亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：多点平均流量计的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一类通常所说的“平均皮托管(APT)流量计”的流量计，其用于测量液体和气体的流动速率，尤其涉及一种新型有用的流量传感元件，该元件一般用于APT流量计中，用于提高测量精确度和结构强度。
术语定义皮托管带有90度弯曲的薄而长的同心金属管，其上设有多个用以测量驻点压力和静压力的孔(参见图1)。
平均皮托管(APT)一种机械组件，其组成是1)一个直的双腔室金属管，其上设有多个用以测量驻点压力和静压力的孔，和2)用于将压力(测量孔)连接到压力传感器的硬件(参见图2)。
平均皮托管(APT)流量计当APT通过接口硬件被安装到流体管时，其就成为一个平均皮托管流量计(参见图3)。
背景技术：
皮托管用作速度计的基本原理APT流量计是现在称为皮托管的工具的一种应用，其在大约1730年首次由亨利·皮托(Henry Pitot)在法国使用，用以测量河流里的水流速度。从那以后，皮托管已被用于测量气体和液体速度如飞机上和在空调系统的大风道中的空气速度、发电厂的废气速度等。
皮托管由一对薄的不锈钢同心管组成，该同心管弯曲成直角，如图1所示。内管朝向流动方向敞开，通常在外管周围钻出两个或更多的小孔，因此外表面上的静压力可被传递至内外管之间的环形空间内。皮托管的尖端测量驻点压力。这些压力被传递至压力传感仪器(例如流体压力计或电子压力传感器)，其测量两压力间的差值。可以在基础流体力学中很好地确定用这种差值表示动压力驻点压力-静压力＝P＝动压力其被定义为P＝ρV2/2g其中ρ流体密度V流体速度g重力常数因此，V=2gΔPρ]]>因此，通过知道流体密度并测量经过皮托管的压力差就可计算流动流体的本地速度。
作为流量计的皮托管的应用作为整体流量计，皮托管也已被用于测量流体在管或风道内的流动速率。通常通过将皮托管横过来以测量从一个壁到相对的壁上的各个点的当地流动速率。在两个或更多方向上的横穿通常需要覆盖较大的横截面积。在许多点上测量速度是必须的，这是因为在管子或风道的任一横截面区域内的点与点间的流体速度是不同的。在朝向壁的中间或者低处的流体速度通常较高，但是它们通常也是方位角的函数。标准皮托管和图4中所示的在ASME PTC 11，风扇测试规范(Test Code for Fans)，1946中建立的横穿方案示出如何使用两方向多点平均方法。在这个示例中，指定了20个测量点的标准径向位置。通过取20个不同压力测量值的平均值可以得到整个横截面的平均速度。整个管子或风道的总流率是管子横截面与平均速度的乘积。
平均皮托管流量计通过在两个或更多方向横穿进行的多处本地速度的测量是一个麻烦而费时的过程。该方法不能方便地用于一般工业环境，这导致了平均皮托管(APT)流量计的开发。APT由两个液压分离的(hydraulicallyseparated)内管组成驻点压室(plenum)和静压室。图3中所示的APT流量计相当于带有六个皮托管测量位置的单方向横穿方案。这种设备优于横穿方法之处在于APT是穿过管子安装的固定硬件，其不需要横穿，驻点压力通过将压室中的六个单个的驻点压力组合液压平均而得到。用同样的方法得到平均静压力。因此，表示整个横截面面积的动压力的压差可通过将这两个压室中的压力连接到流体压力计或者压差传感器而被测量。用于3或4英寸直径管子的APT流量计通常具有四或六对测量孔，而较大直径的管子可以具有八或更多对测量孔，以便覆盖相对较大的横截面面积。
