專利名稱：中部通孔的動節(jié)流元件流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)流量檢測的儀表。
背景技術(shù)：
目前，利用節(jié)流原理來實(shí)施的流量測量是應(yīng)用最廣泛的，所使用的節(jié)流裝置大部 分采用固定式節(jié)流元件，少部分采用動節(jié)流元件。在利用節(jié)流原理做成的流量計中，差壓式 流量計使用固定式節(jié)流元件，而靶式流量計和轉(zhuǎn)子流量計使用動節(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)品已標(biāo)準(zhǔn)化，所以 又稱它們?yōu)椤皹?biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置”。在測量中，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；靶式流量計或轉(zhuǎn)子流量計的動節(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。固定式節(jié)流元件與差壓計之間有導(dǎo)壓管，不適于測量臟污介質(zhì)；轉(zhuǎn)子流量計一般只 在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中使用，而靶式流量計的圓盤靶懸于管道中央，污物不易聚集，故可測量臟污 介質(zhì)，但不適合測量小管徑流量。
發(fā)明內(nèi)容由于多種原因，我國供熱系統(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)的小口徑流量計被堵塞。若戶用型熱量表使用超聲波 流量計，雖然不易堵塞但造價太高，因此，需要研制一種適于小管徑測量、不易堵塞且價格 較低的流量計。本實(shí)用新型為解決其技術(shù)要求所采用的技術(shù)方案如下研制的流量計由中部通孔 的動節(jié)流元件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及變送器三部分組成，如說明書附圖中的圖1所示，其中中部通 孔的動節(jié)流元件還未見在以前的流量測量中使用過。中間段和前、后端蓋加密封墊圈相互 間密封固定，形成一個用于與被測流體管道相連接的剛性的表殼。中部通孔的動節(jié)流元件 安裝在表殼內(nèi)，其前后各安裝一個彈性密封環(huán)帶。這兩個彈性密封環(huán)帶均依靠滑筒與動節(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)形成一個流體從 前端蓋入口流入，接著流過動節(jié)流元件中部通孔，然后從后端蓋出口流出的無泄漏的流動 通道。固定安裝在動節(jié)流元件上的兩個滑筒分別與固定安裝在前、后端蓋上的兩個支撐杯 滑動配合，組成兩個移動副，使得動節(jié)流元件可以在被測流體的推動下在一定范圍內(nèi)沿管 道軸向前后移動。在表殼中間段上的內(nèi)凸緣和動節(jié)流元件上的前凸緣之間固定或半固定安 裝一個彈性密封圈，使得測量時在表殼內(nèi)、動節(jié)流元件外形成兩個互不連通的平衡室，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凸緣都固定密封連接，半固定安 裝指的是其與一個凸緣固定密封連接在一起，與另一個凸緣非固定連接，但通過這個凸緣 對彈性密封圈的壓縮，保持前、后平衡室之間的密封。測量時，前平衡室平衡液壓力與動節(jié) 流元件前部彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力相同，后平衡室平衡液壓力與動節(jié)流元件后部彈 性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力相同。采取這樣的技術(shù)措施后，由于兩個彈性密封環(huán)帶內(nèi)外兩
3側(cè)壓力相同，基本不受徑向力影響，因此對其本身機(jī)械強(qiáng)度的要求不高，可采用非金屬彈性 材料制造，同理，中部通孔的動節(jié)流元件也可以采用薄壁結(jié)構(gòu)并以非金屬材料制成。在測量 流量時，作用在動節(jié)流元件上的推力與流過其中部通孔的流量具有確定的對應(yīng)關(guān)系，通過 力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及其附屬的傳感器將流體作用在動節(jié)流元件上的推力轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電參數(shù)變 化，變送器再對該電參數(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。本實(shí)用新型的有益效果是，雖然測量中仍利用節(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節(jié)流元件時，流量計還具有流動阻力損失小、使用年限長、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量中。

圖1是本實(shí)用新型的第一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本實(shí)用新型的第二個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中1.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，10.滑筒，11.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.傳動叉，17.檢測懸臂梁，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)施方式
