專利名稱：冷熱式流量計及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體流量的計量領(lǐng)域，是一種冷熱式流量計及其測量方法。二、 背景技術(shù)流體分為氣體和液體，例如空氣、氮氣、水蒸汽、熱水、冷凍水等，當(dāng)流體的溫 度高于環(huán)境大氣溫度時，這樣的流體稱為熱流體，而當(dāng)流體的溫度低于環(huán)境大氣溫度 時，這樣的流體稱為冷流體。在建筑采暖空調(diào)以及工業(yè)生產(chǎn)中，涉及到多種流體，并 且需要測量這些流體的流量。測量流體流量的儀器稱為流量計，根據(jù)流體流量與流量 計所測流體某個參數(shù)的相關(guān)性，就有了多種形式的流量計，熱式流量計就是目前一種 新型流量計。熱式流量計有兩個測量流體溫度的傳感器，即A號和B號溫度傳感器， 這兩個溫度傳感器都插入待測流量的流體中，其中A號溫度傳感器用來測量流體的實際溫度，B號溫度傳感器上附著一個微型電加熱器，給該電加熱器提供定量的電能來 對B號溫度傳感器加熱，使B號溫度傳感器所測溫度遠(yuǎn)高于待測流量的流體溫度。當(dāng) 流體流過B號溫度傳感器時，流體就會冷卻B號溫度傳感器使其所測的溫度下降。流 體的流動傳熱規(guī)律揭示流體的流量越大，B號溫度傳感器的溫度就降低的越多。這 樣，熱式流量計由A號和B號溫度傳感器所測的溫度以及B號溫度傳感器上的電加熱 器的電功率，就可以得出待測的流體流量。熱式流量計具有結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高， 不需要進行流體壓力補償?shù)膬?yōu)點，但熱式流量計也存在著兩個缺陷，其一是，由于液 體的對流換熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于氣體的對流換熱系數(shù)，所以在測流液體流量時就需要消耗 比測量氣體流量要大得多的電功率，所以熱式流量計不適宜測量液體流量；其二是， 熱式流量計需要微型電加熱器、高容量的電池、以及微型電加熱器與B號溫度傳感器 達到良好的同溫工藝匹配，所以熱式流量計的制造成本也較高。在流體流量測量的某 些應(yīng)用場合，完全可以利用流體與環(huán)境之間存在著溫度差的潛能資源，形成一種新型 的流體流量測量方法和流量計。三、 發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)熱式流量計存在的不適宜測量液體流量、以及制造成本較高的缺 陷，本發(fā)明提出了一種冷熱式流量計及其測量方法。本發(fā)明包括溫度傳感器、散熱片、導(dǎo)熱桿、絕熱套筒和絕熱桿，其中 散熱片為薄圓片，其直徑為導(dǎo)熱桿橫截面直徑的4至8倍，與導(dǎo)熱桿呈"T"字形 固定連接。導(dǎo)熱桿為圓形桿，兩端分別固定嵌裝有溫度傳感器， 一端與散熱片的中心 處固定連接。導(dǎo)熱桿套裝在絕熱套筒內(nèi)，兩者之間為緊密配合。絕熱桿為細(xì)長桿，一 端固定有溫度傳感器。套筒為有蓋的薄壁圓筒，在上蓋和底部中心一側(cè)均有絕熱套筒 的安裝孔，兩個孔的位置相互對應(yīng)，其內(nèi)徑均與導(dǎo)熱桿的外徑相同；在套筒底部中心 另一側(cè)還有絕熱桿的安裝孔，其內(nèi)徑與絕熱桿的外徑相同；在套筒的外壁面一端有螺 紋。在流體管道的管壁上開一直徑與套筒外直徑相同的內(nèi)螺紋孔，將套筒一端的螺紋 旋入圓孔。將套裝有導(dǎo)熱桿的絕熱套筒穿過位于套筒筒底部的絕熱套筒的安裝孔，同 時將絕熱桿的一端通過位于套筒筒底部的絕熱桿的安裝孔穿入套筒內(nèi)，并使導(dǎo)熱桿上 的溫度傳感器和絕熱桿上的溫度傳感器均浸入流體中；用絕熱材料填充套筒內(nèi)的空隙； 蓋上套筒的上蓋，并使絕熱套筒穿過位于上蓋上的絕熱套筒安裝孔。