APT流量计所需的改进获得平均速度的方法APT流量计的基本设计规定，在平均皮托管上的所有压力测量孔在直径方向上成一直线。如图5所示，如果速度分布的外观轴线与平均皮托管的轴线一致，那么这个单一方向的管是有利的。然而，如图6所示，如果速度分布轴线不与所述管的轴线排成一行，那么APT的固定的方向性就是不利的，这是在多数管子或风道流动中的情况。在这些情况下获得的平均速度含有相对较大的误差，该误差由速度分布的表示不充分而引起。因为在管子截面的任何一个位置上的任何速度分布的形状主要取决于上游的流动状态，其中该上游流动状态可以随着流率的增加和减小而改变，因此实际上不可能预选出用于插入APT的最优方向。因此，APT与任何速度分布排成一行的可能性远小于不排成一行的可能性。这个观测导致这样一个结论，即多数基于APT的流体测量远不是最优的，还有改进的空间。
在所有情况下都获得平均速度分布的理想解决方案可能需要12个或更多传感器，各个传感器带有三或更多对压力测量孔，从而能够充分地覆盖任何速度场。
然而，这种方案将具有很高的流动阻塞(flow blockage)，并导致不能令人接受的高恒定压降，这就是为什么这种方案从未被作为可行的商业解决方案提出的原因之一。
结构设计和制造中的问题APT的压力测量部分由两个液压分离的腔室组成一个用于测量驻点压力，另一个用于测量静压力。为此，APT通常由两个或三个焊接在一起的管子组成，由于焊接导致的热变形必须在后来通过例如热处理和机械矫直的过程来修正。这些操作会增加成形和加工管子的本已昂贵的基础成本。
APT必须在结构上足够强，以经受住拖曳和上提导致的振动力。这种要求通常促使设计者将APT制造得比仅用于测量压力所需的厚度要厚。换句话说，管子的结构强度是常规APT流量计的关注点。因此，理想的是通过设计消除流量计的这一关注问题。
安装过程常规APT的安装通常涉及打开管内的开口，在确定被安装管子的偏转角、滚动角和俯仰角在规定限度内的同时，将工厂制造好的APT和支撑喷嘴焊接到管子上(图3)。用于大直径管子的APT通常要求底部支撑件，而且必须在管子上钻出另一个孔并焊接到管子上的对焊管接台(weldolet)。这种安装是费时且高成本的操作，其将被简化或者消除。
前面说明了在目前平均皮托管流量计中存在的限制。因此很明显，提供直接克服一个或更多上面列出的限制的替换方法是有利的。因而，提供一个包括在下文中更充分公开的特征的适当替换方案。

发明内容
在本发明的一个方面，可以通过提供皮托管流量传感器来完成，该流量传感器包括环形圆柱体，该环形圆柱体在其中具有两个内部压力歧管；和多个从环形圆柱体的内表面径向向内延伸的周向间隔开的传感器本体，各个传感器在其中具有至少一个驻点压力测量孔并具有静压力测量孔，驻点压力测量孔与一个内部压力歧管流体连通，静压力测量孔与另一个内部压力歧管流体连通。
在本发明的另一个方面，可以通过提供皮托管流量传感器完成，该流量传感器包括多个周向间隔的传感器本体，该多个传感器本体沿径向向内延伸，仅仅部分朝向一共同点，各个传感器本体在其中具有多个径向间隔的驻点压力测量孔并具有静压力测量孔，静压力测量孔与驻点压力测量孔轴向间隔分布，驻点压力测量孔相互流体连通，静压力测量孔相互流体连通。
从本发明以下结合附图的详细叙述，前述的和其他方面将变得更加明显。


图1简要表示现有技术的皮托管；图2简要表示现有技术的平均皮托管；图3简要表示安装在管内的现有技术的平均皮托管；图4是通过皮托管横穿风道测量平均流动速度的方法的简图；图5是示出假想偏斜的速度分布的轴线与平均皮托管轴线一致的说明图；图6示出假想偏斜的速度分布轴线横向于平均皮托管的轴线的说明图；图7A简要表示图7B示出的多点平均流量计的互相连通通道；图7B是依照本发明的多点平均流量计的透视图；图8是图7B中示出的多点平均流量计的端视图；图9是图7B中示出的多点平均流量计的第二端视图；图9A是沿图9中9A-9A线的横截面图；以及图10是安装在两个法兰之间的多点平均流量计的侧视图。
