專利名稱：中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中實現(xiàn)流量檢測的儀表。
背景技術(shù)：
目前，利用節(jié)流原理來實施的流量測量仍是應(yīng)用最廣泛的，所使用的節(jié)流裝置大部分為固定式節(jié)流元件，少部分為動節(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，流體從它們的中部通孔流過；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)子這種動節(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)。為了既保持孔板、 噴嘴和文丘里管的各項優(yōu)點，又?jǐn)[脫導(dǎo)壓管帶來的種種不便，在“中部通孔的動節(jié)流元件流量計”(專利號20091007^08. X)中，首次采用了孔板、噴嘴或文丘里管廓形的中部通孔的動節(jié)流元件，在這種流量計中，被測流體對動節(jié)流元件的推力是與流體的流量一一對應(yīng)的。上述流量計采用非金屬的彈性環(huán)帶來隔離被測流體，而被測流體作用在彈性環(huán)帶上的壓力， 則由可將該壓力傳遞到表殼的平衡液來平衡。另外，該流量計中的動節(jié)流元件由一對移動副支撐，移動副的摩擦力既影響測量精度，又使得流量計的制造和調(diào)試變得復(fù)雜了。

發(fā)明內(nèi)容
由于上述中部通孔動節(jié)流元件流量計結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不利于這種新型流量計的推廣使用，因此，需要研制一種結(jié)構(gòu)更簡單的中部通孔動節(jié)流元件流量計。本發(fā)明為解決其技術(shù)要求所采用的技術(shù)方案如下如說明書附圖所示，研制的流量計是一種中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計，屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中的節(jié)流式流量檢測儀表；中部通孔的動節(jié)流元件兩端各需配接一個彈性膜片或波紋管； 動節(jié)流元件配接園環(huán)狀彈性膜片時，動節(jié)流元件入口側(cè)配接的彈性膜片的內(nèi)緣與動節(jié)流元件入口端密封連接，其外緣與前端管密封連接，動節(jié)流元件出口側(cè)配接的彈性膜片的內(nèi)緣與動節(jié)流元件出口端密封連接，其外緣與后端管密封連接；動節(jié)流元件配接波紋管時，動節(jié)流元件入口側(cè)配接的波紋管的右側(cè)一端與動節(jié)流元件入口端密封連接，其左側(cè)一端與前端管密封連接，動節(jié)流元件出口側(cè)配接的波紋管的左側(cè)一端與動節(jié)流元件出口端密封連接， 其右側(cè)一端與后端管密封連接，動節(jié)流元件的重量由彈性金屬片吊帶支撐；機殼架位于前端管與后端管之間，并使這三者剛性連接以固定兩個端管間的距離；上述密封連接形成一個流體從前端管入口流入，接著流過動節(jié)流元件中部通孔，然后從后端管出口流出的無泄漏的流動通道；在測量臟污流體的場合，除上述結(jié)構(gòu)外，還使用兩個與端管及動節(jié)流元件等口徑的圓筒狀的非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶，以防止在大于該口徑的被測液體可到達的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生堵塞，兩個彈性密封環(huán)帶的一端分別與動節(jié)流元件的入口端或出口端密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶的另一端分別與前端管或后端管密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶與兩個彈性膜片或兩個波紋管之間分別形成的稱為前、后平衡室的封閉空間中需充滿平衡液。在測量流量時，流體作用在動節(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，后續(xù)處理電路再對該電參數(shù)變化進行放大、線性化、V/I轉(zhuǎn)換或顯示的進一步處理。