一種中部通孔的動節(jié)流元件流量計，用于在自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)流量檢測， 其整體結(jié)構(gòu)由中部通孔的動節(jié)流元件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)及變送器三部分組成，中部通孔的動節(jié) 流元件置于一個用于與被測流體管道連接的剛性的殼體內(nèi)，剛性殼體包括一個被測流體的 入口、主殼體和一個被測流體的出口，中部通孔的動節(jié)流元件前后各安裝一個彈性密封環(huán) 帶，動節(jié)流元件前端的彈性密封環(huán)帶一端與動節(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，動節(jié)流元件后端的彈性密封環(huán)帶一端與動節(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，中部通孔的動節(jié)流元件與兩個彈性密封環(huán)帶在殼體入口與 出口之間形成一個無泄漏的被測流體的流動通道，上述連接同時在主殼體和動節(jié)流元件之 間形成一個無泄漏的平衡室，平衡室內(nèi)充有平衡被測流體壓力的平衡液。剛性殼體內(nèi)在動 節(jié)流元件前后各有一組使動節(jié)流元件只能沿管道軸向前后滑動的移動副，每組移動副的一 個構(gòu)件固定在殼體上，另一個構(gòu)件固定在動節(jié)流元件上。固定在主殼體上或與主殼體為一 體的一個內(nèi)凸構(gòu)件和固定在動節(jié)流元件上或與動節(jié)流元件為一體的一個外凸構(gòu)件之間有 一個彈性密封圈，主殼體上的內(nèi)凸構(gòu)件、動節(jié)流元件上的外凸構(gòu)件以及它們之間的彈性密 封圈使得測量時主殼體和動節(jié)流元件之間的平衡室被分隔成兩個互不連通的平衡室，即平 衡動節(jié)流元件前部彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力的前平衡室和平衡動節(jié)流元件后部彈性 密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力的后平衡室。在圖1的實(shí)施方案中，中間段⑷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)成了一個用于與被測流體管道相連接的剛性的表殼。為了減少 流動阻力損失和防止污物聚集，動節(jié)流元件采用文丘里管(15)，在其他應(yīng)用場合，動節(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)下部固定安裝一個傳動叉(16)，叉的兩端各有一個開口槽，文丘里管對應(yīng)部位上固定安裝的兩 個圓柱銷置于開口槽內(nèi)，開口槽與圓柱銷組成移動副，可將文丘里管的軸向運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)楦?桿系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動。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 膜片同時還起到密封的作用，使得后平衡室(14)內(nèi)的平衡液不會泄漏到表殼外，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(10)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位移傳感器，該傳感器可將杠桿上部的 位移轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號，變送器(1)接收傳感器送來的電信號后，先對這個電信號進(jìn)行 成比例的放大，然后對放大后的電壓信號進(jìn)行V/I轉(zhuǎn)換以便于變送器輸出信號的遠(yuǎn)傳。變 送器輸出的直流電流信號除遠(yuǎn)傳輸出外，該電流還流過固定安裝在杠桿上部的一個反饋動 圈，反饋動圈置于永久磁鋼內(nèi)，因此變送器輸出的直流電流越大，反饋動圈對杠桿上部施加 的電磁反饋力就越大。當(dāng)杠桿平衡時，作用在其上的電磁反饋力與流體推力成比例，也就是 對應(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 流與被測流體的流量有確定的對應(yīng)關(guān)系。該實(shí)施例的工作過程當(dāng)流過文丘里管的被測流體的流量增大時，流體就對文丘 里管施加一個比原流量時更大的推力，并使文丘里管產(chǎn)生一個向右的沿管道軸向的位移， 這個位移使得連接在文丘里管上的杠桿系統(tǒng)繞支點(diǎn)逆時針旋轉(zhuǎn)，位移傳感器感測到杠桿上 端的位移后，傳感器輸出一個與這個位移對應(yīng)的電參數(shù)變化，變送器接收這個電參數(shù)變化 并對其進(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，這個增 大的直流電流流過反饋動圈時，反饋動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，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，變送器輸出一個與被測流體流量有確定對應(yīng)的關(guān)系輸出的信號。需要說明的是， 當(dāng)放大器放大倍數(shù)足夠大時，杠桿系統(tǒng)的位移量其實(shí)是很小的。被測流體作用在節(jié)流元件上的推力與被測流量之間關(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就只需考慮靜壓能，因此根 據(jù)流體力學(xué)可以得出= Y 7式中Pl，p2——節(jié)流元件前、后流體作用在其上的靜壓力；y——被測流體的重度；I——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——流體流過節(jié)流元件中部通孔的流速。顯然，Pl-P2乘以節(jié)流元件的有效橫截面積A，即得到被測流體作用在節(jié)流元件上 的推力F。假設(shè)動節(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<formula>formula see original document page 5</formula>[0021]式中D——外接管道內(nèi)徑；d——節(jié)流元件中部通孔直徑。動節(jié)流元件的有效橫截面積直接按其幾何尺寸計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算不同，動節(jié)流元件是整體移動的，有效橫截面積不必考慮邊 緣效應(yīng)；又由于兩個彈性密封環(huán)帶是由剛度系數(shù)很小的非金屬彈性材料制成的，在測量過 程中，動節(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推力F的影 響也可以忽略。