具体实施例方式
本发明的多点平均(MPA)流量计20是这样一种装置，其在降低恒定压降、制造成本和安装成本的同时消除了常规平均皮托管流量计所固有的测量不精确。在图7A和7B中示出了典型的4英寸MPA流量计20的总体配置。MPA流量计20具有环形圆柱体1。其有六个传感器或皮托管压头(pitot head)2，每个传感器都设有两个驻点压力测量孔3和一个静压力测量孔4。驻点压力在12个测量点处取样。如图7A中的简图所示，这些驻点压力通过内部通道网络6被连接到公共驻点压力输出室5，该内部通道网络6被机加工在流量计本体1上。同样地，六个静压力测量孔4被连接到公共静压力输出室7。在这两个输出室5和7内的压力分别是平均的驻点压力和平均的静压力，其差值是平均动压力。流体压力计或电子压力传感器8被连接到这两个输出室5和7，从而测量平均动压力。
更精确的平均速度与常规APT流量计的一维压力测量孔相比，MPA流量计20的二维设置的驻点压力和静压力测量孔3、4更能响应速度分布的不规则性或方位定向。MPA流量计20中的压力测量孔3、4的设置类似于增添8个压力测量孔到常规APT流量计上(在图8中的附图标记30所示的虚线)。因此，与使用常规APT流量计测量相比，用MPA流量计在任何二维不均匀的流场中测量的流率将更精确。
更低的压降参考图7B和8，MPA流量计的各个传感器2是薄板形状且以这种方式被设置在本体1内，即其产生非常低的拖曳力和提升力，结果产生很低的恒定压降。对降低压降起作用的一个因素是流动阻塞硬件从速度最高的管子的中心区域去掉，压降与速度的平方成比例。
更好的结构设计而且，传感器的固有频率通过设计从涡流频率和地震振动频率中充分移开，MPA流量计的使用者不必关心由于传感器的机械振动而产生结构损害的可能性。
更低的制造成本用于成形MPA传感器的主要制造过程是非常高效的、数控的线切割方法，其结果是大大降低了制造成本。
更简单的安装MPA流量计的本体1是厚晶片，其可被安装在任何管道系统的两个法兰10之间，如图10所示。与常规APT相比，这是一种更简单且更省时的安装方法，其中常规APT要求在管子上钻出一个或两个孔，且将预装配喷嘴成方形地(squarely)焊接到孔上。
优选实施例的叙述参考附图，在所有的几个附图中，其中相同的附图标记指示相似或相应的零件，特别地，图6说明现有技术的典型配置，该现有技术用于通过将沿着横穿管子直径安装的直的皮托管分布的若干驻点压力和分离的若干静压力平均来测量流率。如在前述部分指出的，尽管这种配置是实际可行的，但其仍稍微不能满足用于流率的精确测量的最好的可能解决方案。这个原因在于，实际上单个插入式皮托管本来就不足以监控横穿管子的整个横截面面积的不均匀压力。
其次，在图8中示出本发明的端视图，其示出6个传感器2和12个驻点压力测量孔3。静压力测量孔4在图7B中示出。从图示中可清楚知道，本发明能够提供更好的横截面面积内流场的覆盖。在本体1内部，用于驻点压力和静压力的连接通道在图7A中简要示出并示于图9A。
权利要求
1.一种皮托管流量传感器，包括环形圆柱体，该环形圆柱体在其中具有两个内部压力歧管；和多个周向间隔的传感器本体，该传感器本体从环形圆柱体的内表面径向向内延伸，各个传感器在其中具有至少一个驻点压力测量孔和一个静压力测量孔，所述驻点压力测量孔与一个内部压力歧管流体连通，所述静压力测量孔与另一个内部压力歧管流体连通。
2.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，各个传感器本体在其中具有多个驻点压力测量孔，所述多个压力测量孔径向间隔开。
