本實用新型涉及兩相流檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種內(nèi)外管式氣體流量計。

背景技術(shù)：

差壓式流量計是兩相流測量中應(yīng)用最為廣泛的流量計之一，是目前公認的在兩相流各流型下都能穩(wěn)定工作的一種流量計。

差壓式流量計以分相或均相模型為基礎(chǔ)，建立流量與壓力降的關(guān)系。其中研究歷史最長的為節(jié)流式差壓流量計，差壓式的方法基本都見于節(jié)流式差壓流量計。該流量計具有安裝方便、工作可靠等優(yōu)點，并在多年的研究過程中形成了成熟的國際標(biāo)準，目前很多廠家推出的多相流測量系統(tǒng)中都含有節(jié)流式差壓流量計。廣泛應(yīng)用的節(jié)流式差壓流量計有孔板、文丘里管以及V錐流量計。

對于孔板流量計，流體流經(jīng)管道內(nèi)的孔板節(jié)流裝置，在孔板附近造成局部收縮，節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即差壓，差壓信號與流量大小有關(guān)。在孔板流量計的設(shè)計上有過許多改進，日本SONIC公司設(shè)計開發(fā)了一種在流量計算機上對量程比的范圍進行選擇的孔板流量計，與傳統(tǒng)孔板流量計相比，對測量范圍進行了擴展；新研究的新型智能孔板流量計，將溫度和壓力信號直接送入現(xiàn)場流量計算機之中，根據(jù)流量變化對溫度和壓力自動作出補償。

對于文丘里管流量計，北京航空航天大學(xué)的徐立軍利用長喉頸文丘里管提出基于分相流模型的濕氣測量模型；天津大學(xué)的張強等利用長喉徑文丘里管用于氣液兩相流測量，建立了雙差壓濕氣流量測量模型。利用一種節(jié)流裝置配合其他傳感器進行組合測量的方法也得到了大量的研究，黃志堯等采用文丘里管結(jié)合電容層析成像技術(shù)對油氣兩相流進行有效測量；徐英等利用內(nèi)錐和文丘里組合的方式提出了濕氣測量虛高模型。

V錐流量計是上世紀八十年代推出的一種新型的差壓式流量計，與其他差壓式流量計設(shè)計理念不同，V錐節(jié)流件將流體逐漸收縮到管壁，通過測量錐體前后差壓對流體流量等進行測量。相對于孔板、文丘里管等傳統(tǒng)差壓式流量計，V錐流量計具有壓損小、結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、防積污、量程比寬等優(yōu)點。但是其仍有一些缺點難以克服，例如，V錐流量計尾部為鈍體結(jié)構(gòu)，流體流動產(chǎn)生分離，形成大量漩渦并造成較大壓力損失；與電磁流量計相比，其量程比相對較窄；L型懸臂結(jié)構(gòu)在大流量時，可能產(chǎn)生振動等。

對于以上所述的孔板、文丘里管和V錐流量計來說，其節(jié)流方式都是通過改變流體總的流通面積來實現(xiàn)的，這樣勢必會對流體本身產(chǎn)生擾動，差壓信號不穩(wěn)定。因此設(shè)計內(nèi)外管差壓流量計，流量傳感器中變徑管的設(shè)計使得氣液兩相流在流經(jīng)介質(zhì)流通管時可在不改變流通面積的狀況下獲得差壓；流量傳感器在介質(zhì)流通中的同一截面設(shè)置測壓孔，因此消除了摩擦阻力對介質(zhì)流動數(shù)據(jù)的影響，解決了現(xiàn)有技術(shù)在豎直管道上應(yīng)用差壓流量傳感器所存在的引壓問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是提供一種內(nèi)外管式氣體流量計，該流量計在現(xiàn)有內(nèi)外管差壓流量計的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化設(shè)計，消除內(nèi)管在實驗過程中的擾動現(xiàn)象。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：一種內(nèi)外管式氣體流量計，包括：