綜合以上兩式可得<formula>formula see original document page 6</formula> <formula>formula see original document page 6</formula> 據(jù)上式可得被測體積流量Q的表達(dá)式<formula>formula see original document page 6</formula>在上式中，當(dāng)被測流體的各項參數(shù)及動節(jié)流元件幾何尺寸已確定后，C為常數(shù)，因 此被測流體的體積流量Q與推力F的平方根成正比。但由于C的組成項I不能通過理論 推導(dǎo)獲得，因此只能通過對流量計進(jìn)行實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法來確定C值。在圖2所示的另一個實(shí)施例中，除了力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)外，流量計的其余部分與圖1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)的檢測懸臂梁(17)與平衡懸臂梁 (20)，以及貼在檢測懸臂梁上的應(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懸臂梁產(chǎn)生的不利于文丘里管軸向滑動的附加力矩。當(dāng)流體流過并推 動文丘里管時，文丘里管將這個推力作用在檢測懸臂梁上，檢測懸臂梁產(chǎn)生與推力對應(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)生差動變化，這個電阻的差動變化 經(jīng)電橋與放大器進(jìn)一步處理后輸出與推力對應(yīng)的電壓信號。為了減少應(yīng)變片信號傳輸?shù)?誤差，電橋與放大器也放在后平衡室內(nèi)，信號向表殼外的輸出與電源由表殼外的引入都通 過密封連接器(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，同時還要對應(yīng)變 片、電橋和放大器采取對外電絕緣的防護(hù)措施。在不需要遠(yuǎn)傳或顯示的場所，可不必使用變 送器，例如當(dāng)該流量計作為戶用型熱量表的組件時，放大器輸出的與供水流量對應(yīng)的電壓 信號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的供水與回水溫度信 號，熱量表根據(jù)這三個信號即可算出該用戶所消耗的熱量。
權(quán)利要求一種中部通孔的動節(jié)流元件流量計，用于在自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)流量檢測，其整體結(jié)構(gòu)由中部通孔的動節(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節(jié)流元件置于一個用于與被測流體管道連接的剛性的殼體內(nèi)，剛性殼體包括一個被測流體的入口、主殼體和一個被測流體的出口，中部通孔的動節(jié)流元件前后各安裝一個彈性密封環(huán)帶，動節(jié)流元件前端的彈性密封環(huán)帶一端與動節(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，動節(jié)流元件后端的彈性密封環(huán)帶一端與動節(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，中部通孔的動節(jié)流元件與兩個彈性密封環(huán)帶在殼體入口與出口之間形成一個無泄漏的被測流體的流動通道，上述連接同時在主殼體和動節(jié)流元件之間形成一個無泄漏的平衡室，平衡室內(nèi)充有平衡被測流體壓力的平衡液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中部通孔的動節(jié)流元件流量計，其特征是剛性殼體內(nèi)在動 節(jié)流元件前后各有一組使動節(jié)流元件只能沿管道軸向前后滑動的移動副，每組移動副的一 個構(gòu)件固定在殼體上，另一個構(gòu)件固定在動節(jié)流元件上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中部通孔的動節(jié)流元件流量計，其特征是固定在主殼體上 或與主殼體為一體的一個內(nèi)凸構(gòu)件和固定在動節(jié)流元件上或與動節(jié)流元件為一體的一個 外凸構(gòu)件之間有一個彈性密封圈，主殼體上的內(nèi)凸構(gòu)件、動節(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量時主殼體和動節(jié)流元件之間的平衡室被分隔成兩個互不連 通的平衡室，即平衡動節(jié)流元件前部彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力的前平衡室和平衡動節(jié) 流元件后部彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力的后平衡室。
專利摘要中部通孔的動節(jié)流元件流量計屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域；目前，利用節(jié)流原理實(shí)施的流量測量廣泛采用固定式節(jié)流元件，靶式流量計和轉(zhuǎn)子流量計中使用的動節(jié)流元件又都不是中部通孔的，本實(shí)用新型包括動節(jié)流元件、力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與變送器三部分，其中動節(jié)流元件是中部通孔的，在動節(jié)流元件前、后端設(shè)置有兩個彈性密封環(huán)帶，并設(shè)置有平衡彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力的平衡室，因而在允許動節(jié)流元件沿管道軸向移動的情況下，流量計進(jìn)出口之間形成了一個無泄漏的流體流動通道；動節(jié)流元件流量計不需要導(dǎo)壓管，可以降低流量檢測系統(tǒng)的施工難度，特別是當(dāng)動節(jié)流元件選用文丘里管時，還具有流動阻力損失小、使用年限長、可測量小管徑及臟污流體流量等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01F1/22GK201583289SQ20092010079
公開日2010年9月15日 申請日期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 申請人:王可崇;王傳彪