本發(fā)明利用待測流量的流體與環(huán)境大氣之間存在著溫度差這一傳熱潛能特性，在 待測流量的流體與環(huán)境大氣之間之間設(shè)置傳熱部件即傳熱桿，并在該傳熱桿端部設(shè)置 散熱片來加強傳熱，將流體溫度傳感器和導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器均插入待測流量的流體管道中，由流體溫度傳感器的溫度7;、導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器的溫度r,和導(dǎo)熱桿上 端溫度傳感器的溫度r;，以及由導(dǎo)熱桿的導(dǎo)熱率g^V尸r(&-K)/丄 (1)并與導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與流體之間的對流換熱率G2 = (^^) "7;—r2) (2) 并與流體的流動換熱參數(shù)iVw =」.Re'"-Pr" (3)c二;r.z)屮 VD.iy(r廣r3) 士 (6) 一 4v"'Pr"F2 .(J,-r2)在上式(1)至式(6)中，2為導(dǎo)熱桿的傳熱率，A為導(dǎo)熱桿的導(dǎo)熱系數(shù)，尸,為導(dǎo)熱 桿的橫截面面積，丄為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與上端溫度傳感器之間的長度，G為待 測的流體流量，A^為流體的努謝爾數(shù)，義2為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，D為流體流過的管道內(nèi) 直徑，^為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與流體接觸的表面積，」、m和"均為冷熱式流量 計的標(biāo)定系數(shù)，Re為流體的雷諾數(shù)，Pr為流體的普朗特數(shù)，F(xiàn)為流體的流速，p為流 體的密度，//為流體的動力粘性系數(shù)，兀為圓周率，由流體溫度與流體物性表可得流 體的導(dǎo)熱系數(shù)^、動力粘性系數(shù)/i及普朗特數(shù)Pr。將冷熱式流量計放在熱流體或冷流體的流量標(biāo)定實驗臺上，通過流量標(biāo)定實驗得 出冷熱式流量計的標(biāo)定系數(shù)^、 m和"。本發(fā)明依據(jù)熱流體或冷流體與環(huán)境大氣之間存在的溫度差，利用這一冷熱溫差的 傳熱潛能特性，在待測流量的流體與環(huán)境大氣之間設(shè)置傳熱部件，通過測量傳熱部件 的傳熱量來得出熱流體或冷流體的流量，克服了現(xiàn)有技術(shù)熱式流量計存在的不適宜測 量液體流量、以及制造成本較高的缺陷，具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的 優(yōu)點。(四)


圖l是冷熱式流體計的結(jié)構(gòu)示意圖，其中 1.散熱片 2.溫度傳感器3.套筒 4.絕熱桿 5.流體溫度傳感器6.溫度傳感器7.導(dǎo)熱桿 8.絕熱套筒9.管壁 10.管道(五)
具體實施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進一步描述 實施例一本實施例是用于測量采暖管道中的流體流量的冷熱式流量計，包括散熱片1、導(dǎo) 熱桿7、絕熱套筒8、絕熱桿4，其中散熱片1是用純銅制成的薄圓片，其直徑為導(dǎo)熱桿橫截面直徑的8倍，散熱片l 的中心處與導(dǎo)熱桿7的一端用銅焊焊接成"T"字。導(dǎo)熱桿7是用純銅金屬制成的圓桿，其直徑為3mw，在有散熱片1的一端鉆孔并 嵌裝有鉑電阻溫度傳感器2，在另一端同樣鉆孔并嵌裝有鉑電阻溫度傳感器6。絕熱套)絕熱材料制成，其內(nèi)直徑和長度均與導(dǎo)熱桿7的直徑和長度 相同，其壁厚為3^n,將導(dǎo)熱桿7套裝在絕熱套筒8內(nèi)，兩者之間為緊密配合。絕熱桿4是用改性聚苯醚(MPP0)絕熱材料制成的實心細(xì)長桿，其直徑3.5ww，在 絕熱桿4的下端鉆孔并嵌裝有鉑電阻溫度傳感器5。套筒3為有蓋的薄壁圓筒，用聚 苯硫醚(PPS)材料注塑而成；在套筒3的上蓋和底部有絕熱套筒8的安裝孔，兩個孔的 位置相互對應(yīng)，均位于套筒中心一側(cè)，并且兩個孔的內(nèi)徑與導(dǎo)熱桿7的外徑相同；在 套筒3的底部有絕熱桿4的安裝孔，該孔位于套筒中心另一側(cè)，其內(nèi)徑與絕熱桿4的 外徑相同；在套筒3的外壁面一端有螺紋。裝配時，在流體管道的管壁9上開一直徑與套筒3外直徑相同的內(nèi)螺紋孔，將套 筒3 —端的螺紋旋入圓孔。