外管，為水平設(shè)置的圓直管結(jié)構(gòu)；

內(nèi)管，置于所述外管內(nèi)，且位于所述外管的軸心線上；所述內(nèi)管包括依次連接的大口徑管、收縮管和小口徑管；所述大口徑管和所述小口徑管的端部分別與所述外管的兩端對齊；在大口徑管或小口徑管上的同一橫截面上均勻開設(shè)四個測壓孔，在四個測壓孔內(nèi)分別嵌置一個可對測壓孔封堵的圓形薄板；在其中兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)面分別貼附有正向應(yīng)力的應(yīng)變片，在另外兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)面分別貼附有負向應(yīng)力的應(yīng)變片；四個應(yīng)變片通過導(dǎo)線與電源以及信號采集與放大電路相接；

支架，設(shè)置在所述外管與所述內(nèi)管之間的兩端部位，用于對所述內(nèi)管進行支撐和固定；所述支架包括箍帶及設(shè)置在所述箍帶外側(cè)壁上的支撐肋板，所述箍帶套接在所述內(nèi)管兩端的外側(cè)壁上，所述支撐肋板的端部嵌接在所述外管的內(nèi)壁上；

電源，用于給四個應(yīng)變片提供工作電壓；

信號采集與放大電路，用于采集四個應(yīng)變片輸出的電壓信號并進行放大；以及

數(shù)據(jù)處理電路，用于將信號采集與放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為差壓信號，并根據(jù)差壓信號計算氣體的流量；

電壓信號轉(zhuǎn)化為差壓信號的計算公式為：

式(1)中，ΔP為轉(zhuǎn)化后的內(nèi)、外管間的差壓，C_S為修正系數(shù)，h為圓形薄板的厚度，E為應(yīng)變片的楊氏模量，U_O為信號采集與放大電路輸出的電壓，K為應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)，R為圓形薄板的半徑，μ為圓形薄板的泊松系數(shù)，U為電源施加在應(yīng)變片上的工作電壓；

根據(jù)差壓信號計算氣體的流量，具體計算公式為：

式(2)中，Q_m是氣體的質(zhì)量流量，C為流出系數(shù)，ε為氣體的可膨脹系數(shù)，β為節(jié)流比，A為外管內(nèi)腔的橫截面面積，ρ為上游氣體的密度，ΔP為根據(jù)式(1)計算所得的內(nèi)、外管間的差壓。

優(yōu)選的，四個測壓孔均為橢圓形開口；當(dāng)氣體沿大口徑管向小口徑管方向流動時，四個測壓孔均開設(shè)在大口徑管上，四個測壓孔距大口徑管與收縮管交接處的距離大于且小于當(dāng)氣體沿小口徑管向大口徑管方向流動時，四個測壓孔均開設(shè)在小口徑管上，四個測壓孔距小口徑管與收縮管交接處的距離大于且小于D為外管的內(nèi)徑。

優(yōu)選的，在所述內(nèi)管的內(nèi)壁上開有沿其軸向的導(dǎo)線引出槽，與應(yīng)變片相連的導(dǎo)線通過所述導(dǎo)線引出槽與管道外部的電源和信號采集與放大電路相接。

優(yōu)選的，在所述箍帶的外側(cè)壁上均布有三個支撐肋板。

優(yōu)選的，所述大口徑管的外壁與所述外管的內(nèi)壁之間的距離大于1mm；節(jié)流比β大于0.4且小于0.7。

本實用新型在已有內(nèi)外管差壓流量計的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè)計，消除了內(nèi)管節(jié)流件在實驗過程中的擾動現(xiàn)象，并在優(yōu)化后的內(nèi)外管差壓流量裝置上進行氣相動態(tài)試驗，得到氣相流量的測量模型。已有的內(nèi)外管差壓流量計中內(nèi)管只能依靠兩個取壓孔進行固定，并不能使內(nèi)管節(jié)流件在實際流量的測量過程中保持固定不動，這樣就會使取壓不準確；同時，內(nèi)、外管間的流動通道不對稱，也導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，本實用新型通過在內(nèi)管節(jié)流件的氣體流入與流出的端口位置，分別添加一個軸對稱的支架，將內(nèi)管節(jié)流件與外管通過支架固定，減小內(nèi)管節(jié)流件的擾動現(xiàn)象，并且保證氣體在內(nèi)、外管間隙內(nèi)，除進、出口處支架的阻礙外，可以得到充分流動；同時將內(nèi)管的大口徑管與小口徑管延長至外管的端口處，使氣體在進、出管段時，得到充分的過渡，流型轉(zhuǎn)變更加平緩，減小流體沖擊管壁帶來的誤差。測壓孔由原有的圓形開口優(yōu)化為橢圓形開口(或稱扁平形開口)，該設(shè)計可以獲得測壓孔所在位置的平均壓力，使測量更加準確。四個應(yīng)變片通過圓形薄板嵌置在對應(yīng)的四個測壓孔內(nèi)，而四個測壓孔開設(shè)在大口徑管或小口徑管上，從而使得在內(nèi)管內(nèi)部實現(xiàn)取壓，減小了取壓過程中壓力的損失，使取壓結(jié)果更加靈敏、準確。本實用新型所提供的內(nèi)外管式氣體流量計可以消除來自于軸向與徑向的加速度誤差，也對來自于其他方向的加速度影響起到緩解甚至消除，使得測量結(jié)果更加準確。

