專利名稱:檢測流量和測定流速的裝置及測量方法
本發(fā)明是關(guān)于在非旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中檢測介質(zhì)的流量和/或測定其流速的裝置及其測量方法。
流質(zhì)可為氣體、液體或可能存在的任何一種流質(zhì)。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象和供水管理以及有關(guān)上述領(lǐng)域的科研活動(dòng)。事實(shí)上，凡是在需要檢測某種介質(zhì)流動(dòng)的地方，無論是為了防止介質(zhì)的流動(dòng)或是為了確保其供給，以及凡是需要測定或測量流質(zhì)流速的地方，均可利用本發(fā)明。
在測定流速方面已有許多解決辦法。其中有一類解決辦法中使用了應(yīng)用旋轉(zhuǎn)部件的流速檢測儀，該旋轉(zhuǎn)部件可為槳狀結(jié)構(gòu)或?yàn)樾D(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)，因受介質(zhì)流動(dòng)的作用而旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)數(shù)(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))與流速成正比。在另一類的解決方式中，檢測儀由一個(gè)可沿與流向相垂直的水平軸移位的壓力板構(gòu)成。該壓力板面向流質(zhì)的表面受到節(jié)流壓力的作用，這個(gè)力克服一定的重力或其它回復(fù)力使壓力板移位。
檢測儀的移位或位置可通過機(jī)械手段傳至顯示儀表或者形成氣壓信號或電信號，該信號可直接測定或經(jīng)過適當(dāng)處理而測定。
匈牙利公布的T/25356號專利申請中公開了一種屬于壓力板式的解決方法。該裝置包括一個(gè)延伸到流質(zhì)中的節(jié)流部件，節(jié)流部件的平面與流向相垂直并被固定在支撐裝置的一端，支撐裝置的另一端有一個(gè)應(yīng)變片壓力傳感器固定在一個(gè)可彈性變形的元件的外表面。
GB-PS 1，434，165中公開的裝置基于同樣的原理并包括一個(gè)固定在一彈性支撐件上的節(jié)流元件，該彈性支撐部件安裝在輸流管道的一個(gè)封閉的橫向支路中。
在按照HU-PS/173，784的裝置中，有一受流質(zhì)作用的裝置，該裝置裝有可移動(dòng)支承的葉片，葉片可方便地沿相互平行或同軸方向移動(dòng)。有一個(gè)相應(yīng)的構(gòu)件阻礙但不阻止葉片在流質(zhì)作用下的移位。
所有這些已為人所知的裝置都或多或少具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，因此容易出故障或損壞，尤其是在困難的工作情況下更是如此。因此這些裝置均不太適于長期可靠、連續(xù)地用來進(jìn)行測量。已知的檢測儀由預(yù)定數(shù)目的節(jié)流或阻流部件構(gòu)成，在只有一個(gè)節(jié)流或阻流部件的特定情況下，只能完成部分測量。測量的靈敏度尤其是在流速低的情況下不是很理想。
本發(fā)明所述裝置的結(jié)構(gòu)旨在消除傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的不利性能，提供一種結(jié)構(gòu)較為簡單，測量靈敏度大為增高的流量檢測儀表，該檢測儀表可在范圍較廣的工作條件下甚至在困難的情況下可靠、無故障地工作，該檢測儀還將旋轉(zhuǎn)部件和壓力板式的工作原理結(jié)合起來以檢測介質(zhì)的流量和/或測量其流速。
所以，本發(fā)明在于檢測介質(zhì)流量和/或測定其流速的裝置，它包括一個(gè)可在介質(zhì)的作用下移位的靜止節(jié)流系統(tǒng)，用來檢測節(jié)流系統(tǒng)所受的力并提供輸出信號的傳感器裝置，必要時(shí)還可包括將傳感器的輸出信號放大和/或傳遞和/或顯示和/或進(jìn)行記錄的組件。
