變送器可接 收的轉接裝置;所述差壓流量探測頭作為測量元件，其下端伸入管道中測量流量，上端通過 轉接裝置同差壓變送器連接； 所述轉接裝置為上下相通的管道，其下端與差壓流量探測頭上端連接，其上端與差壓 變送器連接;其中，轉接裝置下端管口與差壓流量探測頭高壓區(qū)和低壓區(qū)相匹配，轉接裝置 上端管口與差壓變送器的高、低壓接收口相匹配。
【文檔編號】G01F1/88GK105841756SQ201610158318
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】邱福權
【申請人】上海曉秋自動化工程有限公司