將套裝有導(dǎo)熱桿7的絕熱套筒8穿過位于套筒3筒底部的 絕熱套筒8的安裝孔，同時將絕熱桿4的一端通過位于套筒3筒底部的絕熱桿的安裝 孔并位于套筒3內(nèi)，并使導(dǎo)熱桿7上的溫度傳感器6和絕熱桿4上的溫度傳感器5均 位于將來測量流體的一側(cè)；用改性聚苯醚(MPPO)絕熱材料的粉粒填充套筒3內(nèi)的空隙； 蓋上套筒3的上蓋，并使絕熱套筒8穿過位于上蓋上的絕熱套筒安裝孔。流體溫度傳感器5和導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器6均插入待測流量的流體管道中，由 流體溫度傳感器5的溫度r,、導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器6的溫度r,和導(dǎo)熱桿上端溫度傳 感器2的溫度^，得出待測的流體流量G為4、 u.Pr"尸2 .(r,-r2)其中，；r為圓周率，D為流體流過的管道內(nèi)直徑，//為流體的動力粘性系數(shù)，義,為 導(dǎo)熱桿的導(dǎo)熱系數(shù)，^為導(dǎo)熱桿的橫截面面積，人為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，丄為導(dǎo)熱桿下 端溫度傳感器與上端溫度傳感器之間的長度，^、 m和n均為冷熱式流量計的標(biāo)定系 數(shù)，Pr為流體的普朗特數(shù)，^為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與流體接觸的表面積，由流體 溫度與流體物性表可得流體的導(dǎo)熱系數(shù)義2、動力粘性系數(shù)p及普朗特數(shù)Pr。將冷熱式流量計放在熱水的流量標(biāo)定實驗臺上，通過流量標(biāo)定實驗得出冷熱式流 量計的標(biāo)定系數(shù)^、 m禾口n。實施例二本實施例是用于測量水蒸汽管道中的蒸汽流量的冷熱式流量計，包括散熱片1、 導(dǎo)熱桿7、絕熱套筒8、絕熱桿4，其中散熱片l是用純銅制成的薄圓片，其直徑為導(dǎo)熱桿橫截面直徑的6倍，散熱片1的中心處與導(dǎo)熱桿7的一端用銅焊焊接成"T"字。 導(dǎo)熱桿7是用純銅金屬制成的圓桿，其直徑為3wm，在有散熱片1的一端鉆孔并 嵌裝有鉑電阻溫度傳感器2，在另一端同樣鉆孔并嵌裝有鉑電阻溫度傳感器6。絕熱套 筒8用改性聚苯醚(MPPO)絕熱材料制成，其內(nèi)直徑和長度均與導(dǎo)熱桿7的直徑和長度 相同，其壁厚為3m/r2，將導(dǎo)熱桿7套裝在絕熱套筒8內(nèi)，兩者之間為緊密配合。絕熱桿4是用改性聚苯醚(MPP0)絕熱材料制成的實心細(xì)長桿，其直徑3.5wm，在 絕熱桿4的下端鉆孔并嵌裝有鉑電阻溫度傳感器5。套筒3為有蓋的不銹鋼材料制成 的圓筒，在套筒3的上蓋和底部有絕熱套筒8的安裝孔，兩個孔的位置相互對應(yīng)，均 位于套筒中心一側(cè)，并且兩個孔的內(nèi)徑與導(dǎo)熱桿7的外徑相同；在套筒3的底部有絕 熱桿4的安裝孔，該孔位于套筒中心另一側(cè)，其內(nèi)徑與絕熱桿4的外徑相同；在套筒 3的外壁面一端有螺紋。
裝配時，在流體管道的管壁9上開一直徑與套筒3外直徑相同的內(nèi)螺紋孔，將套筒3 一端的螺紋旋入圓孔。將套裝有導(dǎo)熱桿7的絕熱套筒8穿過位于套筒3筒底部的絕熱 套筒8的安裝孔，同時將絕熱桿4的一端通過位于套筒3筒底部的絕熱桿的安裝孔并 位于套筒3內(nèi)，并使導(dǎo)熱桿7上的溫度傳感器6和絕熱桿4上的溫度傳感器5均位于 將來測量流體的一側(cè)；用改性聚苯醚(MPP0)絕熱材料的粉粒填充套筒3內(nèi)的空隙；蓋 上套筒3的上蓋，并使絕熱套筒8穿過位于上蓋上的絕熱套筒安裝孔。流體溫度傳感器5和導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器6均插入待測流量的流體管道中，由 流體溫度傳感器5的溫度r,、導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器6的溫度i;和導(dǎo)熱桿上端溫度傳 感器2的溫度7;，得出待測的流體流量G為G-丌./)卞v化《-(r廣r3) 士4 ^ U'Pr"F2'(乃—72)其中，兀為圓周率，D為流體流過的管道內(nèi)直徑，//為流體的動力粘性系數(shù)，；i,為 導(dǎo)熱桿的導(dǎo)熱系數(shù)，巧為導(dǎo)熱桿的橫截面面積，A為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，丄為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與上端溫度傳感器之間的長度，j、 m和"均為冷熱式流畺計的標(biāo)定系 數(shù)，Pr為流體的普朗特數(shù)，尸2為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與流體接觸的表面積，由流體 溫度與流體物性表可得流體的導(dǎo)熱系數(shù)&、動力粘性系數(shù);/及普朗特數(shù)Pr。