本實用新型是在理論分析及前期工作經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)氣相流動機理，對內(nèi)外管差壓流量計進行管道機構(gòu)設(shè)計，優(yōu)化的設(shè)計方案。通過對氣相的流動狀態(tài)的測試，提取有價值的信號，并進行信號特征提取，研究內(nèi)外管式氣體流量計測量裝置的測量方法，驗證管道的合理性與可行性。具體是：通過在外管內(nèi)設(shè)置與外管等長的內(nèi)管，并在內(nèi)管兩端的端口處設(shè)置軸對稱的支架，支架套嵌在內(nèi)管外側(cè)壁處并與外管內(nèi)側(cè)壁相連，對內(nèi)管進行支撐，可保證測量過程中內(nèi)管保持固定不動，從而使取壓結(jié)果準確，保證了后期計算的可靠性；在內(nèi)管上開有四個測壓孔，在每個測壓孔內(nèi)嵌置圓形薄板，并在其中兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)貼正向應(yīng)力的應(yīng)變片，在另外兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)貼負向應(yīng)力的應(yīng)變片，四個應(yīng)變片形成全橋差動結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在內(nèi)管上內(nèi)置壓力傳感器。當(dāng)氣體流過時，應(yīng)變片由于應(yīng)變效應(yīng)，應(yīng)變片阻值發(fā)生變化，在應(yīng)變片上加載電壓，通過信號采集與放大電路采集得到應(yīng)變片輸出的電壓值，采集得到的電壓值即反映了內(nèi)、外管間的差壓信息，通過差壓信息即可計算得出氣體的流量。

附圖說明

圖1是本實用新型所提供的內(nèi)外管式氣體流量計的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中出口端支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、外管，2、大口徑管，3、收縮管，4、小口徑管，5、入口端支架，6、出口端支架，6-1、箍帶，6-2、支撐肋板，7、第一應(yīng)變片，8、第二應(yīng)變片，9、第三應(yīng)變片。

具體實施方式

實施例1，一種內(nèi)外管式氣體流量計。

如圖1所示，本實用新型所提供的內(nèi)外管式氣體流量計包括外管1、內(nèi)管、支架、由四個應(yīng)變片組成的全橋差動結(jié)構(gòu)、電源、信號采集與放大電路、數(shù)據(jù)處理電路。

外管1為水平放置的圓柱形直管結(jié)構(gòu)；外管1的內(nèi)徑用D來表示，長度用L來表示。內(nèi)管為節(jié)流件，內(nèi)管設(shè)置在外管1內(nèi)，且內(nèi)管位于外管1的軸心線上，即外管1軸心線與內(nèi)管軸心線重合。內(nèi)管長度與外管1長度L相同，且內(nèi)管的兩端分別與外管1的兩端對齊。內(nèi)管包括依次連接的大口徑管2、收縮管3和小口徑管4。大口徑管2和小口徑管4均為直管結(jié)構(gòu)，大口徑管2的內(nèi)徑用d₁來表示，長度用L₁來表示；小口徑管4的內(nèi)徑用d₂來表示，長度用L₂來表示；收縮管3連接大口徑管2和小口徑管4，收縮管3為圓臺狀管，收縮管3的水平長度(即收縮管3軸心線的長度)即為(L-L₁-L₂)，收縮角用來表示，收縮角一般在11°至21°之間(即)。收縮角的計算公式如下：

本實用新型中內(nèi)管和外管1等長，使得氣體在流進收縮管3前以及流出收縮管3后，都具有充分的流動空間，使流型變化更加平緩，減小氣體對內(nèi)管節(jié)流件的沖擊現(xiàn)象。

