專利名稱：中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)的儀表。
背景技術(shù)：
目前，利用節(jié)流原理來(lái)實(shí)施的流量測(cè)量是應(yīng)用最廣泛的，所使用的節(jié)流裝置大部分釆用 固定式節(jié)流元件，少部分采用動(dòng)節(jié)流元件。在利用節(jié)流原理做成的流量計(jì)中，差壓式流量計(jì) 使用固定式節(jié)流元件，而靶式流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)使用動(dòng)節(jié)流元件。常用的固定式節(jié)流元件 有孔板、噴嘴和文丘里管，它們使用歷史悠久，試驗(yàn)數(shù)據(jù)完整，產(chǎn)品己標(biāo)準(zhǔn)化，所以又稱它 們?yōu)?標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置"。在測(cè)量中，孔板、噴嘴和文丘里管在管道中固定安裝，流體從它們中 部的通孔流過(guò)；靶式流量計(jì)或轉(zhuǎn)子流量計(jì)的動(dòng)節(jié)流元件為懸在管道中央的圓盤靶或轉(zhuǎn)子，圓 盤靶或轉(zhuǎn)子這種節(jié)流元件沒有中部通孔，流體從圓盤靶或轉(zhuǎn)子與管道間的環(huán)形間隙流過(guò)。固 定式節(jié)流元件與差壓計(jì)之間有導(dǎo)壓管，不適于測(cè)量臟污介質(zhì)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)一般只在實(shí)驗(yàn)室環(huán) 境中使用，而靶式流量計(jì)的圓盤靶懸于管道中央，污物不易聚集，故可測(cè)量臟污介質(zhì)，但不 適合測(cè)量小管徑流量。

發(fā)明內(nèi)容
由于多種原因，我國(guó)供熱系統(tǒng)的水處理環(huán)節(jié)薄弱，水質(zhì)比較差，極易造成分戶計(jì)量供熱 系統(tǒng)中所使用的戶用型熱量表內(nèi)的小口徑流量計(jì)被堵塞。若戶用型熱量表使用超聲波流量計(jì)， 雖然不易堵塞但造價(jià)太高，因此，需要研制一種適于小管徑測(cè)量、不易堵塞且價(jià)格較低的流 量計(jì)。
本發(fā)明為解決其技術(shù)要求所采用的技術(shù)方案如下研制的流量計(jì)由中部通孔的動(dòng)節(jié)流元
件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及變送器三部分組成，如說(shuō)明書附圖中的圖1所示，其中中部通孔的動(dòng)節(jié)流
元件還未見在以前的流量測(cè)量中使用過(guò)。中間段和前、后端蓋加密封墊圈相互間密封固定，
形成一個(gè)用于與被測(cè)流體管道相連接的剛性的表殼。中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件安裝在表殼內(nèi)，
其前后各安裝一個(gè)彈性密封環(huán)帶。這兩個(gè)彈性密封環(huán)帶均依靠滑筒與動(dòng)節(jié)流元件密封固定連
接，并依靠支撐杯與前、后端蓋密封固定連接，在表殼內(nèi)形成一個(gè)流體從前端蓋入口流入，
接著流過(guò)動(dòng)節(jié)流元件中部通孔，然后從后端蓋出口流出的無(wú)泄漏的流動(dòng)通道。固定安裝在動(dòng)
節(jié)流元件上的兩個(gè)滑筒分別與固定安裝在前、后端蓋上的兩個(gè)支撐杯滑動(dòng)配合，組成兩個(gè)移
動(dòng)副，使得動(dòng)節(jié)流元件可以在被測(cè)流體的推動(dòng)下在一定范圍內(nèi)沿管道軸向前后移動(dòng)。在表殼
中間段上的內(nèi)凸緣和動(dòng)節(jié)流元件上的前凸緣之間固定或半固定安裝一個(gè)彈性密封圈，使得測(cè)
量時(shí)在表殼內(nèi)、動(dòng)節(jié)流元件外形成兩個(gè)互不連通的平衡室，平衡室內(nèi)充以平衡液。彈性密封
圈的固定安裝指的是其與兩個(gè)凸緣都固定密封連接，半固定安裝指的是其與一個(gè)凸緣固定密
