专利名称：中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在自动检测技术领域中实现流量检测的仪表。
背景技术：
目前，利用节流原理来实施的流量测量仍是应用最广泛的，所使用的节流装置大部分为固定式节流元件，少部分为动节流元件。在利用节流原理做成的流量计中，差压式流量计使用固定式节流元件，而靶式流量计和转子流量计使用动节流元件。常用的固定式节流元件有孔板、喷嘴和文丘里管，它们使用历史悠久，试验数据完整，产品已标准化，所以又称它们为“标准节流装置”。在测量中，孔板、喷嘴和文丘里管在管道中固定安装，流体从它们的中部通孔流过；靶式流量计或转子流量计的动节流元件为悬在管道中央的圆盘靶或转子，圆盘靶或转子这种动节流元件没有中部通孔，流体从圆盘靶或转子与管道间的环形间隙流过。固定式节流元件与差压计之间有导压管，不适于测量脏污介质。为了既保持孔板、 喷嘴和文丘里管的各项优点，又摆脱导压管带来的种种不便，在“中部通孔的动节流元件流量计”(专利号20091007^08. X)中，首次采用了孔板、喷嘴或文丘里管廓形的中部通孔的动节流元件，在这种流量计中，被测流体对动节流元件的推力是与流体的流量一一对应的。上述流量计采用非金属的弹性环带来隔离被测流体，而被测流体作用在弹性环带上的压力， 则由可将该压力传递到表壳的平衡液来平衡。另外，该流量计中的动节流元件由一对移动副支撑，移动副的摩擦力既影响测量精度，又使得流量计的制造和调试变得复杂了。
发明内容
由于上述中部通孔动节流元件流量计结构较复杂，不利于这种新型流量计的推广使用，因此，需要研制一种结构更简单的中部通孔动节流元件流量计。本发明为解决其技术要求所采用的技术方案如下如说明书附图所示，研制的流量计是一种中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计，属于自动检测技术领域中的节流式流量检测仪表；中部通孔的动节流元件两端各需配接一个弹性膜片或波纹管； 动节流元件配接园环状弹性膜片时，动节流元件入口侧配接的弹性膜片的内缘与动节流元件入口端密封连接，其外缘与前端管密封连接，动节流元件出口侧配接的弹性膜片的内缘与动节流元件出口端密封连接，其外缘与后端管密封连接；动节流元件配接波纹管时，动节流元件入口侧配接的波纹管的右侧一端与动节流元件入口端密封连接，其左侧一端与前端管密封连接，动节流元件出口侧配接的波纹管的左侧一端与动节流元件出口端密封连接， 其右侧一端与后端管密封连接，动节流元件的重量由弹性金属片吊带支撑；机壳架位于前端管与后端管之间，并使这三者刚性连接以固定两个端管间的距离；上述密封连接形成一个流体从前端管入口流入，接着流过动节流元件中部通孔，然后从后端管出口流出的无泄漏的流动通道；在测量脏污流体的场合，除上述结构外，还使用两个与端管及动节流元件等口径的圆筒状的非金属材质的弹性密封环带，以防止在大于该口径的被测液体可到达的区域内产生堵塞，两个弹性密封环带的一端分别与动节流元件的入口端或出口端密封连接，两个弹性密封环带的另一端分别与前端管或后端管密封连接，两个弹性密封环带与两个弹性膜片或两个波纹管之间分别形成的称为前、后平衡室的封闭空间中需充满平衡液。在测量流量时，流体作用在动节流元件上的推力与流过其中部通孔的流量具有确定的对应关系，通过力转换机构及其附属的传感器将流体作用在动节流元件上的推力转换为对应的电参数变化，后续处理电路再对该电参数变化进行放大、线性化、V/I转换或显示的进一步处理。在测量脏污流体的流量计中，前平衡室平衡液压力与动节流元件入口弹性密封环带被测流体侧压力相同，后平衡室平衡液压力与动节流元件出口弹性密封环带被测流体侧压力相同。采取上述技术措施后，由于两个弹性密封环带内外两侧压力相同，基本不受径向力影响，因此对其本身机械强度的要求不高，可采用非金属弹性材料制造，以降低其对动节流元件轴向位移施加的弹性力。本发明的有益效果是，与已有专利“中部通孔的动节流元件流量计”相同，中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计在测量中仍利用节流原理，因而不像涡街流量计那样易受外界测量条件的影响；又由于将文丘里管、喷嘴和孔板作为动节流元件使用， 取消了差压式流量计最受诟病的导压管，因而不易堵塞，并可以降低施工难度；特别是使用文丘里管作为动节流元件时，流量计还具有流动阻力损失小、使用年限长、精度较高、除导压管外的主管道部分也不易堵塞等优点，可应用在小管径及脏污流体的流量测量中。