支架設(shè)置在外管1與內(nèi)管之間的兩端部位，支架包括軸對稱的入口端支架5和出口端支架6，通過兩個支架可實現(xiàn)對內(nèi)管的支撐和固定，以便在測量過程中使內(nèi)管保持不動，減小內(nèi)管節(jié)流件的擾動現(xiàn)象。當(dāng)氣體流過內(nèi)、外管的間隙處時，兩個支架對氣體流動的阻礙作用也較小。入口端支架5和出口端支架6的結(jié)構(gòu)相同，以出口端支架6為例進行說明。如圖2所示，出口端支架6包括箍帶6-1及均勻設(shè)置在箍帶6-1外側(cè)壁上的三個支撐肋板6-2，三個支撐肋板6-2分別垂直于與各自相接的箍帶6-1的外側(cè)壁。箍帶6-1套接在小口徑管4外側(cè)壁的端部，箍帶6-1的外側(cè)壁與小口徑管4的外側(cè)壁齊平，具體可通過在小口徑管4外側(cè)壁的端部開與箍帶6-1厚度相同的缺口來實現(xiàn)。三個支撐肋板6-2的端部嵌接在外管1的內(nèi)壁上，可在外管1的內(nèi)壁上開三個與支撐肋板6-2對應(yīng)的凹槽，使三個支撐肋板6-2分別嵌入對應(yīng)的凹槽內(nèi)。每一個凹槽均從外管1的端部開設(shè)，從而使得出口端支架6可從氣體流出端套接在內(nèi)管的小口徑管4上，并使三個支撐肋板6-2的端部正好卡接在外管1內(nèi)壁的三個凹槽內(nèi)。入口端支架5與出口端支架6的結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。

在內(nèi)管的大口徑管2或小口徑管4上的同一橫截面上均勻開設(shè)四個大小一致的橢圓形的測壓孔，在每個測壓孔內(nèi)嵌置一個圓形薄板，四個圓形薄板的半徑均相同，厚度也相同，圓形薄板的厚度一般為內(nèi)管壁厚的1/3～1/2，圓形薄板的半徑大于橢圓形測壓孔的長半軸，即：圓形薄板嵌置在測壓孔內(nèi)將測壓孔完全封堵。在其中相對的兩個圓形薄板的內(nèi)側(cè)分別貼正向應(yīng)力的應(yīng)變片(即當(dāng)壓力增加時，電阻值變大)，在另外兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)分別貼負向應(yīng)力的應(yīng)變片(即當(dāng)壓力增加時，電阻值變小)，四個應(yīng)變片的大小與橢圓形測壓孔的大小相同。四個應(yīng)變片構(gòu)成一個全橋差動結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在內(nèi)外管式氣體流量計上內(nèi)置了一個壓力傳感器。四個應(yīng)變片一般設(shè)置成上、下、前、后的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，圖中示出了上面的第一應(yīng)變片7、下面的第二應(yīng)變片8以及前面的第三應(yīng)變片9。四個應(yīng)變片處于大口徑管2或小口徑管4的同一橫截面上，可消除摩擦阻力的影響。同時四個應(yīng)變片均勻嵌在內(nèi)管中，這種放置方式可以消除與流動方向垂直的各個徑向的重力加速度的影響，使得測量結(jié)果更加精確。

四個應(yīng)變片通過導(dǎo)線與電源和信號采集與放大電路相連。電源用于向四個應(yīng)變片提供工作電壓，電源同時還為信號采集與放大電路提供工作電壓。當(dāng)氣體流過應(yīng)變片時，應(yīng)變片由于應(yīng)變效應(yīng)，其阻值發(fā)生變化，在應(yīng)變片上加載電壓，通過信號采集與放大電路可采集得到應(yīng)變片輸出的電壓值，采集得到的電壓值即反映了內(nèi)、外管間的差壓信息，通過差壓信息即可計算得出氣體的流量。

測量氣體流量時，氣體可從外管1的一端流入，沿內(nèi)管的大口徑管2向小口徑管4方向流動(如圖1中箭頭所示方向)；也可自外管1的另一端流入，沿內(nèi)管的小口徑管4向大口徑管2方向流動(與圖1中箭頭所示方向相反)。為防止顆粒物阻塞管道，大口徑管2的外側(cè)壁與外管1的內(nèi)側(cè)壁間的間隙應(yīng)大于1mm，即滿足：