3.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，各个传感器本体与邻近的传感器本体间隔预定的周向距离。
4.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，各个传感器本体轴向延伸。
5.如权利要求4所述的皮托管流量传感器，其特征在于，所述至少一个驻点压力测量孔被置于传感器本体的上游表面上，所述静压力测量孔被置于所述至少一个驻点压力测量孔的轴向下游。
6.如权利要求5所述的皮托管流量传感器，其特征在于，所述静压力测量孔朝向传感器本体的表面径向向内放置。
7.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，传感器本体的数目是6个。
8.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，各个传感器本体径向向内延伸小于环形圆柱体的内表面的半径。
9.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，各个传感器本体具有带有周向延伸厚度的矩形形状，第一边缘轴向延伸，第二边缘径向延伸，第三边缘径向延伸且与第二边缘以大于传感器厚度的距离轴向间隔开。
10.如权利要求9所述的皮托管流量传感器，其特征在于，所述至少一个驻点压力测量孔被置于传感器本体的第二边缘上，所述静压力测量孔被置于最接近传感器本体的第三边缘的传感器本体的第一边缘上。
11.如权利要求1所述的皮托管流量传感器，其特征在于，所述环形圆柱体在其中具有两个压力端口，一个压力端口与一个内部压力歧管流体连通，另一个压力端口与另一个内部压力歧管流体连通。
12.一种皮托管流量传感器，包括多个周向间隔的传感器本体，该传感器本体径向向内延伸，仅仅部分朝向一个共同点，各个传感器本体在其中具有多个径向间隔的驻点压力测量孔并在其中具有静压力测量孔，所述静压力测量孔与所述驻点压力测量孔轴向间隔，所述驻点压力测量孔相互流体连通，所述静压力测量孔相互流体连通。
13.一种流量传感器，包括环形圆柱体，该环形圆柱体在其中具有两个内部压力歧管和两个压力端口，一个压力端口与一个内部压力歧管流体连通，另一个压力端口与另一个内部压力歧管流体连通；和多个周向间隔的皮托管压头，其被连接到环形圆柱体的内表面上，各个皮托管压头在其中具有多个径向间隔开的测量孔并在其中具有静压力测量孔，所述驻点压力测量孔与一个内部压力歧管流体连通，所述静压力测量孔与另一个内部压力歧管流体连通。
14.如权利要求13所述的流量传感器，其特征在于，各个皮托管压头径向向内延伸小于环形圆柱体的内表面的半径。
15.如权利要求13所述的流量传感器，其特征在于，皮托管压头内的驻点压力测量孔位于第一平面上，皮托管压头内的静压力测量孔位于第二平面上，第一平面垂直于第二平面。
16.一种流量传感器，包括多个独立的周向间隔的传感器，各个传感器在其中具有多个径向间隔的驻点压力测量孔并在其中具有静压力测量孔，所述静压力测量孔与所述多个驻点压力测量孔轴向间隔，所述驻点压力测量孔相互流体连通，所述静压力测量孔相互流体连通。
全文摘要
一种平均皮托管流量计(20)，其具有多个周向间隔的皮托管压头(2)，该皮托管压头从环形圆柱体(1)的内表面径向向内延伸。各个皮托管压头包括一个或多个驻点压力孔(3)和一个静压力孔(4)。驻点压力压头与该驻点压力孔连接以提供平均驻点压力，静压力压头与静压力孔连接以提供平均静压力。
文档编号G01F1/34GK1615429SQ03802090
公开日2005年5月11日 申请日期2003年1月9日 优先权日2002年1月10日
发明者金基显 申请人:瑞进Instech株式会社