已有专利“中部通孔的动节流元件流量计”与中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计相比，前者隔离流体靠非金属材质的弹性密封环带、承受被测流体压力依靠刚性密封壳体、支撑动节流元件依靠一对移动副，而后者可将隔离、承压、支撑三项功能由弹性膜片独立实现，或者将隔离、承压两项功能由波纹管实现，而支撑功能由不产生摩擦力的金属吊带实现，因而，后者的结构更简单、制造更容易、安装调试更方便、性价比与精度更高。
图1是本发明的第一个实施例的结构原理图。图2是本发明的第二个实施例的结构原理图。图3是本发明的第三个实施例的结构原理图。图4是本发明的第四个实施例的结构原理图。图5是本发明的第五个实施例的结构原理图。图6是本发明的第六个实施例的结构原理图。图中1.前端管，2.文丘里管，3.后端管，4.机壳架，5.应变片，6.应变处理电路， 7.检测悬臂梁，8.平衡悬臂梁，9.传动架，10.前弹性膜片，11.后弹性膜片，12.金属片吊带，13.前波纹管，14.后波纹管，15.弹性密封环带，16.前平衡室，17.后平衡室。
具体实施例方式在以下六个实施例中，为了减少流动阻力损失和防止污物聚集，动节流元件采用文丘里管2，在有些应用场合，文丘里管2也可被替换为孔板或喷嘴，流量计其他部分则保持原结构形式不变。实施例一
在图1的实施方案中，使用两个圆环状的带边缘波纹的波纹弹性膜片10、11，圆环状的
4前弹性膜片10与后弹性膜片11的内缘分别与文丘里管2的入口端与出口端密封连接，前弹性膜片10与后弹性膜片11的外缘分别与前端管1与后端管3密封连接。机壳架4与前端管1与后端管3相互间刚性连接，因而可固定两个端管间的距离，并有在上面安装其他部件的作用。检测悬臂梁7与平衡悬臂梁8安装在在机壳架4上，检测悬臂梁7上贴有应变片5，在平衡悬臂梁8上不贴应变片，设置平衡悬臂梁8的目的是平衡检测悬臂梁7产生的不利于文丘里管2轴向移动的附加力矩。当流体流过文丘里管2时，流体的流量越大，流体对文丘里管2的推力也越大，文丘里管2又通过传动架9将这个推力作用在检测悬臂梁7 与平衡悬臂梁8上，检测悬臂梁7产生与推力对应的应变，使得分别贴在悬臂梁正、负应变区的应变片电阻产生差动变化，这个电阻的差动变化经应变处理电路6中的电桥与放大器进一步处理后输出与推力对应的电压信号。 被测流体作用在文丘里管2上的推力与被测流量之间关系的分析如下文丘里管 2安置在水平直管道上，这样，研究文丘里管2前后流体的位能变化时就只需考虑静压能， 因此根据流体力学可以得出
Hg
γ γ
式中ft,
2~文丘里管2前、后流体作用在其上的静压力； -被测流体的重度；
-阻力系数，它与文丘里管2形状，流体粘性等有关； -重力加速度；
V~流体流过文丘里管2中部通孔的流速。显然，1 "" 乘以文丘里管2的有效横截面积儿即得到被测流体作用在文丘里管 2上的推力F。文丘里管2有效横截面积可按下式计算
it=—jbP, —— f, 4 4
式中D~外接管道内径；
d~文丘里管2中部通孔直径。文丘里管2的有效横截面积直接按其几何尺寸计算是基于以下考虑与边缘受限的弹性膜片的有效面积的计算不同，文丘里管2是整体移动的，有效横截面积不必考虑边缘效应。由于相对于平膜片，带边缘波纹的波纹弹性膜片10、11对轴向中心位移的刚度系数要小得多，在测量过程中，文丘里管2的位移又极其微小，同时还要考虑到流体流过文丘里管2时在其前后要产生压差，适当选择弹性膜片10、11的有效面积，流体压差在两个弹性膜片10、11上产生的额外推力，将抵消两个弹性膜片10、11因轴向微小位移产生的大部分甚至全部的反弹力，因此被测流体对文丘里管2的推力厂主要由两个悬臂梁7、8的反弹力平衡，两个弹性膜片10、11沿管道轴向位移所产生的反弹力推力的影响可以忽略。综合以上两式在上式中，当被测流体的各项参数及文丘里管几何尺寸已确定后,(；为常数，因此被测流体的体积流量g与推力厂的平方根成正比。但由于CJ的组成项f不能通过理论推导获得，
因此只能通过对流量计进行实验标定的方法来确定G值。实施例二
