专利名称：一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种流量测量装置，具体是指一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法。
背景技术：
在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径�。诳装迩叭计榷ǖ南蚯傲鞫辶鞴装迨庇捎诳拙侗湫。孛婊账酰刮榷鞫刺淮蚵遥蚨魉俳⑸浠俣燃涌欤宓木惭顾嬷档停谑窃诳装迩昂蟛沽德洌床钛�(孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小)。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就�。涣髁坑氩钛沟钠椒礁烧�。差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生 的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。多孔介质是一种具有特殊结构的材料，这种材料内部散布着许多尺寸较小的孔隙空间，孔隙空间全部或部分地相互连通，液相或气相的流体可以从这种材料的内部流过。多孔介质中固体骨架的比表面积非常大、孔隙比较狭窄，与普通材料或结构相比，在流体动力学特性方面具有一些不同的特点。目前，国内外采用多孔结构进行流量测量的装置主要选用多孔板，即在圆盘上开有多个通孔，不同发明中孔的形状、数目和分布方式不同。如申请号为201110344567. 7、专利名称为“多孔板流量计”的流量计，多孔板的开孔率为10% -60%，圆形基板中心部位具有一个大圆孔，基板的其他部位均匀排布着数只小圆孔，最外围的小圆孔与基板的周边相交而呈现为非整圆孔；又如申请号为87212304、专利名称为“流线形断面多孔测速管流量计”的专利，将普通圆形或菱形截面的多孔测速管管体改为截面外廓呈流线形的管体；又如申请号为201120277374. X、专利名称为“多孔稳流差压式流量计”的专利，节流圆盘上设有以圆盘中心为圆点对称排列的函数孔。上述发明对普通孔板流量计进行了改进，采用多孔结构，然而，这些结构不是典型的多孔介质，在低流量条件下的线性度较差，前后取压的稳定段长度较大，测量灵敏度有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法，提高在低流量条件下测量信号的线性度，提高测量的灵敏度。本发明的目的通过下述技术方案实现
一种基于多孔介质的流量测量装置，包括圆柱型的测量管，在测量管内安装有两个定位滤网，在两个定位滤网之间堆积有小球体，小球体在测量管内堆积成多层的多孔介质，在测量管的侧壁上安装有两个测压管，两个测压管位于小球体的堆积区域内。测量管整体上呈圆筒状，外部为圆柱型，内部为空腔结构，在测量管内安装两个定位滤网，在两个定位滤网之间堆积多空介质，流体可以经过定位滤网进入到多孔介质内；多孔介质采用小球体按照正四面体堆积方式堆积而成，在流体经过介质的测量管侧壁上不同位置开设有孔，在孔内安装测压管，小球体堆积而成的多孔介质是一种全部孔洞相互连通、饱和有序的介质，利用流体在流过这一多孔介质时发生能量损耗导致压力下降、且单位长度上的压降幅度与流过多孔介质的流量满足Ergun关系式的这一原理，通过差压变送器获取压差信号，然后根据压降计算得到流体的流速或流量，相对于传统的差压流量计，在流量较小的时候，稳定性更好，流体的流速差压比较稳定，形成的差压曲线在流量较小的区间内，线性度较好。所述小球体的球径小于或等于测量管直径的1/3。采用小球体的球径不大于测量管直径1/3的比例，以降低“边壁效应”对流动特性的影响，有利于提高测量的准确性和稳定性。所述小球体的堆积层数至少为10层。进一步讲，堆积结构能够较快地在f 2层小球实现充分发展流动，但为了提高测量的准确性和稳定性，考虑进出口不稳定段3 4个堆积层，堆积层不小于10层时有利于测点的布置。 所述两个测压管与两端的定位滤网在小球体轴向上的距离不小于I倍小球体的直径。滤网容易造成上下游扰动，堆积结构能够较快在f 2层小球实现充分发展流动，但为了提高测量的准确性和稳定性，测点布置适当地远离扰动区。
所述定位滤网呈圆板状，在其端面上设置有通孔。采用圆板状的定位滤网，便于设置外螺纹实现与管件的连接，在其端面上设置有通孔，用于流体的流动。所述通孔呈为圆孔或者条形孔。进一步讲，采用圆孔孔径和条形孔窄隙宽度小于小球球径的1/2,有利于固定小球堆积层。在所述定位滤网的侧面设置有外螺纹，在测量管内壁上设置有与定位滤网的外螺纹相匹配的内螺纹。进一步讲，采用螺纹连接的方式，便于定位滤网的拆装和固定小球堆积层的定位。所述测压管的开口端面向内凹陷形成倒锥形结构。一种基于多孔介质的流量测量方法，包括以下步骤
(A)利用小球体堆积成的颗粒型多孔材料；
(B)使得被测流体经过步骤(A)的颗粒型多孔材料；
(C)在被测流体经过的颗粒型多孔材料上不同地点选择两个测压点，将测压点的压力信号传输至差压变送器，形成满足Ergun关系式的曲线。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果
I本发明一种基于多孔介质的流量测量装置，采用小球堆积结构作为多孔介质结构单元，由于小球堆积结构是一种典型的饱和有序多孔介质，针对小球堆积结构流体动力学的研究数据及成果较多，有利于指导流量计的设计与标定工作，且小球制造工艺成熟，成本较低；
2本发明一种基于多孔介质的流量测量装置，由于多孔介质结构中的压降对流量较为敏感，且在流速较低时线性关系较好，因此基于这一结构的流量计具有低流速线性度良好、灵敏度高和测量范围较宽的优点；