當(dāng)氣體在外管1內(nèi)自大口徑管2向小口徑管4方向流動時，應(yīng)保證四個測壓孔開設(shè)在大口徑管2的同一橫截面上，且四個測壓孔距大口徑管2與收縮管3相接處的距離大于且小于(這樣設(shè)置測壓孔，是為了在測壓之前，保證氣體在管道內(nèi)能得到充分的流動)；并在大口徑管2的內(nèi)壁沿其軸向開導(dǎo)線引出槽，與四個應(yīng)變片相接的導(dǎo)線通過導(dǎo)線引出槽與管道外部的電源和信號采集與放大電路相接。當(dāng)氣體在外管1內(nèi)自小口徑管4向大口徑管2方向流動時，應(yīng)保證四個測壓孔開設(shè)在小口徑管4的同一橫截面上，且四個測壓孔距小口徑管4與收縮管3相接處的距離大于且小于并在小口徑管4的內(nèi)壁沿其軸向開導(dǎo)線引出槽，與四個應(yīng)變片相接的導(dǎo)線通過導(dǎo)線引出槽與管道外部的電源和信號采集與放大電路相接。

信號采集與放大電路用于采集四個應(yīng)變片輸出的電壓信號并進行放大，放大后的電壓信號輸出給數(shù)據(jù)處理電路，數(shù)據(jù)處理電路首先將信號采集與放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為內(nèi)、外管間的差壓信號，然后再根據(jù)差壓信號計算氣體的流量。

將信號采集與放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)化為內(nèi)、外管間的差壓信號的計算公式為：

式(1)中，ΔP為轉(zhuǎn)化后的內(nèi)、外管間的差壓，C_S為修正系數(shù)，無量綱，通過實驗確定，保證了公式的準確性；h為圓形薄板的厚度，E為應(yīng)變片(即彈性元件)的楊氏模量，U_O為信號采集與放大電路輸出的電壓，K為應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)，R為圓形薄板的半徑，μ為圓形薄板的泊松系數(shù)，U為電源施加在應(yīng)變片上的工作電壓。

根據(jù)差壓信號計算氣體的流量，具體計算公式為：

式(2)中，Q_m是氣體的質(zhì)量流量(單位為Kg/s)，C為流出系數(shù)，靠實驗來確定；ε為氣體的可膨脹系數(shù)，一般對于氣體、蒸汽等這些可壓縮的流體，ε＜1；β為節(jié)流比，本實用新型中β在0.4至0.7之間；A為外管內(nèi)腔的橫截面面積，ρ為工況壓力下，節(jié)流件上游氣體的密度(單位Kg/m³)；ΔP為根據(jù)式(1)計算所得的內(nèi)、外管間的差壓(或稱壓力差，單位是Pa)。

節(jié)流比β的具體計算公式為：

上式中，K₁為大口徑管2和外管1之間的環(huán)隙面積與小口徑管4和外管1之間的環(huán)隙面積之比，K₂為大口徑管2內(nèi)腔橫截面面積與小口徑管4內(nèi)腔橫截面面積之比。K₁和K₂的具體計算公式如下：

實施例2，一種內(nèi)外管式氣體流量檢測方法。

如圖1～圖2所示，本實用新型所提供的內(nèi)外管式氣體流量檢測方法包括如下步驟：

a、在外管1內(nèi)的軸心線上設(shè)置內(nèi)管。

外管1為水平放置的圓直管結(jié)構(gòu)。在外管1內(nèi)的軸心線上設(shè)置內(nèi)管；內(nèi)管包括依次連接的大口徑管2、收縮管3和小口徑管4；收縮管3為圓臺狀結(jié)構(gòu)；大口徑管2和小口徑管4的端部分別與外管1的兩端對齊，即：內(nèi)管與外管1等長。大口徑管2的外壁與外管1的內(nèi)壁之間的距離大于1mm。在內(nèi)管的大口徑管2或小口徑管4上的同一橫截面上均勻開設(shè)有四個大小一致的橢圓形測壓孔，在每個測壓孔內(nèi)嵌置一個圓形薄板，四個圓形薄板的半徑均相同，厚度也相同，圓形薄板的半徑大于橢圓形測壓孔的長半軸。在其中相對的兩個圓形薄板的內(nèi)側(cè)分別貼正向應(yīng)力的應(yīng)變片，在另外兩個相對的圓形薄板的內(nèi)側(cè)分別貼負向應(yīng)力的應(yīng)變片，四個應(yīng)變片的大小與橢圓形測壓孔的大小相同。四個應(yīng)變片構(gòu)成一個全橋差動結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于在內(nèi)外管式氣體流量計上內(nèi)置了一個壓力傳感器。四個應(yīng)變片通過導(dǎo)線與電源和信號采集與放大電路相連。