在图2的实施方案中，可以看出本实施例与图1的实施例在结构上大体相同，只有以下两点不同之处。首先，在图2中，以两个圆环状的平面膜片10、11代替了图1中两个带边缘波纹的波纹弹性膜片10、11，平面的前弹性膜片10的内缘与文丘里管2的入口端密封连接， 其外缘与前端管1密封连接；平面的后弹性膜片11的内缘与文丘里管2的出口端密封连接，其外缘与后端管3密封连接；并在每个端管与平面膜片10、11相对的那一面上加工了一个与膜片有效面积对应的凹坑，以使文丘里管2具有沿轴向左右移动的裕度。其二，将应变片5粘贴在前平面膜片10上，取消了检测悬臂梁7、平衡悬臂梁8以及传动架9，简化了流量计的结构。在本实施例中，文丘里管2所受到的推力包括因流体节流产生的直接作用在文丘里管2上的推力巧与因流体压差在两个平面膜片10、11有效面积上产生的间接作用在文丘里管2上的推力尽。因为巧与巧的数值均与被测流量的大小对应，同时这两个力之和厂又只被两个平面膜片10、11的反弹力所平衡，因此通过测量粘贴在前平面膜片10上的应变片输出信号即可得到被测流量的大小。实施例三
在图3的实施方案中，使用两个U型波纹管13、14，前波纹管13的前端与前端管1密封连接，其后端与文丘里管2的入口端密封连接；后波纹管14的前端与文丘里管2的出口端密封连接，其后端与后端管3密封连接。文丘里管2的重量由两条弹性金属片吊带12支撑， 应变片5粘贴在金属片吊带12上。金属片吊带12由很薄的弹性金属片制成，其沿管道轴向的刚度系数很�。浔湫尾姆吹σ卜浅Ｐ。蚨扇衔那鹄锕�2所受到的推力厂只被两个波纹管的反弹力平衡。但金属片吊带12的挠度变形却与波纹管的轴向变形是一致的，因此，通过测量粘贴在金属片吊带12上的应变片5的输出信号即可得到被测流量的大小。实施例四
在图4的实施方案中，使用两个一端有封闭底的U型波纹管13、14，在每个波纹管的封闭底上加工出一个与文丘里管2 口径对应大小的孔。带开孔封闭底的波纹管13、14的轴向刚度系数要小于实施例三中的波纹管，因而可用于更小流量的测量。前波纹管13的前端与前端管1密封连接，其后端封闭底上的孔与文丘里管2的入口端密封连接；后波纹管14的前端封闭底上的孔与文丘里管2的出口端密封连接，其后端与后端管3密封连接。文丘里管2的重量由一条弹性金属片吊带12支撑，应变片5粘贴在金属片吊带12上。与实施例三同样的理由，可以认为文丘里管2所受到的推力厂只被两个波纹管13、14的反弹力平衡， 金属片吊带12的挠度变形与波纹管13、14的轴向变形一致，因此，通过测量粘贴在金属片吊带12上的应变片5的输出信号即可得到被测流量的大小。以上四个实施例中的流量计仅适于测量比较清洁的液体与气体，当测量脏污流体时，可采用实施例五或实施例六的方案。实施例五
图5的实施方案在结构上大体与图1中的实施例相同，但为了防止污物聚集到弹性膜片10、11与端管1、3之间的空间里，影响流量计的正常运行，使用了两个与端管1、3及文丘里管2等口径的圆筒状的非金属材质的弹性密封环带15，两个弹性密封环带15的一端分别与文丘里管2的入口端或出口端密封连接，另一端分别与前端管1或后端管3密封连接， 两个弹性密封环带15与两个弹性膜片10、11之间分别形成的称为前平衡室16与后平衡室 17的封闭空间中需充满平衡液。考虑到液体在压力下的收缩量很�。悦芊饣反�15在被测流体压力变化时的径向伸缩量很�。⑼ü胶庖航醚沽Υ莸浇鹗舨闹实牡阅て� 10、11，由弹性膜片10、11承压。测量时，两个弹性密封环带15平衡液侧压力与被测流体侧压力相同，基本不受径向力影响，因此对其本身机械强度的要求不高，可采用非金属弹性材料制造。由于两个弹性密封环带15是由刚度系数很小的非金属弹性材料制成的，在测量过程中，文丘里管2的轴向位移又极其微小，因此弹性密封环带15沿管道轴向的伸缩对推力厂的影响可以忽略。被测流体对文丘里管2的推力/M乃主要由两个悬臂梁7、8的反弹力平衡，通过测量粘贴在检测悬臂梁7上的应变片5的输出信号即可得到被测流量的大小。实施例二与实施例四在使用非金属材质的弹性密封环带15后，也可以用在赃污流体的测量场合。实施例六