封連接在一起，與另一個(gè)凸緣非固定連接，但通過(guò)這個(gè)凸緣對(duì)彈性密封圈的壓縮，保持前、
后平衡室之間的密封。測(cè)量時(shí)，前平衡室平衡液壓力與動(dòng)節(jié)流元件前部彈性密封環(huán)帶被測(cè)流體側(cè)壓力相同，后平衡室平衡液壓力與動(dòng)節(jié)流元件后部彈性密封環(huán)帶被測(cè)流體側(cè)壓力相同。 采取這樣的技術(shù)措施后，由于兩個(gè)彈性密封環(huán)帶內(nèi)外兩側(cè)壓力相同，基本不受徑向力影響， 因此對(duì)其本身機(jī)械強(qiáng)度的要求不高，可采用非金屬?gòu)椥圆牧现圃?，同理，中部通孔的?dòng)節(jié)流
元件也可以采用薄壁結(jié)構(gòu)并以非金屬材料制成。在測(cè)量流量時(shí)，作用在動(dòng)節(jié)流元件上的推力 與流過(guò)其中部通孔的流量具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及其附屬的傳感器將流體作 用在動(dòng)節(jié)流元件上的推力轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電參數(shù)變化，變送器再對(duì)該電參數(shù)變化進(jìn)行放大、線 性化、V/I轉(zhuǎn)換或顯示的進(jìn)一步處理。
本發(fā)明的有益效果是，雖然測(cè)量中仍利用節(jié)流原理，但由于將文丘里管、噴嘴和孔板作 為動(dòng)節(jié)流元件使用，不需要導(dǎo)壓管，因此不易堵塞，并可以降低施工難度。特別是使用文丘 里管作為動(dòng)節(jié)流元件時(shí)，流量計(jì)還具有流動(dòng)阻力損失小、使用年限長(zhǎng)、精度較高、除導(dǎo)壓管 外的主管道部分也不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用在小管徑及臟污流體的流量測(cè)量中。


圖1是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2是本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
圖中l(wèi).變送器，2.托架，3.彈性軸封膜片，4.中間段，5.密封墊圈，6.前端蓋，7.杠 桿，8.彈性密封環(huán)帶，9.后端蓋，lO.滑筒，ll.支撐杯，12.前平衡室，13.彈性密封圈，14. 后平衡室，15.文丘里管，16.傳動(dòng)叉，17.檢測(cè)懸臂梁，18.密封連接器，19.應(yīng)變片，20. 平衡懸臂梁，21.平衡液環(huán)形緩沖空間。
具體實(shí)施例方式
在圖1的實(shí)施方案中，中間段(4)和前端蓋(6)、后端蓋(9)之間均加密封墊圈(5) 后相互間密封固定連接，構(gòu)成了一個(gè)用于與被測(cè)流體管道相連接的剛性的表殼。為了減少流 動(dòng)阻力損失和防止污物聚集，動(dòng)節(jié)流元件采用文丘里管(15)，在其他應(yīng)用場(chǎng)合，動(dòng)節(jié)流元件 也可采用孔板或噴嘴。圖1中的力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括杠桿系統(tǒng)和位移傳感器。杠桿(7)下部固定 安裝一個(gè)傳動(dòng)叉(16)，叉的兩端各有一個(gè)開口槽，文丘里管對(duì)應(yīng)部位上固定安裝的兩個(gè)圓柱 銷置于開口槽內(nèi)，開口槽與圓柱銷組成移動(dòng)副，可將文丘里管的軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦軛U系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)。安裝在表殼中間段(4)上的彈性軸封膜片(3)為杠桿系統(tǒng)的支點(diǎn)，彈性軸封膜片同 時(shí)還起到密封的作用，使得后平衡室(14)內(nèi)的平衡液不會(huì)泄漏到表殼外，平衡液可以是清 潔的水，也可以是礦物油。