在測量臟污流體的流量計中，前平衡室平衡液壓力與動節(jié)流元件入口彈性密封環(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)流元件出口彈性密封環(huán)帶被測流體側(cè)壓力相同。采取上述技術(shù)措施后，由于兩個彈性密封環(huán)帶內(nèi)外兩側(cè)壓力相同，基本不受徑向力影響，因此對其本身機械強度的要求不高，可采用非金屬彈性材料制造，以降低其對動節(jié)流元件軸向位移施加的彈性力。本發(fā)明的有益效果是，與已有專利“中部通孔的動節(jié)流元件流量計”相同，中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計在測量中仍利用節(jié)流原理，因而不像渦街流量計那樣易受外界測量條件的影響；又由于將文丘里管、噴嘴和孔板作為動節(jié)流元件使用， 取消了差壓式流量計最受詬病的導(dǎo)壓管，因而不易堵塞，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，可應(yīng)用在小管徑及臟污流體的流量測量中。已有專利“中部通孔的動節(jié)流元件流量計”與中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計相比，前者隔離流體靠非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶、承受被測流體壓力依靠剛性密封殼體、支撐動節(jié)流元件依靠一對移動副，而后者可將隔離、承壓、支撐三項功能由彈性膜片獨立實現(xiàn)，或者將隔離、承壓兩項功能由波紋管實現(xiàn)，而支撐功能由不產(chǎn)生摩擦力的金屬吊帶實現(xiàn)，因而，后者的結(jié)構(gòu)更簡單、制造更容易、安裝調(diào)試更方便、性價比與精度更高。


圖1是本發(fā)明的第一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2是本發(fā)明的第二個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖3是本發(fā)明的第三個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖4是本發(fā)明的第四個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖5是本發(fā)明的第五個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖6是本發(fā)明的第六個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。圖中1.前端管，2.文丘里管，3.后端管，4.機殼架，5.應(yīng)變片，6.應(yīng)變處理電路， 7.檢測懸臂梁，8.平衡懸臂梁，9.傳動架，10.前彈性膜片，11.后彈性膜片，12.金屬片吊帶，13.前波紋管，14.后波紋管，15.彈性密封環(huán)帶，16.前平衡室，17.后平衡室。
具體實施例方式在以下六個實施例中，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2，在有些應(yīng)用場合，文丘里管2也可被替換為孔板或噴嘴，流量計其他部分則保持原結(jié)構(gòu)形式不變。實施例一
在圖1的實施方案中，使用兩個圓環(huán)狀的帶邊緣波紋的波紋彈性膜片10、11，圓環(huán)狀的
4前彈性膜片10與后彈性膜片11的內(nèi)緣分別與文丘里管2的入口端與出口端密封連接，前彈性膜片10與后彈性膜片11的外緣分別與前端管1與后端管3密封連接。機殼架4與前端管1與后端管3相互間剛性連接，因而可固定兩個端管間的距離，并有在上面安裝其他部件的作用。檢測懸臂梁7與平衡懸臂梁8安裝在在機殼架4上，檢測懸臂梁7上貼有應(yīng)變片5，在平衡懸臂梁8上不貼應(yīng)變片，設(shè)置平衡懸臂梁8的目的是平衡檢測懸臂梁7產(chǎn)生的不利于文丘里管2軸向移動的附加力矩。當(dāng)流體流過文丘里管2時，流體的流量越大，流體對文丘里管2的推力也越大，文丘里管2又通過傳動架9將這個推力作用在檢測懸臂梁7 與平衡懸臂梁8上，檢測懸臂梁7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)應(yīng)變處理電路6中的電橋與放大器進一步處理后輸出與推力對應(yīng)的電壓信號。 被測流體作用在文丘里管2上的推力與被測流量之間關(guān)系的分析如下文丘里管 2安置在水平直管道上，這樣，研究文丘里管2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
