分布力層流流量計的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及流量計技術(shù)領(lǐng)域，具體為層流流量計技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 層流流量計是根據(jù)流體以層流方式流經(jīng)流量計流道時，其壓降與流量成正比的原 理設(shè)計和工作的。層流流量計一般由層流流量傳感器、差壓計、壓力溫度補償傳感器和流量 積算單元組成，其中層流流量傳感器典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括傳感器本體、層流阻流件、取 壓裝置、整流器四個部分。
[0003] 層流流量計中的核心元件是層流阻流件，層流阻流件從軸線方向看是一個蜂窩狀 的圓盤，相當(dāng)于許多薄壁細(xì)管排在一起，流量計正常工作時，流體在細(xì)管中流動處于層流流 動狀態(tài)。假設(shè)細(xì)管當(dāng)量直徑為d，則細(xì)管兩端(即阻流件前后)壓降
(1) 式中，L-細(xì)管長度，即阻流件厚度;P -流體密度;V-細(xì)管內(nèi)平均流速;C-細(xì)管內(nèi)流動起 始段長度有關(guān)的系數(shù)，一定范圍內(nèi)可取為常數(shù);Re-雷諾數(shù)。雷諾數(shù)Re定義為
(2) 式中，流體的動力粘性系數(shù)。
[0004] 假設(shè)細(xì)管的流通截面積為J，則壓降與通過流量轉(zhuǎn)的關(guān)系為
(3) 可見，流量與壓降的一次方成正比，考慮到總流量是通過所有阻流件細(xì)管流量之和，通 過流量計的總流量可記為 (4) 瓦甲
ki_系數(shù)，由層流流量計結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。
[0005] 層流流量計由于差壓與流量呈線性關(guān)系，還具有內(nèi)部無可動部件、可靠性高、響應(yīng) 速度快等特點，比較適合于脈動氣流、微小流量的測量，在環(huán)保、醫(yī)療和汽車行業(yè)獲得應(yīng)用， 在天然氣計量方面也有很大潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的層流流量計進(jìn)行改進(jìn)，通過測量流體作用在層流阻流件上的力 進(jìn)而獲得流量。具體技術(shù)方案如下： 一種分布力層流流量計，由測量管、蜂窩阻流件、連接桿、測力傳感器和流量積算與顯 示輸出單元組成，通過測量流體作用在蜂窩阻流件上的力實現(xiàn)流量測量。
[0007] 進(jìn)一步的，采用沿測量管周向均布的三個所述測力傳感器測量蜂窩阻流件所受流 體的作用力，流體對阻流件的作用力等于三個力傳感器所測得三個力之和。
[0008] 進(jìn)一步的，流體在蜂窩阻流件的蜂窩通道中做層流流動，流體對阻流件的總作用 力與流量成正比，與速度分布無關(guān)。
[0009] 進(jìn)一步的，所述連接桿將蜂窩阻流件與三個測力傳感器連接起來，其中連接桿與 蜂窩阻流件之間為鉸接。
[0010]本發(fā)明具有的有益效果是： 1)通過測量層流阻流件所受流體作用力來獲得流量，流量與力的一次方成正比，使得 信號處理更加簡單可靠，更加容易提高測量準(zhǔn)確度。
[0011] 2)采用周向均勻布置的三個測力傳感器測量阻流件受到流體的作用力，連接桿與 阻流件之間為鉸接，這種設(shè)計可保證力的作用中心位置對力值測量沒有影響，即流體作用 力可以獲得準(zhǔn)確測量?？紤]到流量與流體作用力的一次方成正比，速度分布對流量測量沒 有影響，分布力層流流量計對測量直管段長度沒有要求。
【附圖說明】
[0012] 圖1是典型的層流流量傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2a是分布力層流流量計的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2b是分布力層流流量計的A-A剖視圖； 圖3蜂窩阻流件受力分析圖； 圖中附圖標(biāo)記含義： 1-測量管;2-蜂窩阻流件;3-連接桿;4-測力傳感器;5-流量積算與顯示輸出單元;6- 信號線。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014] 本發(fā)明提出了一種分布力層流流量計。具體原理如下： 參見圖2,所發(fā)明的分布力層流流量計由測量管1、蜂窩阻流件2、連接桿3、測力傳感器 4、流量積算與顯示輸出單元5和信號線6組成。采用沿測量管周向均布的三個測力傳感器4 測量蜂窩阻流件2所受流體的作用力，連接桿3將蜂窩阻流件2與三個測力傳感器4連接起 來，其中連接桿3與蜂窩阻流件2之間為鉸接。流量計通過測量流體作用在阻流件上的力實 現(xiàn)流量測量。