將冷熱式流量計放在過熱水蒸汽的流量標(biāo)定實驗臺上，通過流量標(biāo)定實驗得出冷 熱式流量計的標(biāo)定系數(shù)^、 w和n。
權(quán)利要求
1.一種冷熱式流量計，包括溫度傳感器，其特征在于還包括散熱片1、導(dǎo)熱桿7、絕熱套筒8、絕熱桿4和套筒3，其中，溫度傳感器2固定在導(dǎo)熱桿7的一端，溫度傳感器6的另一端，溫度傳感器5固定在絕熱桿4的一端；導(dǎo)熱桿7固定在絕熱套筒8內(nèi)；套筒3的端蓋與底部均有絕熱套筒8的安裝孔，套筒3的底部有絕熱桿4的安裝孔；將絕熱套筒8穿過套筒3，同時將絕熱桿4一端通過套筒3筒底部的安裝孔穿入套筒3內(nèi)，并使導(dǎo)熱桿7上的溫度傳感器6和絕熱桿4上的溫度傳感器5均浸入流體中；套筒3的外壁面一端有螺紋，并通過該螺紋與流體管道的管壁連接。
2. 如權(quán)利要求l所述冷熱式流量計，其特征在于套筒3兩端的絕熱套筒安裝孔的內(nèi)徑 同絕熱套筒8的外徑；套筒3筒底部的絕熱桿安裝孔的內(nèi)徑同絕熱桿4的外徑。
3. 如權(quán)利要求l所述冷熱式流量計，其特征在于用絕熱材料填充套筒3內(nèi)的空隙。
4. 一種使用權(quán)利要求l所述流量計的測量方法，其特征在于利用待測流量的流體與環(huán) 境大氣之間存在著溫度差的傳熱潛能特性，設(shè)置傳熱桿7，并在該傳熱桿端部設(shè)置 散熱片1來加強傳熱，通過測定導(dǎo)熱桿7的傳熱量來導(dǎo)出熱流體或冷流體的流量， 由溫度傳感器5的溫度7;、溫度傳感器6的溫度7^和溫度傳感器2的溫度r;，得出 待測的流體流量G為<formula>formula see original document page 2</formula> 其中，；r為圓周率，Z)為流體流過的管道內(nèi)直徑，p為流體的動力粘性系數(shù)，；l,為 導(dǎo)熱桿的導(dǎo)熱系數(shù)，u為導(dǎo)熱桿的橫截面面積，義2為流體的導(dǎo)熱系數(shù)，￡為導(dǎo)熱 桿下端溫度傳感器與上端溫度傳感器之間的長度，j、 w和"均為冷熱式流量計的 標(biāo)定系數(shù)，Pr為流體的普朗特數(shù)，^為導(dǎo)熱桿下端溫度傳感器與流體接觸的表面 積，由流體溫度與流體物性表可得流體的導(dǎo)熱系數(shù)義2、動力粘性系數(shù)p及普朗特 數(shù)Pr。
全文摘要
本發(fā)明是一種冷熱式流量計及其測量方法，在導(dǎo)熱桿(7)的兩端均安裝有溫度傳感器(2、6)，在絕熱支桿(4)的一端安裝有溫度傳感器(5)，并使溫度傳感器(2、5)均插入待測流量的流體管道中，在待測流量的流體與環(huán)境大氣之間形成傳熱部件，利用熱流體或冷流體與環(huán)境大氣之間存在的溫度差，以及冷熱溫差的傳熱潛能特性，分別測得流體溫度傳感器(5)的溫度T₁、導(dǎo)熱桿(7)下端溫度傳感器(6)的溫度T₂和導(dǎo)熱桿(7)上端溫度傳感器(2)的溫度T₃，以及導(dǎo)熱桿(7)的導(dǎo)熱率Q，并通過計算得到待測的流體流量G。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)熱式流量計存在的不適宜測量液體流量、以及制造成本較高的缺陷，具有測量精度高、結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低的優(yōu)點。
文檔編號G01F1/68GK101324456SQ20071001804
公開日2008年12月17日 申請日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者李世武, 陳安成 申請人:西北工業(yè)大學(xué)