專利名稱：一種測量極低流體流速的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種測量流體流速的方法和裝置，特別涉及一種測量下限可至0.01m/s的方法和裝置。
在科學(xué)研究和在工程應(yīng)用中，有時需要測量反應(yīng)容器或管道中某一測點的流體(液體或氣體)流速。比較經(jīng)典的方法主要是畢托管法。用畢托管測速和確定流量有嚴(yán)密的理論依據(jù)，構(gòu)造簡單，使用方便，是一種成熟、可靠、使用方便的測量方法。畢托管一般由兩根同軸或平行焊接的管組成。其中一根管的末端為半球形，球形的頂端有一小孔，此管用來顯示測點流體的總壓強。另一根管的管壁上開設(shè)數(shù)個小孔，此管用來顯示測點流體的靜壓強。通過測量總壓強和靜壓強的差，就可以依據(jù)流體力學(xué)中的能量守恒方程計算流體的流速。但目前常見的測壓裝置多因為量程下限的限制，難以測量微小的壓差。因此，當(dāng)流速很小時，例如當(dāng)水的流速小于0.2m/s時，幾乎就無法測量。本發(fā)明提出一種利用畢托管原理和顯微讀數(shù)原理的測點流速測量方法，可使流速測量的下限和測量精度擴展到0.01m/s以下。(參考文獻《工程流體力學(xué)》，莫乃榕主編，華中理工大學(xué)出版社，2000年)本發(fā)明的方法如下以畢托管作為測點總壓強和靜壓強的探測裝置，以鉛垂放置的刻度測壓雙管管作為壓強的測量裝置，以讀數(shù)顯微作為精確讀取測壓管水頭的裝置。讀數(shù)顯微鏡安裝在帶萬向?qū)к壪到y(tǒng)和水平儀的底座上，以保證測量和顯微鏡對焦的精確度，并使操作簡便。測量時，將畢托管的探測段放置在測點處，并使畢托管的全壓孔正對流線的方向?？潭葴y壓雙管中的測量介質(zhì)可以選用不影響被測量流體的液體或者與被測量流體相同，如水、水銀、各種油等。將畢托管與刻度測壓雙管相連接，測壓管須保持鉛垂。當(dāng)壓差不要求精確至毫米液柱以下時，可以直接利用測壓雙管上的刻度讀取壓差。當(dāng)要求的精確度更高時或者當(dāng)流速極低時，則利用讀數(shù)顯微鏡讀取雙管的液位差。根據(jù)待測量流體的具體情況可以選擇不同型號的畢托管?？晒┻x擇的畢托管一般有四種標(biāo)準(zhǔn)型、背靠型、防堵型和笛型。標(biāo)準(zhǔn)型畢托管用于懸浮物含量較低的流體流速的測量，背靠型和防堵型畢托管都是用在懸浮物含量較高的流體流速的測量，笛型畢托管主要是用來測量一定距離內(nèi)的平均流速。測點的流速用下列公式計算ν=2ρ2ghρ1--------(1)]]>式中，ν為測點流速，m/s；ρ1為被測量流體的密度，kg/m3；ρ2為測壓管中測量介質(zhì)的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；h為刻度測壓雙管的水頭差，m。
本方法的主要優(yōu)點是可以測量測點的流速，測量精度高、測量的下限低，并且安裝和操作簡便。對于水而言，測量的精度和下限可以小于0.01m/s。另外，本方法所需裝置的造價也較低。
本發(fā)明的裝置如下如附圖所示，由畢托管1、刻度測壓雙管5、讀數(shù)顯微鏡4和讀數(shù)顯微鏡安裝平臺3組成。雙刻度測壓管的測量部分平行安裝在支架8上，支架8帶鉛垂調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以保證測壓管與水平面垂直?？潭葴y壓雙管5為固定在一起的兩根平行的玻璃管，玻璃管的的內(nèi)徑推薦為0.5～1.5cm，兩管的共用一個刻度體系，其上刻度至毫米。讀數(shù)顯微鏡的安裝平臺3具備水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)和導(dǎo)軌系統(tǒng)。水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用是保證讀數(shù)顯微鏡的安裝平面與水平面平行。導(dǎo)軌的作用是使讀數(shù)顯微鏡可以在三維方向平動，以便于測量和顯微鏡對焦。根據(jù)實際情況，也可以將導(dǎo)軌系統(tǒng)設(shè)計為僅可在水平面內(nèi)作二維平動或轉(zhuǎn)動，或者進一步簡化為僅可以在水平面內(nèi)沿一維方向移動。根據(jù)實際需要可選擇不同精度的讀數(shù)顯微鏡，常見的讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)精度為0.0025mm。
本發(fā)明裝置的使用方法如下(1)將畢托管的探測端6安放在測點位置，使畢托管的全壓孔正對測點處的流線方向。
(2)用軟管2將畢托管的測壓端口7分別與刻度雙管5下端連接。
(3)調(diào)節(jié)刻度支架8，使刻度雙管5的測量部分垂直于水平面。
(4)調(diào)節(jié)底座3上的水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使讀數(shù)顯微鏡3的安裝平面平行于水平面。
(5)如果對水頭差的測量精度達到毫米級即可滿足需要時，直接從刻度雙管上讀出兩測壓管的水頭差。
(6)如果對水頭差的測量精度要求達到毫米級以下，則按照以下步驟i.當(dāng)水頭差大于1mm時，先利用測壓管上的刻度讀出每一測壓管內(nèi)的水頭至整數(shù)毫米，再用讀數(shù)顯微鏡讀出不足1毫米的部分，即可計算兩管內(nèi)的水頭差。