按照本發(fā)明的裝置有下列特點(diǎn)，它有一個(gè)外殼，殼內(nèi)的空間部分地或全部與流質(zhì)相隔離，節(jié)流(或阻流)部件固定在節(jié)流系統(tǒng)中并適宜地裝配在殼內(nèi)空間的外側(cè)，以便與同流向相一致的軸對稱。另外，本發(fā)明的裝置還包括一個(gè)固定節(jié)流(或阻流)部件的彈性支座和/或一個(gè)全部地或部分地補(bǔ)償作用于節(jié)流(或阻流)部件上的力的補(bǔ)償組件。
其優(yōu)越處在于節(jié)流(或阻流)部件以密封方式與殼內(nèi)空間相連，為了調(diào)節(jié)該裝置的靈敏度，節(jié)流(或阻流)部件的平面相對于流向是可調(diào)的。
其方便處在于彈性支座由延伸在節(jié)流(或阻流)部件和節(jié)流系統(tǒng)之間的片簧組成，平衡軸安裝在片簧的平面上。
在本裝置的另一實(shí)施例中，該裝置的補(bǔ)償部分是一彈性機(jī)構(gòu)和/或一重量機(jī)構(gòu)和/或一電磁裝置。
檢測傳感器和/或補(bǔ)償部分可恰當(dāng)?shù)匮b配在殼內(nèi)空間中，必要時(shí)還可以電絕緣的方式安裝。
本發(fā)明包括一種應(yīng)用-平衡的，非旋轉(zhuǎn)式節(jié)流/阻流系統(tǒng)檢測介質(zhì)流量和/或測量流速的方法。該方法的特點(diǎn)在于通過測量與平衡軸相垂直的流質(zhì)的節(jié)流/或阻流作用力的分力所產(chǎn)生的扭矩得到測量結(jié)果，或通過測量扭矩所導(dǎo)致的(可能具有彈性)的變形而得出結(jié)果。
本發(fā)明所提出的解決辦法基于下列發(fā)現(xiàn)，即以旋轉(zhuǎn)部件式和壓力板式裝置的結(jié)合并帶有一種可在流質(zhì)作用下移位的平衡靜止節(jié)流系統(tǒng)為基礎(chǔ)的裝置既有兩種原方式各自的優(yōu)越性，還有其它優(yōu)越性。本發(fā)明所述的解決辦法提高了測量的靈敏度，這一優(yōu)越性在流速非常低的情況下顯得尤為突出。另外，量程也有所擴(kuò)大，甚至可達(dá)1∶100。節(jié)流或阻流系統(tǒng)的節(jié)流或阻流部件的數(shù)目和尺寸可以按照需要而制作。
就該裝置而論，節(jié)流或阻流系統(tǒng)的移位很難測出，而且若使用一補(bǔ)償組件則其位移實(shí)際上可完全消除，也就是說，實(shí)際上該裝置使用了一個(gè)靜止的節(jié)流/阻流系統(tǒng)，人們只需測量流動(dòng)介質(zhì)的節(jié)流/阻流作用力造成的與平衡軸成直角的分扭矩或該扭矩造成的(可為彈性的)形變。另外，該裝置相對于其它方向的節(jié)流分力而言是一剛性裝置，因此實(shí)際上不存在可能影響測量的其它形變。假定節(jié)流/阻流系統(tǒng)的平衡軸偏離了流向15°-20°，測量中的偏差或誤差只有2-3%，也就是說，完全在常用測量儀器的誤差范圍之內(nèi)。
本發(fā)明裝置的適當(dāng)選用的實(shí)施例可用于地下采礦，用來檢測氣流，連續(xù)測量空氣流速的瞬時(shí)值，以及用來在特定情況下從地面上遙測記錄這些數(shù)值。下面參考附圖并通過純舉例的方式對該實(shí)施例做更詳盡的描述。
圖1是本裝置的縱剖面圖。
圖2是沿Ⅱ-Ⅱ線所示的平面取出的橫截面。
