一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置。本實用新型中的實驗臺為防震實驗臺,其平穩(wěn)牢固的放在地面上。風機固定在實驗臺的附近。管道包括管道連接件、錐形管道、直管道，兩根直管道之間設置有管道流量計，錐形管道的一端與其中的一根直管道非接觸連接，錐形管道另一端連接風機，振動傳感器固定在管道流量計金屬表面，裝夾器將錐形管道、直管道、管道流量計固定連接在實驗臺上。振動傳感器轉換器的輸入端口連接振動傳感器的輸出端口，輸出端為開放端口連接到測控系統(tǒng)。本實用新型驗證了利用管道流量計的流固耦合振動進行管道流量流速檢測的可行性，通過簡易的實驗裝置實現(xiàn)了流量計表面振動與流速的實時測量。
【專利說明】
一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于管道流量的計量技術領域，涉及一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置。
【背景技術】
[0002]管道流量計中的脈沖式轉子流量計主要包括殼體、導向件、葉輪、磁電轉換裝置等。其工作原理是被測的流體沖擊葉輪的葉片，使葉片旋轉，葉片的轉速隨流量的變化而變化，即流量大，葉片的轉速也大，再經磁電轉換裝置把葉片的轉速轉換為相應頻率的電脈沖，根據(jù)單位時間內的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求瞬時流量和累積流量。殼體可以起到承受被測流體的壓力，固定安裝導向件、葉輪等部件，連接管道的作用。脈沖式轉子流量計的葉輪是流量計的檢測元件，接受流體動量、克服阻力矩，可由高導磁性材料制成，其高頻信號可以由葉輪切割電感傳感器產生。脈沖式轉子流量計具有結構簡單、運動部件少、耐壓高、溫度范圍寬、維修方便、重量輕、體積小、壓力損失小、重復性好、高量程比等優(yōu)點。
[0003]管道流量的計量是精密測試領域中的重要環(huán)節(jié)，也存在于我們生活中的方方面面，是影響國計民生的一部分，它被廣泛適用于工業(yè)生產、能源計量、環(huán)境保護、交通運輸、生物技術與科學實驗等國民經濟的各個領域。缺乏合理的計量儀器或計量不準確不但會浪費能源，而且會引起量差糾紛。因此，管道流量的計量的重要性不言而喻。管道流量計中的脈沖式轉子流量計是一種被廣泛使用的工業(yè)傳統(tǒng)的流量計，然而其管道中流體與管道存在的流固耦合現(xiàn)象與管道流量計的表面振動會對計量結果產生較大影響，為了更好的保證產品的質量，改善流程，使生產力顯著提高，促進這方面的科學技術的進步變得非常重要。因此，探索其管道流量計流固耦合振動與流量流速的關系具有重要的研究意義。
【發(fā)明內容】
[0004]本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供了一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置。
[0005]本實用新型解決技術問題所采取的技術方案為:
[0006]本實用新型包括實驗臺、風機、管道、振動傳感器、管道流量計、裝夾器、振動傳感器轉換器、測控系統(tǒng)與上位機。
[0007]所述的實驗臺為防震實驗臺，其平穩(wěn)牢固的放在地面上。所述的風機固定在實驗臺的附近。所述的管道包括管道連接件、錐形管道、直管道，管道連接件連接風機的出風口與錐形管道的一端，錐形管道的另一端與一根直管道之間非接觸連接。該直管道與另一根直管道之間設置有管道流量計，所述的振動傳感器固定在管道流量計金屬表面，固定的位置盡可能的貼近管道流量計轉子的位置。所述的裝夾器將錐形管道、直管道、管道流量計固定連接在實驗臺上。所述的振動傳感器轉換器的輸入端口連接振動傳感器的輸出端口，輸出端為開放端口，連接到測控系統(tǒng)。
[0008]所述的測控系統(tǒng)包括電源模塊、信號調理電路、ARM單片機、觸摸屏與串口通信模塊。電源模塊為風機、管道流量計、振動傳感器轉換器與ARM單片機提供電源。管道流量計脈沖信號輸出端連接到ARM單片機，通過ARM單片機對輸出的脈沖信號進行采集與流量流速的計算，振動傳感器轉換器的輸出端通過信號調理電路連接到ARM單片機，通過ARM單片機對輸出的振動信號進行采集與傅里葉變換。觸摸屏對采集到的流量流速與振動信號的數(shù)據(jù)結果進行顯示與控制操作。ARM單片機采集到的流量流速與振動信號由串口通信模塊送入上位機，用于人機交互界面的顯示、控制與后續(xù)的處理分析。
[0009]本實用新型的有益效果在于:本實用新型驗證了利用管道流量計的流固耦合振動進行管道流量流速檢測的可行性，通過簡易的實驗裝置實現(xiàn)了流量計表面振動與流速的實時測量，采用本實用新型可以有效的改善流量計量儀表的計量特性，提高流量計計量的精度，更好的保證產品的質量，改善流程，提高生產力，促進流量計不斷向前發(fā)展。
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的實驗裝置示意圖。
[0011 ]圖2為本實用新型測量控制系統(tǒng)示意圖。
[0012]圖3為上位機工作流程圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖進一步說明本實用新型。
[0014]如圖1所示，一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置示意圖，包括實驗臺I，風機2、管道連接件31、錐形管道32、直管道331、直管道332、振動傳感器4、管道流量計5、裝夾器61、裝夾器62、裝夾器63、裝夾器64、振動傳感器轉換器7、測控系統(tǒng)8、上位機9。所述的實驗臺I為防震實驗臺，其平穩(wěn)牢固的放在地面上增加了裝置的穩(wěn)定性。所述的風機2固定在實驗臺的附近，減輕了由風機本身帶來的振動干擾。所述的管道3包括管道連接件31、錐形管道32、直管道33。所述的直管道33包括直管道331與直管道332。管道連接件31連接風機2的出風口與錐形管道32的一端，管道連接件31可將不同的風源與錐形管道32進行連接。錐形管道32的另一端與直管道331之間進行非接觸連接。所述的振動傳感器4通過快干膠牢固的固定在管道流量計5的金屬表面，固定的位置盡可能的貼近管道流量計5的轉子位置。所述的管道流量計5的兩端皆連接直管道33，管道流量計5輸入口連接的直管道331與連接風機2出風口的錐形管道32之間非接觸連接，管道流量計5的脈沖信號輸出端為開放端口。所述的裝夾器6包括裝夾器61、裝夾器62與裝夾器63、裝夾器64，分別將錐形管道32、直管道331、管道流量計5與直管道332固定連接在實驗臺上，與管道流量計5連接的直管道331與直管道332可以穩(wěn)定風源。所述的振動傳感器轉換器7為振動傳感器4供電，使振動傳感器4能正常工作，其輸入端口連接振動傳感器4的輸出端口，其輸出端連接到測控系統(tǒng)8中。所述的測控系統(tǒng)8對輸出的脈沖信號與振動信號進行采集、計算、顯示與控制，并由串口通信模塊送入上位機9中。所述的上位機9用于人機交互界面的顯示、控制與后續(xù)的處理分析。
[0015]如圖2所示，一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置中控制系統(tǒng)的示意圖。所述的測控系統(tǒng)包括電源模塊、信號調理電路、ARM單片機、最小系統(tǒng)、觸摸屏與串口通信模塊。實驗裝置中的風機、管道流量計、振動傳感器轉換器與ARM單片機等由電源模塊為其提供電源。通過ARM單片機對管道流量計輸出的脈沖信號進行采集與流量流速的計算，其中對于不同的管道流量計可通過修改ARM單片機中相應命令來實現(xiàn)信號的采集與流量流速的計算。信號調理電路將振動傳感器轉換器的輸出信號進行電壓抬升處理。通過ARM單片機對信號調理電路處理后的振動信號進行采集并實現(xiàn)傅里葉變換。觸摸屏可實現(xiàn)是否進行采樣等控制操作并顯示流量流速與振動信號的數(shù)據(jù)結果。ARM單片機采集到的流量流速與振動信號由串口通信模塊送入上位機，用于人機交互界面的顯示、控制與后續(xù)的處理分析。
[0016]如圖3所示，在測試過程中，用戶登錄后進入測量控制界面，系統(tǒng)自動上電，其中包括風機、管道流量計、ARM單片機等。下位機自檢成功后進行采樣設置，其中包括控制風機風速、每秒采樣點數(shù)與采樣頻率等參數(shù)。采樣設置完成后打開相應開關進行數(shù)據(jù)的采集、顯示與存儲，并將測得的數(shù)據(jù)繪制成關系曲線，用于后續(xù)的分析處理。
[0017]本實用新型通過對管道中流體與管道存在的流固耦合與管道流量計的表面振動的檢測，實現(xiàn)管道流量參數(shù)的計算，完成流量計量。
[0018]綜上，本實用新型是利用管道內流體與管道的流固耦合振動特性，獲取管道流量計表面振動信號與流量流速之間的關系，有效地有效的改善流量計量儀表的計量特性，提高流量計計量的精度。在測試過程中，通過控制風機得到不同風速，獲得多組數(shù)據(jù)增強結果的可靠性。在測量控制方面，采用ARM單片機實現(xiàn)信號的采集與控制。
【主權項】
1.一種管道流量計流固耦合關系測試用實驗裝置，其特征在于:包括實驗臺、風機、管道、振動傳感器、管道流量計、裝夾器、振動傳感器轉換器、測控系統(tǒng)與上位機； 所述的實驗臺為防震實驗臺，其平穩(wěn)牢固的放在地面上;所述的風機固定在實驗臺的附近;所述的管道包括管道連接件、錐形管道、直管道，管道連接件連接風機的出風口與錐形管道的一端，錐形管道的另一端與一根直管道之間非接觸連接;該直管道與另一根直管道之間設置有管道流量計，所述的振動傳感器固定在管道流量計金屬表面，固定的位置盡可能的貼近管道流量計轉子的位置;所述的裝夾器將錐形管道、直管道、管道流量計固定連接在實驗臺上;所述的振動傳感器轉換器的輸入端口連接振動傳感器的輸出端口，輸出端為開放端口，連接到測控系統(tǒng)； 所述的測控系統(tǒng)包括電源模塊、信號調理電路、ARM單片機、觸摸屏與串口通信模塊；電源模塊為風機、管道流量計、振動傳感器轉換器與ARM單片機提供電源;管道流量計脈沖信號輸出端連接到ARM單片機，通過ARM單片機對輸出的脈沖信號進行采集與流量流速的計算，振動傳感器轉換器的輸出端通過信號調理電路連接到ARM單片機，通過ARM單片機對輸出的振動信號進行采集與傅里葉變換;觸摸屏對采集到的流量流速與振動信號的數(shù)據(jù)結果進行顯示與控制操作;ARM單片機采集到的流量流速與振動信號由串口通信模塊送入上位機，用于人機交互界面的顯示、控制與后續(xù)的處理分析。
【文檔編號】G01F25/00GK205483191SQ201620029718
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月13日
【發(fā)明人】華芳芳, 施順明, 張程, 孫志鵬, 沈小燕, 李東升
【申請人】中國計量學院