b、在內(nèi)管的兩端設(shè)置用于對內(nèi)管進行支撐和固定的支架。

支架包括對稱分布的入口端支架5和出口端支架6。入口端支架5和出口端支架6的結(jié)構(gòu)相同。如圖2所示，出口端支架6包括箍帶6-1及均勻設(shè)置在箍帶6-1外側(cè)壁上的三個支撐肋板6-2，箍帶6-1套接在小口徑管4外側(cè)壁的端部，箍帶6-1的外側(cè)壁與小口徑管4的外側(cè)壁齊平，三個支撐肋板6-2的端部嵌接在外管1內(nèi)壁的凹槽上。

c、使氣體自外管1的一端流入，并由電源向四個應(yīng)變片施加工作電壓。

氣體在外管1內(nèi)流動時，可沿大口徑管2向小口徑管4方向流動，也可自小口徑管4向大口徑管2方向流動。當(dāng)氣體在外管1內(nèi)自大口徑管2向小口徑管4方向流動時，應(yīng)保證四個測壓孔開設(shè)在大口徑管2的同一橫截面上，且四個測壓孔距大口徑管2與收縮管3相接處的距離大于且小于當(dāng)氣體在外管1內(nèi)自小口徑管4向大口徑管2方向流動時，應(yīng)保證四個測壓孔開設(shè)在小口徑管4的同一橫截面上，且四個測壓孔距小口徑管4與收縮管3相接處的距離大于且小于

d、由信號采集與放大電路采集四個應(yīng)變片輸出的電壓信號并進行放大，放大后的電壓信號輸出給數(shù)據(jù)處理電路。

e、數(shù)據(jù)處理電路首先將信號采集與放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)、外管間的差壓信號，再根據(jù)差壓信號計算氣體的流量。

將信號采集與放大電路輸出的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)、外管間的差壓信號的計算公式為：

式(1)中，ΔP為轉(zhuǎn)化后的內(nèi)、外管間的差壓，C_S為修正系數(shù)，無量綱，通過實驗確定，保證了公式的準確性；h為圓形薄板的厚度，E為應(yīng)變片(即彈性元件)的楊氏模量，U_O為信號采集與放大電路輸出的電壓，K為應(yīng)變片的應(yīng)變靈敏系數(shù)，R為圓形薄板的半徑，μ為圓形薄板的泊松系數(shù)，U為電源施加在應(yīng)變片上的工作電壓。

根據(jù)差壓信號計算氣體的流量，具體計算公式為：

式(2)中，Q_m是氣體的質(zhì)量流量(單位為Kg/s)，C為流出系數(shù)，靠實驗來確定；ε為氣體的可膨脹系數(shù)，一般對于氣體、蒸汽等這些可壓縮的流體，ε＜1；β為節(jié)流比，本實用新型中β在0.4至0.7之間；A為外管內(nèi)腔的橫截面面積，ρ為工況壓力下，節(jié)流件上游氣體的密度(單位Kg/m³)；ΔP為根據(jù)式(1)計算所得的內(nèi)、外管間的差壓(或稱壓力差，單位是Pa)。