[0015] 流量計工作原理如下： 流量計正常工作時，流體在蜂窩阻流件的蜂窩通道中做層流流動，假設(shè)阻流件共有N個 通道，每個通道流通截面積和當(dāng)量直徑都一樣，分別為A和d，通道長度（即蜂窩阻流件厚度） 為L，其中第i個通道內(nèi)平均流速為吟:，流量為~，則通道兩端的壓降 流體作用在這個通道壁面上的摩擦力為 (5) (6) (7) 流體對阻流件作用總的摩擦力為
[0016] 由（7)式可知，流體對蜂窩阻流件的總摩擦作用力與流量的一次方成正比，且與作 用力的作用中心或速度分布無關(guān)。當(dāng)然，由于蜂窩通道壁厚不為零，必然引起流體流線方向 改變和流體質(zhì)點的滯止，也會貢獻(xiàn)一部分流動阻力，此慣性阻力與流體的密度有關(guān)，且與流 速的平方成正比。當(dāng)蜂窩通道長徑比達(dá)到一定數(shù)值時，流體慣性阻力的影響可忽略不計，公 式(7)成立。
[0017] 本發(fā)明采用三個測力傳感器來測力蜂窩阻流件所受流體作用力，且阻流件與連接 桿之間是鉸接，鉸接處到測力傳感器之間的距離（即力臂）Ι^α 2α3是確定不變的（參見圖 3)，這樣阻流件所受流體作用力f在數(shù)值上嚴(yán)格等于三個測力傳感器所測得的三個力之和， 即： F = F：+ F2 + F3 (8) 即便當(dāng)測量管內(nèi)流速分布畸變導(dǎo)致作用力F的作用中心偏離管道中心，測力傳感器所 測得的力值也不會受到影響，考慮到流量與流體作用力的一次方成正比，速度分布對流量 測量沒有影響，因此，所發(fā)明的分布力層流流量計對測量直管段長度沒有要求。
【主權(quán)項】
1. 一種分布力層流流量計，由測量管（1)、蜂窩阻流件（2)、連接桿(3)、測力傳感器(4) 和流量積算與顯示輸出單元(5)組成，其特征在于:通過測量流體作用在蜂窩阻流件(2)上 的力實現(xiàn)流量測量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布力層流流量計，其特征在于:采用沿測量管周向均布 的三個所述測力傳感器(4)測量蜂窩阻流件(2)所受流體的作用力，流體對阻流件的作用力 等于三個力傳感器所測得三個力之和。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分布力層流流量計，其特征在于:流體在蜂窩阻流件（2) 的蜂窩通道中做層流流動，流體對阻流件的總作用力與流量成正比，與速度分布無關(guān)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布力層流流量計，其特征在于:所述連接桿(3)將蜂窩 阻流件(2)與三個測力傳感器(4)連接起來，其中連接桿(3)與蜂窩阻流件(2)之間為鉸接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布力層流流量計的原理和結(jié)構(gòu)。該流量計由測量管、蜂窩阻流件、連接桿、測力傳感器和流量積算與顯示輸出單元組成。沿測量管周向均布的三個連接桿將阻流件與三個測力傳感器連接起來，連接桿與阻流件為鉸接。工作時，流體以層流方式流經(jīng)阻流件蜂窩狀通道，對通道壁面產(chǎn)生摩擦力作用，流體對阻流件的作用力與流量成正比。流體對阻流件的作用力通過連接桿傳遞到測力傳感器上，由測力傳感器測出，進(jìn)而可以獲得流量值。相對于傳統(tǒng)的層流流量計，本發(fā)明采用測力而不是測量壓力降的辦法，而且采用阻流件周向三個點進(jìn)行測力，這種設(shè)計可以消除流速分布對流量測量的影響，因此，所發(fā)明的分布力層流流量計可不需要直管段。
【IPC分類】G01F1/36
【公開號】CN105675069
【申請?zhí)枴緾N201610129434
【發(fā)明人】張洪軍, 李開慧
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月8日