Hg
γ γ
式中ft,
2~文丘里管2前、后流體作用在其上的靜壓力； -被測流體的重度；
-阻力系數(shù)，它與文丘里管2形狀，流體粘性等有關(guān)； -重力加速度；
V~流體流過文丘里管2中部通孔的流速。顯然，1 "" 乘以文丘里管2的有效橫截面積兒即得到被測流體作用在文丘里管 2上的推力F。文丘里管2有效橫截面積可按下式計算
it=—jbP, —— f, 4 4
式中D~外接管道內(nèi)徑；
d~文丘里管2中部通孔直徑。文丘里管2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，文丘里管2是整體移動的，有效橫截面積不必考慮邊緣效應(yīng)。由于相對于平膜片，帶邊緣波紋的波紋彈性膜片10、11對軸向中心位移的剛度系數(shù)要小得多，在測量過程中，文丘里管2的位移又極其微小，同時還要考慮到流體流過文丘里管2時在其前后要產(chǎn)生壓差，適當(dāng)選擇彈性膜片10、11的有效面積，流體壓差在兩個彈性膜片10、11上產(chǎn)生的額外推力，將抵消兩個彈性膜片10、11因軸向微小位移產(chǎn)生的大部分甚至全部的反彈力，因此被測流體對文丘里管2的推力廠主要由兩個懸臂梁7、8的反彈力平衡，兩個彈性膜片10、11沿管道軸向位移所產(chǎn)生的反彈力推力的影響可以忽略。綜合以上兩式在上式中，當(dāng)被測流體的各項參數(shù)及文丘里管幾何尺寸已確定后,(；為常數(shù)，因此被測流體的體積流量g與推力廠的平方根成正比。但由于CJ的組成項f不能通過理論推導(dǎo)獲得，
因此只能通過對流量計進行實驗標(biāo)定的方法來確定G值。實施例二
在圖2的實施方案中，可以看出本實施例與圖1的實施例在結(jié)構(gòu)上大體相同，只有以下兩點不同之處。首先，在圖2中，以兩個圓環(huán)狀的平面膜片10、11代替了圖1中兩個帶邊緣波紋的波紋彈性膜片10、11，平面的前彈性膜片10的內(nèi)緣與文丘里管2的入口端密封連接， 其外緣與前端管1密封連接；平面的后彈性膜片11的內(nèi)緣與文丘里管2的出口端密封連接，其外緣與后端管3密封連接；并在每個端管與平面膜片10、11相對的那一面上加工了一個與膜片有效面積對應(yīng)的凹坑，以使文丘里管2具有沿軸向左右移動的裕度。其二，將應(yīng)變片5粘貼在前平面膜片10上，取消了檢測懸臂梁7、平衡懸臂梁8以及傳動架9，簡化了流量計的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，文丘里管2所受到的推力包括因流體節(jié)流產(chǎn)生的直接作用在文丘里管2上的推力巧與因流體壓差在兩個平面膜片10、11有效面積上產(chǎn)生的間接作用在文丘里管2上的推力盡。因為巧與巧的數(shù)值均與被測流量的大小對應(yīng)，同時這兩個力之和廠又只被兩個平面膜片10、11的反彈力所平衡，因此通過測量粘貼在前平面膜片10上的應(yīng)變片輸出信號即可得到被測流量的大小。實施例三
在圖3的實施方案中，使用兩個U型波紋管13、14，前波紋管13的前端與前端管1密封連接，其后端與文丘里管2的入口端密封連接；后波紋管14的前端與文丘里管2的出口端密封連接，其后端與后端管3密封連接。文丘里管2的重量由兩條彈性金屬片吊帶12支撐， 應(yīng)變片5粘貼在金屬片吊帶12上。金屬片吊帶12由很薄的彈性金屬片制成，其沿管道軸向的剛度系數(shù)很小，其變形產(chǎn)生的反彈力也非常小，因而可認(rèn)為文丘里管2所受到的推力廠只被兩個波紋管的反彈力平衡。但金屬片吊帶12的撓度變形卻與波紋管的軸向變形是一致的，因此，通過測量粘貼在金屬片吊帶12上的應(yīng)變片5的輸出信號即可得到被測流量的大小。實施例四