本實用新型中，經(jīng)CFD仿真及實驗測試數(shù)據(jù)擬合，得到式(2)中氣體的可膨脹系數(shù)ε的計算公式為：

式(3)中，τ為壓力修正系數(shù)，計算公式為：

式(4)中，P_b為氣體流量測量過程中的背景壓力，ΔP為根據(jù)式(1)計算所得的內(nèi)、外管間的差壓，P₀為一個標(biāo)準大氣壓。

本實用新型中節(jié)流比β、內(nèi)外管的結(jié)構(gòu)尺寸滿足如下條件：

式(5)中，D為外管1的內(nèi)徑，d₁為大口徑管2的內(nèi)徑，d₂為小口徑管4的內(nèi)徑，L為管道總長度(即外管、內(nèi)管的長度)，L₁為大口徑管2的水平長度，L₂為小口徑管4的水平長度，為收縮管3的收縮角，K₁為大口徑管和外管之間的環(huán)隙面積與小口徑管和外管之間的環(huán)隙面積之比，K₂為大口徑管內(nèi)腔橫截面面積與小口徑管內(nèi)腔橫截面面積之比。一般要求大口徑管2的長度L₁和小口徑管4的長度L₂均大于10cm。

實施例3，節(jié)流比β以及收縮角的優(yōu)選實施例。

根據(jù)經(jīng)驗理論及總管道尺寸的考慮，將收縮管的收縮角定為15°，然后求取不同節(jié)流比下大口徑管內(nèi)徑值及小口徑管內(nèi)徑值，再根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)尺寸在入口速度為10.27m/s的情況下進行仿真，根據(jù)仿真結(jié)果得到流量計多處壓力值，具體是：①得出內(nèi)、外管間的差壓，②得出外管(或內(nèi)管)流入端前10D(D即為外管內(nèi)徑)處與流出端后5D處的壓力差，此即為壓力損失。用壓力損失除以差壓即得壓損比。最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)節(jié)流比β為0.5892時，差壓大、壓力損失小，壓損比小。

本實用新型中氣體在外管1內(nèi)可有兩種不同的流動方向，經(jīng)CFD仿真得出，無論氣體從大口徑管向小口徑管方向流動，還是從小口徑管向大口徑管方向流動，氣體流體均不受重力加速度的影響。但是，從仿真結(jié)果可以看出，氣體從小口徑管向大口徑管方向流動相比氣體從大口徑管向小口徑管方向流動而言，獲得的差壓大，壓損小，壓損比小。用戶可根據(jù)實際需求選擇合適的流動方式及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸。

根據(jù)仿真結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，隨著L₁、L₂的增加，內(nèi)、外管間的差壓值加大，但是相應(yīng)的壓力損失也隨之增加，在符合公式(5)的前提下，L₁和L₂可以根據(jù)實際情況取值。

實施例4，流出系數(shù)C的確定。

按照實施例2中的公式(2)求取流出系數(shù)C。公式(2)中可膨脹系數(shù)ε、節(jié)流比β(節(jié)流比β按0.5892計算)、外管內(nèi)腔橫截面積A及氣體密度ρ均為固定已知量，因此利用差壓ΔP(可通過公式(1)求得)及流量值Q_m求取流出系數(shù)C。下面在四個流量點(一個流量點即對應(yīng)一個流量值)下進行計算。在每個流量點下利用差壓值求取該流量點下的流出系數(shù)，得到四個不同的值。首先利用求平均值的方式對流出系數(shù)進行確定，然后利用求均值后得出的流出系數(shù)求取質(zhì)量流量，將所求得的質(zhì)量流量與已知的流量進行比較，發(fā)現(xiàn)誤差較大。故不能用此方法來求流出系數(shù)C。

由于上面在每個流量點下求流出系數(shù)時，只有差壓一個變量，因此流出系數(shù)與差壓存在一定的數(shù)量關(guān)系，所以本實用新型中對差壓與流出系數(shù)進行公式擬合，得到擬合公式見公式(6)，擬合優(yōu)度達0.994。

C＝0.73145+0.01023(ΔP·K′)-0.00304(ΔP·K′)²+2.70121×10⁴(ΔP·K′)³(6)

式(6)中，K′為修正系數(shù)，計算公式為：

K′＝ΔP/P_b+T/T₀ (7)

式(7)中，P_b為氣體流量測量過程中的背景壓力，T為氣體流量測量過程中的背景溫度，T₀為標(biāo)況溫度(即標(biāo)準狀況下的溫度，273.15K)，考慮了溫度和壓力的影響。

利用公式(6)得到擬合后的流出系數(shù)。根據(jù)擬合得到的流出系數(shù)進行流量的計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)誤差在0.7％以內(nèi)。具體數(shù)值見表1。

表1流出系數(shù)計算表