3本发明一种基于多孔介质的流量测量装置，采用小球堆积结构作为多孔介质结构单元，定位滤网用于固定多孔介质结构，其侧面的外螺纹结构与测量管内螺纹配合，具有良好的压紧和定位功能，保证测量的稳定性，且便于现场拆卸；4本发明一种基于多孔介质的流量测量装置，采用压差作为流量测量信号，测压接管结构简单，易于与脉冲管连接，具有良好密封性和易于拆卸的优点。
图I为本发明沿测量筒轴线剖开结构示意 图2为本发明定位滤网上通孔的第一种分布示意 图3为本发明定位滤网上通孔的第二种分布示意图。附图中标记及相应的零部件名称
I-测量管，2-定位滤网，3-小球体，4-测压管，5-通孔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。实施例如图I至3所示，本发明一种基于多孔介质的流量测量装置，包括测量管1，测量管I整体呈圆筒状，采用S321不锈钢管制成，基本规格为小14父2.0臟，长度1^230111111;测量管I两端的外壁面加工有M14外螺纹，用于与螺纹法兰的连接，在测量管I内壁上距离前端面和后端面84mm处均加工有长度14mm的内螺纹,用于与定位滤网2的连接；定位滤网2为圆形S321不锈钢板，圆板外径12mm,厚度为8mm,定位滤网2的两端面加工有7个条形孔，供被测量的流体流过，作为替换形式，也可以采用圆孔代替条形孔，圆孔孔径和条形孔窄隙宽度小于小球球径的1/2，定位滤网2的侧面加工有外螺纹，与测量管I的内螺纹配合，可实现轴向定位；在两个定位滤网2之间安装有79颗Φ 3. 2的小球体3构成小球堆积结构；小球体3呈近似正四面体堆积方式，在测量管I内排列了 13层，每层堆积7个或5个小球体3，交替堆积，小球体堆积结构由定位滤网2进行压紧定位，固定在测量管I内的两处内螺纹之间的区域；测压管4为S321不锈钢管，基本规格为Φ6Χ1. 5mm，垂直焊接在测量管I侧面，与测量管I的Φ 2直孔相通，中心距为15_。测压管4出口端外侧加工有外螺纹，用于与脉冲管螺纹连接，便于拆卸，测压管4出口端内加工成倒锥形结构，便于与紫铜垫实现锥形密封；流量计的加工组装顺序是先在测量管I上钻孔，将加工好的测压管4焊接在测量管
I侧面指定位置上，对测量管I内表面进行精加工和螺纹加工，旋入一侧的定位滤网2，填充小球体3，再安装另一侧的定位滤网2。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于多孔介质的流量测量装置，包括圆柱型的测量管(1)，其特征在于在测量管(I)内安装有两个定位滤网(2)，在两个定位滤网(2)之间堆积有小球体(3)，小球体(3)在测量管(I)内堆积成多层的多孔介质，在测量管(I)的侧壁上安装有两个测压管(4)，两个测压管(4)位于小球体(3)的堆积区域内。
2.根据权利要求I所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述小球体(3)的球径小于或等于测量管(I)直径的1/3。
3.根据权利要求I所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述小球体(3)的堆积层数至少为10层。
4.根据权利要求I所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述两个测压管(4)与两端的定位滤网(2)在小球体(3)轴向上的距离不小于I倍小球体(3)的直径。
5.根据权利要求I所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述定位滤网(2 )呈圆板状，在其端面上设置有通孔(5 )。
6.根据权利要求5所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述通孔(5)呈为圆孔或者条形孔。
7.根据权利要求5所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于在所述定位滤网(2)的侧面设置有外螺纹，在测量管(I)内壁上设置有与定位滤网(2)的外螺纹相匹配的内螺纹。
8.根据权利要求I所述的一种基于多孔介质的流量测量装置，其特征在于所述测压管(4)的开口端面向内凹陷形成倒锥形结构。
9.一种基于多孔介质的流量测量方法，其特征在于，包括以下步骤 (A)利用小球体(3)堆积成的颗粒型多孔材料； (B)使得被测流体经过步骤(A)的颗粒型多孔材料； (C)在被测流体经过的颗粒型多孔材料上不同地点选择两个测压点，将测压点的压力信号传输至差压变送器，形成满足Ergun关系式的曲线。
全文摘要
本发明公布了一种基于多孔介质的流量测量装置，包括圆柱型的测量管，在测量管内安装有两个定位滤网，在两个定位滤网之间堆积有小球体，小球体在测量管内堆积成多层的多孔介质，在测量管的侧壁上安装有两个测压管，两个测压管位于小球体的堆积区域内。本发明采用小球堆积结构作为多孔介质结构单元，由于小球堆积结构是一种典型的饱和有序多孔介质，针对小球堆积结构流体动力学的研究数据及成果较多，有利于指导流量计的设计与标定工作，且小球制造工艺成熟，成本较低。
文档编号G01F1/36GK102840886SQ20121031717
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者周慧辉, 闫晓, 郎雪梅, 黄彦平, 张震, 曾小康 申请人:中国核动力研究设计院
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