由于液體基本上是不可壓縮的，因此彈性密封環(huán)帶(8)、滑筒(IO) 與支撐杯(11)三者之間的平衡液環(huán)形緩沖空間(21)的容積可以很小，在設(shè)計(jì)中只要保證 其大于前平衡室(12)或后平衡室平衡液整體容積在被測(cè)流體最大壓力作用下所可能產(chǎn)生的 最大壓縮量即可。杠桿上部位置處有一個(gè)位移傳感器，該傳感器可將杠桿上部的位移轉(zhuǎn)換為 對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，變送器(l)接收傳感器送來(lái)的電信號(hào)后，先對(duì)這個(gè)電信號(hào)進(jìn)行成比例的放大， 然后對(duì)放大后的電壓信號(hào)進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換以便于變送器輸出信號(hào)的遠(yuǎn)傳。變送器輸出的直流電
4流信號(hào)除遠(yuǎn)傳輸出外，該電流還流過(guò)固定安裝在杠桿上部的一個(gè)反饋動(dòng)圈，反饋動(dòng)圈置于永 久磁鋼內(nèi)，因此變送器輸出的直流電流越大，反饋動(dòng)圈對(duì)杠桿上部施加的電磁反饋力就越大。 當(dāng)杠桿平衡時(shí)，作用在其上的電磁反饋力與流體推力成比例，也就是對(duì)應(yīng)于電磁反饋力的變 送器輸出的直流電流與流體推力成比例，亦即變送器輸出的直流電流與被測(cè)流體的流量有確 定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
該實(shí)施例的工作過(guò)程當(dāng)流過(guò)文丘里管的被測(cè)流體的流量增大時(shí)，流體就對(duì)文丘里管施 加一個(gè)比原流量時(shí)更大的推力，并使文丘里管產(chǎn)生一個(gè)向右的沿管道軸向的位移，這個(gè)位移 使得連接在文丘里管上的杠桿系統(tǒng)繞支點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，位移傳感器感測(cè)到杠桿上端的位移后， 傳感器輸出一個(gè)與這個(gè)位移對(duì)應(yīng)的電參數(shù)變化，變送器接收這個(gè)電參數(shù)變化并對(duì)其進(jìn)行放大 和V/I轉(zhuǎn)換，使變送器輸出的直流電流也隨著位移的增大而增大，這個(gè)增大的直流電流流過(guò) 反饋動(dòng)圈時(shí)，反饋動(dòng)圈作用在杠桿上部的電磁反饋力也隨之增大，當(dāng)電磁反饋力增大到與流 體推力相平衡時(shí)，杠桿系統(tǒng)重新平衡，借助于這種杠桿系統(tǒng)力平衡的工作方式，變送器輸出 一個(gè)與被測(cè)流體流量有確定對(duì)應(yīng)的關(guān)系輸出的信號(hào)。需要說(shuō)明的是，當(dāng)放大器放大倍數(shù)足夠
大時(shí)，杠桿系統(tǒng)的位移量其實(shí)是很小的。
被測(cè)流體作用在節(jié)流元件上的推力與被測(cè)流量之間關(guān)系的分析如下節(jié)流元件安置在水 平直管道上，這樣，研究節(jié)流元件前后流體的位能變化時(shí)就只需考慮靜壓能，因此根據(jù)流體 力學(xué)可以得出
式中 A， A——節(jié)流元件前、后流體作用在其上的靜壓力； ^——被測(cè)流體的重度；
《——阻力系數(shù)，它與節(jié)流元件形狀，流體粘性等有關(guān)； g——重力加速度；
v——流體流過(guò)節(jié)流元件中部通孔的流速。
顯然，A-A乘以節(jié)流元件的有效橫截面積A即得到被測(cè)流體作用在節(jié)流元件上的推 力^。假設(shè)動(dòng)節(jié)流元件的中部通孔采用最常見的與外接管道為較小同心圓的形狀，則其有效 橫截面積
4 4
式中D一外接管道內(nèi)徑；
"——節(jié)流元件中部通孔直徑。