ii.當(dāng)水頭差小于1mm時，先將讀數(shù)顯微鏡與一個測壓管內(nèi)的彎月形液面對焦，并使讀數(shù)顯微鏡內(nèi)的讀數(shù)叉絲與彎月面相切。然后將讀數(shù)顯微鏡在水平面內(nèi)平動并與另一測壓管內(nèi)的彎月形液面對焦，移動讀數(shù)顯微鏡內(nèi)的讀數(shù)叉絲與該測壓管內(nèi)的彎月形液面相切，記錄叉絲移動的距離，即為兩測壓管的水頭差。
(7)根據(jù)公式(1)計算測點的流速。
實施例測量氣升式反應(yīng)器內(nèi)的流速分布，反應(yīng)器內(nèi)的流體為水。結(jié)合


如下由于被測量的介質(zhì)為懸浮物濃度較低的水，因此選用標(biāo)準(zhǔn)型的畢托管作為總水頭和靜水頭的探測裝置。讀數(shù)顯微鏡的安裝平臺具萬向?qū)к壪到y(tǒng)，可使讀數(shù)顯微鏡在三維方向平動。讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)精度為0.0025mm。本例中流速小于0.1m/s。結(jié)合

如下(1)將畢托管的探測端6安放在測點位置，使畢托管的全壓孔正對測點處的流線方向。
(2)用軟管2將畢托管的測壓端口7分別與刻度雙管5下端連接。
(3)操作刻度支架8，使刻度雙管5的測量部分垂直于水平面。
(4)操作底座3上的水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使讀數(shù)顯微鏡3的安裝平面平行于水平面。
(5)操作萬向?qū)к壪到y(tǒng)3和讀數(shù)顯微鏡4的對焦系統(tǒng)，使讀數(shù)顯微鏡與一個測壓管內(nèi)的彎月形液面對焦，并使讀數(shù)顯微鏡內(nèi)的讀數(shù)叉絲與其彎月面相切。
(6)操作萬向?qū)к壪到y(tǒng)3僅允許讀數(shù)顯微鏡在水平面內(nèi)平動，并操作讀數(shù)顯微鏡4的對焦系統(tǒng)，使讀數(shù)顯微鏡與另一測壓管內(nèi)的彎月形液面對焦。
(7)移動讀數(shù)顯微鏡內(nèi)的叉絲使其與彎月形液面相切，記錄叉絲移動的距離，即為兩測壓管的水頭差。
(8)根據(jù)公式(1)計算測點的流速。
(9)移動畢托管1使其探測端至另一待測點，重復(fù)上述(1)～(8)的步驟測定測點流速。
權(quán)利要求
1.一種測量容器或管道內(nèi)測點流速的方法，其特征在于，測量液體流速的下限至0.01m/s以下，測量氣體流速的下限至0.1m/s以下。
2.如權(quán)利1所說的方法，其特征在于，采用畢托管的原理探測測點總壓強和靜壓強，采用刻度測壓雙管法測量畢托管總壓和靜壓，采用讀數(shù)顯微鏡法使得對測壓管內(nèi)的水頭高度的測量精度達到0.001mm或更高精度。
3.一種測量容器或管道內(nèi)測點流速的裝置，其特征在于，包括畢托管、刻度測壓雙管和顯微讀數(shù)系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求3所說的畢托管，其特征在于，可以根據(jù)待測流體的性質(zhì)，選擇標(biāo)準(zhǔn)型、S型、防堵型和笛型畢托管。
5.如權(quán)利要求3所說的刻度測壓雙管，其特征在于，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)將刻度測壓雙管的測量部分校準(zhǔn)至與水平面垂直。
6.如權(quán)利要求3所說的刻度測壓雙管，其特征在于，其測量部分固定在一起并擁有同一個刻度體系。
7.如權(quán)利要求3所說的顯微讀數(shù)系統(tǒng)，其特征在于，讀數(shù)顯微鏡安裝在一具水平校準(zhǔn)系統(tǒng)的平臺上，并使讀數(shù)顯微鏡物鏡的光學(xué)軸線與水平面平行。
8.如權(quán)利要求7所說的讀數(shù)顯微鏡的安裝平臺，其特征在于，具有導(dǎo)軌系統(tǒng)，可使讀數(shù)顯微鏡在三維方向平動。
9.如權(quán)利要求8所說導(dǎo)軌系統(tǒng)，其特征在于，可以設(shè)計為使讀數(shù)顯微鏡僅在水平面內(nèi)沿一維方向移動，或者在水平面內(nèi)沿二維方向平動或轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明提出一種測量容器或管道內(nèi)測點流體流速的方法和裝置。本發(fā)明的方法是利用畢托管作為測點總壓強和靜壓強的探測裝置，利用刻度測壓雙管作為壓差的測量裝置，利用讀數(shù)顯微鏡作為測壓管內(nèi)水頭的讀取裝置。測量的精度，對于液體可至0.01m/s以下，對于氣體可至0.1m/s以下。本發(fā)明的裝置中包括一個畢托管，一個刻度測壓雙管系統(tǒng)和一個顯微讀數(shù)系統(tǒng)。
文檔編號G01P5/165GK1508548SQ0215545
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月13日
發(fā)明者范彬, 欒兆坤, 鹿道強, 賈智萍, 范 彬 申請人:中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心