图6的实施方案在结构上大体与实施例三相同，但为了防止污物聚集到波纹管13、14 的U形波纹沟内，影响流量计的正常运行，使用了两个与端管1、3及文丘里管2等口径的圆筒状的非金属材质的弹性密封环带15，两个弹性密封环带15的左端分别与两个波纹管13、 14的左部平直段内侧密封连接，两个弹性密封环带15的右端分别与两个波纹管13、14右部平直段内侧密封连接，两个弹性密封环带15与两个波纹管13、14之间分别形成的两个密封空间内需充满平衡液。如此连接的两个弹性密封环带15与两个波纹管13、14构成了两个一体化的组件，组件形式可使流量计的安装制造更方便，这两个组件与文丘里管2的入、 出口端及前、后端管1、3的密封连接方式与实施方案三相同。考虑到液体在压力下的收缩量很�。悦芊饣反�15在被测流体压力变化时的径向伸缩量很�。⒖赏ü胶庖航醚沽Υ莸浇鹗舨闹实牟ㄎ乒�13、14，由波纹管10、11承压。测量时，两个弹性密封环带15 平衡液侧压力与被测流体侧压力相同，基本不受径向力影响，因此对其本身机械强度的要求不高，可采用非金属弹性材料制造。由于两个弹性密封环带15是由刚度系数很小的非金属弹性材料制成的，在测量过程中，文丘里管2的轴向位移又极其微小，因此弹性密封环带 15沿管道轴向的伸缩所产生的反弹力变化对推力厂的影响可以忽略。因此，与实施方案三相同，可认为文丘里管2所受到的推力只被两个波纹管的反弹力平衡，金属片吊带12的轴向反弹力同样可忽略，但其挠度变形却与波纹管的轴向变形是一致的，因此，通过测量粘贴在金属片吊带12上的应变片5的输出信号即可得到被测流量的大小。
权利要求
1. 一种中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计，属于自动检测技术领域中的节流式流量检测仪表，其特征是中部通孔的动节流元件(2)两端各需配接一个弹性膜片(10、11)或波纹管(13、14)；动节流元件(2)配接园环状弹性膜片(10、11)时，动节流元件(2)入口侧配接的弹性膜片(10)的内缘与动节流元件(2)入口端密封连接，其外缘与前端管(1)密封连接，动节流元件(2)出口侧配接的弹性膜片(11)的内缘与动节流元件(2) 出口端密封连接，其外缘与后端管(3)密封连接；动节流元件(2)配接波纹管(13、14)时，动节流元件(2)入口侧配接的波纹管(13)的右侧一端与动节流元件(2)入口端密封连接，其左侧一端与前端管(1)密封连接，动节流元件(2)出口侧配接的波纹管(14)的左侧一端与动节流元件(2)出口端密封连接，其右侧一端与后端管(3)密封连接，动节流元件(2)的重量由弹性金属片吊带(12)支撑；机壳架(4)位于前端管(1)与后端管(3)之间，并使这三者刚性连接以固定两个端管间的距离；上述密封连接形成一个流体从前端管(1)入口流入， 接着流过动节流元件(2)中部通孔，然后从后端管(3)出口流出的无泄漏的流动通道；在测量脏污流体的场合，除上述结构外，还使用两个与端管(1、3)及动节流元件(2)等口径的圆筒状的非金属材质的弹性密封环带(15)，以防止在大于该口径的被测液体可到达的区域内产生堵塞，两个弹性密封环带(15)的一端分别与动节流元件(2)的入口端或出口端密封连接，两个弹性密封环带(15)的另一端分别与前端管(1)或后端管(3)密封连接，两个弹性密封环带(15)与两个弹性膜片或两个波纹管之间分别形成的称为前、后平衡室(16、17)的封闭空间中需充满平衡液。
全文摘要
本发明公开了一种中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计，属于自动检测技术领域中的节流式流量计；专利“中部通孔的动节流元件流量计”依据流体对动节流元件的推力而不像固定式节流元件依据流体差压来测量流量，因而可取消导压管，适于小口径和脏污流体的测量，但该型流量计的隔离、承压、支撑等功能均分别由不同组件实现，整体结构较复杂；本发明采用弹性膜片或波纹管配接中部通孔动节流元件，隔离、承压、支撑等功能可由弹性膜片或波纹管独立完成，流量计整体结构大为简化，不但具有中部通孔动节流元件流量计的所有优点，许多性能还有所提高，本发明使中部通孔动节流元件流量计这种新型仪表更易于被推广使用。
文档编号G01F1/36GK102353406SQ20111018749
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月6日 优先权日2011年7月6日
发明者王可崇 申请人:王可崇
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