動(dòng)節(jié)流元件的有效橫截面積直接按其幾何尺寸計(jì)算是基于以下考慮與邊緣受限的彈性 膜片的有效面積的計(jì)算不同，動(dòng)節(jié)流元件是整體移動(dòng)的，有效橫截面積不必考慮邊緣效應(yīng)；又由于兩個(gè)彈性密封環(huán)帶是由剛度系數(shù)很小的非金屬?gòu)椥圆牧现瞥傻模跍y(cè)量過(guò)程中，動(dòng)節(jié) 流元件的位移又極其微小，因此彈性密封環(huán)帶沿管道軸向的伸縮對(duì)推力F的影響也可以忽略。
綜合以上兩式可得
8 g
寸 8gF 或 v= 1 6
據(jù)上式可得被測(cè)體積流量2的表達(dá)式
4 V2("2-d2)^
在上式中，當(dāng)被測(cè)流體的各項(xiàng)參數(shù)及動(dòng)節(jié)流元件幾何尺寸己確定后，C為常數(shù)，因此被
測(cè)流體的體積流量g與推力,的平方根成正比。但由于c的組成項(xiàng)《不能通過(guò)理論推導(dǎo)獲得， 因此只能通過(guò)對(duì)流量計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法來(lái)確定c值。
在圖2所示的另一個(gè)實(shí)施例中，除了力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)外，流量計(jì)的其余部分與圖l所示的實(shí) 施例相同，其力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括安裝在后平衡室內(nèi)的檢測(cè)懸臂梁(17)與平衡懸臂梁(20)， 以及貼在檢測(cè)懸臂梁上的應(yīng)變片(19)。在平衡懸臂梁上不貼應(yīng)變片，設(shè)置平衡懸臂梁的目的 是平衡檢測(cè)懸臂梁產(chǎn)生的不利于文丘里管軸向滑動(dòng)的附加力矩。當(dāng)流體流過(guò)并推動(dòng)文丘里管 時(shí)，文丘里管將這個(gè)推力作用在檢測(cè)懸臂梁上，檢測(cè)懸臂梁產(chǎn)生與推力對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，使得分 別貼在懸臂梁正、負(fù)應(yīng)變區(qū)的應(yīng)變片電阻產(chǎn)生差動(dòng)變化，這個(gè)電阻的差動(dòng)變化經(jīng)電橋與放大 器進(jìn)一步處理后輸出與推力對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。為了減少應(yīng)變片信號(hào)傳輸?shù)恼`差，電橋與放大 器也放在后平衡室內(nèi)，信號(hào)向表殼外的輸出與電源由表殼外的引入都通過(guò)密封連接器(18) 實(shí)施，以避免表殼內(nèi)外導(dǎo)線的連接造成平衡液向表殼外泄漏。為保證應(yīng)變片、電橋和放大器 的正常工作，平衡室內(nèi)的平衡液選用不導(dǎo)電的礦物油，同時(shí)還要對(duì)應(yīng)變片、電橋和放大器采 取對(duì)外電絕緣的防護(hù)措施。在不需要遠(yuǎn)傳或顯示的場(chǎng)所，可不必使用變送器，例如當(dāng)該流量 計(jì)作為戶用型熱量表的組件時(shí)，放大器輸出的與供水流量對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)可直接送到熱量表 的積算儀，積算儀再接受兩支溫度傳感器送來(lái)的供水與回水溫度信號(hào)，熱量表根據(jù)這三個(gè)信 號(hào)即可算出該用戶所消耗的熱量。
權(quán)利要求
1.一種中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)，用于在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)流量檢測(cè)，其整體結(jié)構(gòu)由中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及變送器三部分組成，其特征是中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件置于一個(gè)用于與被測(cè)流體管道連接的剛性的殼體內(nèi)，剛性殼體包括一個(gè)被測(cè)流體的入口、主殼體和一個(gè)被測(cè)流體的