根據(jù)圖1和圖2所示，本裝置有一個(gè)節(jié)流系統(tǒng)1，帶有四個(gè)節(jié)流(或阻流)部件2，這些部件由片簧構(gòu)成的彈性連接件3連接在節(jié)流系統(tǒng)1的底板5上。片簧的平面安裝在其與各自的應(yīng)變片傳感器相連接的連接處附近。這些傳感器裝配在適當(dāng)?shù)碾娐分?，共同組成了本裝置的檢測信號輸出部分14。彈性支架3，片簧底板5以及檢測信號輸出部分14，全部密封裝配在殼體7的內(nèi)部空間8中，圖1中有不到。節(jié)流系統(tǒng)1的底板5與殼體7剛性連接。殼體7經(jīng)中間部件10與本裝置的外殼11相連，以使本裝置得以剛性懸浮在所需的高度，例如在礦井巷道中，并取與流向相一致的方向。本裝置還有一個(gè)氣流導(dǎo)板12裝配在包括節(jié)流(或阻流)部件2的節(jié)流系統(tǒng)1一邊，在其相對的另一邊另有一個(gè)氣流導(dǎo)板13用于那個(gè)方向的測量。
在所示實(shí)施例中，該節(jié)流系統(tǒng)1中的平衡軸9與整個(gè)裝置中節(jié)流系統(tǒng)1的對稱軸相一致。
由應(yīng)變片壓力傳感器組成的輸出部分14與圖中未示出的記錄組件相連接，記錄組件包括一放大器，信號傳送器，顯示器并可能包括一信號處理部分。
上述裝置有下列作用流質(zhì)，例如空氣，撞擊節(jié)流(或阻流)部件2，撞擊的結(jié)果使氣流方向改變，流動(dòng)空氣的沖力也發(fā)生改變，氣流的撞擊對節(jié)流(或阻流)部件2產(chǎn)生了與流動(dòng)方向一致的作用力。作用力的一個(gè)分力與平衡軸9平行并將一定量的扭矩傳至節(jié)流(或阻流)系統(tǒng)1。其余的分作用力并不會(huì)使彈性支架3產(chǎn)生干擾變形。
由于扭矩的作用，使片簧產(chǎn)生彈性變形，而這一形變又使輸出部分14產(chǎn)生了相應(yīng)的輸出信號。
檢測輸出裝置14的輸出信號傳入適當(dāng)增益的放大器中，放大器將信號放大到所需的程度。該信號可在任何所需的顯示器上顯現(xiàn)，進(jìn)行模擬顯示或數(shù)字顯示，也可輸入記錄裝置中。相應(yīng)放大后的信號也可被傳至很遠(yuǎn)的距離之外，以供進(jìn)行其它數(shù)據(jù)或信號處理。例如信號可輸入遙控系統(tǒng)和/或由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。在圖示例中未示出補(bǔ)償器。
關(guān)于附圖中未示出的補(bǔ)償器的純舉例性的實(shí)施例講解如下在一定情況下，補(bǔ)償器可為一個(gè)連接在節(jié)流/阻流系統(tǒng)1上的移動(dòng)線圈。由于節(jié)流/阻流系統(tǒng)1承受扭矩的結(jié)果，該移動(dòng)線圈也力圖轉(zhuǎn)動(dòng)。通過適當(dāng)?shù)臋z測儀，例如一個(gè)裝有發(fā)光二極管、光電晶體管和光敏電阻等的光學(xué)檢測儀，可產(chǎn)生一個(gè)輸出信號，該信號在所需角度范圍內(nèi)是角位移的一個(gè)單調(diào)連續(xù)函數(shù)。該輸出信號隨后被送入適當(dāng)?shù)母咴鲆骐娮臃糯笃髦?，該放大器的輸出為電流源型。如果將輸出電流以適當(dāng)?shù)南辔惠斎胍苿?dòng)線圈，則移動(dòng)線圈承受的作用力會(huì)使移動(dòng)線圈沿著節(jié)流/阻流系統(tǒng)1承受的扭矩的相反方向移動(dòng)，這種方法可使移動(dòng)角動(dòng)的程度很小以至于實(shí)際上可將其看作靜止不動(dòng)。在這種情況下，可以方便地將電流或與之成比例的電壓值作為輸出信號，并將其施加在移動(dòng)線圈上。
本發(fā)明提出的解決辦法的主要優(yōu)點(diǎn)綜述如下1.該裝置的測量靈敏度和跟蹤信號的能力要優(yōu)于相同用途的傳統(tǒng)裝置。
2.節(jié)流/阻流部件的平衡性使驅(qū)動(dòng)或起動(dòng)的臨界值變低。
3.實(shí)際上本裝置只裝有固定部件，結(jié)構(gòu)簡單，因此其生產(chǎn)成本，使用和維修費(fèi)用低廉。
4.本裝置可廣泛應(yīng)用，甚至可在困難的工作條件下應(yīng)用，并可連續(xù)工作，幾乎不需任何維修，而且工作可靠。