在圖4的實施方案中，使用兩個一端有封閉底的U型波紋管13、14，在每個波紋管的封閉底上加工出一個與文丘里管2 口徑對應(yīng)大小的孔。帶開孔封閉底的波紋管13、14的軸向剛度系數(shù)要小于實施例三中的波紋管，因而可用于更小流量的測量。前波紋管13的前端與前端管1密封連接，其后端封閉底上的孔與文丘里管2的入口端密封連接；后波紋管14的前端封閉底上的孔與文丘里管2的出口端密封連接，其后端與后端管3密封連接。文丘里管2的重量由一條彈性金屬片吊帶12支撐，應(yīng)變片5粘貼在金屬片吊帶12上。與實施例三同樣的理由，可以認(rèn)為文丘里管2所受到的推力廠只被兩個波紋管13、14的反彈力平衡， 金屬片吊帶12的撓度變形與波紋管13、14的軸向變形一致，因此，通過測量粘貼在金屬片吊帶12上的應(yīng)變片5的輸出信號即可得到被測流量的大小。以上四個實施例中的流量計僅適于測量比較清潔的液體與氣體，當(dāng)測量臟污流體時，可采用實施例五或?qū)嵤├姆桨?。實施例?br> 圖5的實施方案在結(jié)構(gòu)上大體與圖1中的實施例相同，但為了防止污物聚集到彈性膜片10、11與端管1、3之間的空間里，影響流量計的正常運行，使用了兩個與端管1、3及文丘里管2等口徑的圓筒狀的非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶15，兩個彈性密封環(huán)帶15的一端分別與文丘里管2的入口端或出口端密封連接，另一端分別與前端管1或后端管3密封連接， 兩個彈性密封環(huán)帶15與兩個彈性膜片10、11之間分別形成的稱為前平衡室16與后平衡室 17的封閉空間中需充滿平衡液?？紤]到液體在壓力下的收縮量很小，彈性密封環(huán)帶15在被測流體壓力變化時的徑向伸縮量很小，并通過平衡液將該壓力傳遞到金屬材質(zhì)的彈性膜片 10、11，由彈性膜片10、11承壓。測量時，兩個彈性密封環(huán)帶15平衡液側(cè)壓力與被測流體側(cè)壓力相同，基本不受徑向力影響，因此對其本身機械強度的要求不高，可采用非金屬彈性材料制造。由于兩個彈性密封環(huán)帶15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，文丘里管2的軸向位移又極其微小，因此彈性密封環(huán)帶15沿管道軸向的伸縮對推力廠的影響可以忽略。被測流體對文丘里管2的推力/M乃主要由兩個懸臂梁7、8的反彈力平衡，通過測量粘貼在檢測懸臂梁7上的應(yīng)變片5的輸出信號即可得到被測流量的大小。實施例二與實施例四在使用非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶15后，也可以用在贓污流體的測量場合。實施例六
圖6的實施方案在結(jié)構(gòu)上大體與實施例三相同，但為了防止污物聚集到波紋管13、14 的U形波紋溝內(nèi)，影響流量計的正常運行，使用了兩個與端管1、3及文丘里管2等口徑的圓筒狀的非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶15，兩個彈性密封環(huán)帶15的左端分別與兩個波紋管13、 14的左部平直段內(nèi)側(cè)密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶15的右端分別與兩個波紋管13、14右部平直段內(nèi)側(cè)密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶15與兩個波紋管13、14之間分別形成的兩個密封空間內(nèi)需充滿平衡液。如此連接的兩個彈性密封環(huán)帶15與兩個波紋管13、14構(gòu)成了兩個一體化的組件，組件形式可使流量計的安裝制造更方便，這兩個組件與文丘里管2的入、 出口端及前、后端管1、3的密封連接方式與實施方案三相同。考慮到液體在壓力下的收縮量很小，彈性密封環(huán)帶15在被測流體壓力變化時的徑向伸縮量很小，并可通過平衡液將該壓力傳遞到金屬材質(zhì)的波紋管13、14，由波紋管10、11承壓。測量時，兩個彈性密封環(huán)帶15 平衡液側(cè)壓力與被測流體側(cè)壓力相同，基本不受徑向力影響，因此對其本身機械強度的要求不高，可采用非金屬彈性材料制造。由于兩個彈性密封環(huán)帶15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，文丘里管2的軸向位移又極其微小，因此彈性密封環(huán)帶 15沿管道軸向的伸縮所產(chǎn)生的反彈力變化對推力廠的影響可以忽略。因此，與實施方案三相同，可認(rèn)為文丘里管2所受到的推力只被兩個波紋管的反彈力平衡，金屬片吊帶12的軸向反彈力同樣可忽略，但其撓度變形卻與波紋管的軸向變形是一致的，因此，通過測量粘貼在金屬片吊帶12上的應(yīng)變片5的輸出信號即可得到被測流量的大小。
權(quán)利要求
1. 一種中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計，屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中的節(jié)流式流量檢測儀表，其特征是中部通孔的動節(jié)流元件(2)兩端各需配接一個彈性膜片(10、11)或波紋管(13、14)；動節(jié)流元件(2)配接園環(huán)狀彈性膜片(10、11)時，動節(jié)流元件(2)入口側(cè)配接的彈性膜片(10)的內(nèi)緣與動節(jié)流元件(2)入口端密封連接，其外緣與前端管(1)密封連接，動節(jié)流元件(2)出口側(cè)配接的彈性膜片(11)的內(nèi)緣與動節(jié)流元件(2) 出口端密封連接，其外緣與后端管(3)密封連接；動節(jié)流元件(2)配接波紋管(13、14)時，動節(jié)流元件(2)入口側(cè)配接的波紋管(13)的右側(cè)一端與動節(jié)流元件(2)入口端密封連接，其左側(cè)一端與前端管(1)密封連接，動節(jié)流元件(2)出口側(cè)配接的波紋管(14)的左側(cè)一端與動節(jié)流元件(2)出口端密封連接，其右側(cè)一端與后端管(3)密封連接，動節(jié)流元件(2)的重量由彈性金屬片吊帶(12)支撐；機殼架(4)位于前端管(1)與后端管(3)之間，并使這三者剛性連接以固定兩個端管間的距離；上述密封連接形成一個流體從前端管(1)入口流入， 接著流過動節(jié)流元件(2)中部通孔，然后從后端管(3)出口流出的無泄漏的流動通道；在測量臟污流體的場合，除上述結(jié)構(gòu)外，還使用兩個與端管(1、3)及動節(jié)流元件(2)等口徑的圓筒狀的非金屬材質(zhì)的彈性密封環(huán)帶(15)，以防止在大于該口徑的被測液體可到達的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生堵塞，兩個彈性密封環(huán)帶(15)的一端分別與動節(jié)流元件(2)的入口端或出口端密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶(15)的另一端分別與前端管(1)或后端管(3)密封連接，兩個彈性密封環(huán)帶(15)與兩個彈性膜片或兩個波紋管之間分別形成的稱為前、后平衡室(16、17)的封閉空間中需充滿平衡液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中部通孔動節(jié)流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計，屬于自動檢測技術(shù)領(lǐng)域中的節(jié)流式流量計；專利“中部通孔的動節(jié)流元件流量計”依據(jù)流體對動節(jié)流元件的推力而不像固定式節(jié)流元件依據(jù)流體差壓來測量流量，因而可取消導(dǎo)壓管，適于小口徑和臟污流體的測量，但該型流量計的隔離、承壓、支撐等功能均分別由不同組件實現(xiàn)，整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；本發(fā)明采用彈性膜片或波紋管配接中部通孔動節(jié)流元件，隔離、承壓、支撐等功能可由彈性膜片或波紋管獨立完成，流量計整體結(jié)構(gòu)大為簡化，不但具有中部通孔動節(jié)流元件流量計的所有優(yōu)點，許多性能還有所提高，本發(fā)明使中部通孔動節(jié)流元件流量計這種新型儀表更易于被推廣使用。
文檔編號G01F1/36GK102353406SQ20111018749
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者王可崇 申請人:王可崇