出口，中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件前后各安裝一個(gè)彈性密封環(huán)帶，動(dòng)節(jié)流元件前端的彈性密封環(huán)帶一端與動(dòng)節(jié)流元件密封固定連接，另一端與殼體的入口密封固定連接，動(dòng)節(jié)流元件后端的彈性密封環(huán)帶一端與動(dòng)節(jié)流元件密封固定連接，另一端與殼體的出口密封固定連接，中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件與兩個(gè)彈性密封環(huán)帶在殼體入口與出口之間形成一個(gè)無(wú)泄漏的被測(cè)流體的流動(dòng)通道，上述連接同時(shí)在主殼體和動(dòng)節(jié)流元件之間形成一個(gè)無(wú)泄漏的平衡室，平衡室內(nèi)充有平衡被測(cè)流體壓力的平衡液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)，其特征是剛性殼體內(nèi)在動(dòng)節(jié)流元件前后各有一組使動(dòng)節(jié)流元件只能沿管道軸向前后滑動(dòng)的移動(dòng)副，每組移動(dòng)副的一個(gè)構(gòu)件固定在殼體上，另一個(gè)構(gòu)件固定在動(dòng)節(jié)流元件上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)，其特征是固定在主殼體上或與主殼體為一體的一個(gè)內(nèi)凸構(gòu)件和固定在動(dòng)節(jié)流元件上或與動(dòng)節(jié)流元件為一體的一個(gè)外凸構(gòu)件之間有一個(gè)彈性密封圈，主殼體上的內(nèi)凸構(gòu)件、動(dòng)節(jié)流元件上的外凸構(gòu)件以及它們之間的彈性密封圈使得測(cè)量時(shí)主殼體和動(dòng)節(jié)流元件之間的平衡室被分隔成兩個(gè)互不連通的平衡室，即平衡動(dòng)節(jié)流元件前部彈性密封環(huán)帶被測(cè)流體側(cè)壓力的前平衡室和平衡動(dòng)節(jié)流元件后部彈性密封環(huán)帶被測(cè)流體側(cè)壓力的后平衡室。
全文摘要
中部通孔的動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)屬于自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域；目前，利用節(jié)流原理實(shí)施的流量測(cè)量廣泛采用固定式節(jié)流元件，靶式流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)中使用的動(dòng)節(jié)流元件又都不是中部通孔的，本發(fā)明包括動(dòng)節(jié)流元件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與變送器三部分，其中動(dòng)節(jié)流元件是中部通孔的，在動(dòng)節(jié)流元件前、后端設(shè)置有兩個(gè)彈性密封環(huán)帶，并設(shè)置有平衡彈性密封環(huán)帶被測(cè)流體側(cè)壓力的平衡室，因而在允許動(dòng)節(jié)流元件沿管道軸向移動(dòng)的情況下，流量計(jì)進(jìn)出口之間形成了一個(gè)無(wú)泄漏的流體流動(dòng)通道；動(dòng)節(jié)流元件流量計(jì)不需要導(dǎo)壓管，可以降低流量檢測(cè)系統(tǒng)的施工難度，特別是當(dāng)動(dòng)節(jié)流元件選用文丘里管時(shí)，還具有流動(dòng)阻力損失小、使用年限長(zhǎng)、可測(cè)量小管徑及臟污流體流量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F1/44GK101660933SQ200910072808
公開日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者王可崇 申請(qǐng)人:王可崇;王傳彪