5.本解決辦法適于追蹤流速非常低時(shí)流量的變化。例如，本裝置適用于檢測所需要的或任何意外的氣流并適于在工作場所，階梯教室和會(huì)議廳，在空調(diào)場所、冷藏庫、貯藏器以及工農(nóng)業(yè)用途的不同場合調(diào)節(jié)氣流。
6.本發(fā)明所述裝置及測量方法可進(jìn)一步用來測量流動(dòng)情況并測定河流及其它大水量的流速分布情況。同時(shí)還可用于特別低的垂直流速中，例如用于水的自動(dòng)靜化程序之中。
權(quán)利要求
1.檢測介質(zhì)流動(dòng)和/或測定其流速的裝置，該裝置包括一可在流質(zhì)的作用下移位的靜止節(jié)流/阻流系統(tǒng)、檢測節(jié)流/阻流系統(tǒng)承受的作用力的信號傳感器、一個(gè)非必備的用于放大和/或傳遞和/或顯示和/或處理傳感器的信號的記錄組件；該裝置的特點(diǎn)為它包括內(nèi)部空間(8)全部或部分地與流質(zhì)隔離的一殼體(7)，平衡裝置在一個(gè)與流向一致的軸(9)上的節(jié)流/阻流部件(2)，該節(jié)流/阻流部件(2)固定在節(jié)流/阻流系統(tǒng)(1)上并適宜地安裝在內(nèi)部空間(8)的外側(cè)，另外還包括一個(gè)彈性支架(3)和/或一個(gè)全部或部分補(bǔ)償節(jié)流/阻流部件(2)承受的作用力的補(bǔ)償組件。
2.按照權(quán)利要求
1所述的裝置，其特點(diǎn)在于其節(jié)流/阻流部件(2)與內(nèi)部空間(8)密封連接。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的裝置，其特點(diǎn)在于彈性支架(3)在節(jié)流/阻流部件(2)和節(jié)流系統(tǒng)(1)的底板(5)之間裝有片簧，平衡軸(9)裝在片簧的平面上。
4.按照權(quán)利要求
1至3中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特點(diǎn)在于補(bǔ)償組件是一個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)和/或重量機(jī)構(gòu)和/或一個(gè)電磁裝置。
5.按照權(quán)利要求
1至4中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特點(diǎn)在于檢測傳感器(14)和/或補(bǔ)償組件安裝在內(nèi)部空間(8)中，必要時(shí)以電絕緣的方式安裝。
6.按照權(quán)利要求
1至5中任何一項(xiàng)所述的裝置，其特點(diǎn)在于節(jié)流/阻流部件的平面可相對于流向作調(diào)整。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1至6中任何一項(xiàng)所述的裝置，用一平衡的、非旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)檢測介質(zhì)的流量和/或測定流速的方法，其特點(diǎn)在于測量垂直于平衡軸的流質(zhì)的節(jié)流/阻流作用力的分量的扭矩或測量該扭矩造成的(可能是彈性的)形變。
專利摘要
一流量計(jì)，包括殼體7，7裝有可旋轉(zhuǎn)的葉片2，2彈性連接在片簧3上，3上裝有應(yīng)變片壓力傳感器14。傳感器14的輸出信號送到一補(bǔ)償組件，至少部分地補(bǔ)償流質(zhì)施加在節(jié)流/阻流系統(tǒng)1上的力。系統(tǒng)1包括部件2和3。
文檔編號G01F1/28GK85103658SQ85103658
公開日1986年12月3日 申請日期1985年5月21日
發(fā)明者伊斯特萬·拉克茲克, 奧托·魯考尼特斯, 伊斯特萬·托思 申請人:塔塔巴尼亞斯曾巴尼亞克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan