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專利名稱：內錐－文丘里管組合式變面積流量計的制作方法
技術領域：
本發明涉及流量的測量裝置，具體地說是涉及一種內錐-文丘里管組合式變面積流量計。
背景技術：
以孔板、噴嘴和文丘里管為代表的差壓流量計應用歷史悠久、標準規范完善、實踐經驗豐富成熟、品種規格齊全、成本低、運行可靠，在流量計量中一直占據重要地位。20世紀90年代中后期世界范圍內各式差壓流量計應用十分廣泛，我國差壓流量計市場也十分廣闊。但是，它也有許多不足之處如測量精度較低、現場安裝條件要求高、范圍度窄、輸出非線性、流動阻力大等。隨著社會經濟的發展，人們對流量計提出了更高的要求，上述不足之處對差壓式流量計應用的限制越來越多地顯露出來。
為了解決這些問題，研究者已經做了大量工作，其中變面積孔板和變面積文丘里管等都取得了一定成功。[Spitzer D.W.，Flow Measurement-practical guidesfor measurement and control，Instrument Society of America，North California(USA)，1991.]提出了變面積孔板流量計，他所設想的變面積孔板流量計中，一個軸對稱的錐芯放置于孔板下游，流量變化時壓差保持不變，錐體的位移和流量成線形關系，這樣錐芯的位移就可以用來指示流量。國內相關研究也有一些，邱宣振[邱宣振，變面積孔板流量計，醫藥工程設計，1997年第2期。]的論文中給出一種變面積孔板，其中包括一個固定的孔板、一個曲面活動錐體和平衡彈簧。他指出這種流量計輸出壓差和流量成線性關系，范圍度可達100∶1。另外還有人提出一種變面積孔板，其結構與上述流量計不同，采用彈性材料制成孔板，彈性孔板產生撓度效應，動態開孔比β隨流體流動的改變而改變。當流量增大時，β增大；流量減小時，β縮小。實驗結果表明這種流量計低速流的測量精度較高，而高速流的壓頭損失小，具有一定實用價值。
變面積文丘里管是為提高文丘里管范圍度而進行的設計。Yanagihara和Mochizuki[CVS system with variable area CFV，JSAE 50(3)，1996.(日文)]設計的變面積文丘里管由一個可滑動的文丘里管和一個固定的錐芯組成，錐芯置于文丘里管上游收縮區域內。文丘里管在步進電機的驅動下前后移動，從而改變喉口和錐芯之間流道的面積。Yanagihara等[Yanagihara S.，Mochizuki O.，Sato K.andSaito K.，Variable area venture-type exhaust gas flow meter，JSAE Review 20，1999.]設計的變面積文丘里管流量計中文丘里管是固定的，錐芯同樣置于文丘里管上游收縮區域內，錐芯在電機的驅動下可以移動位置。上述兩種設計中取壓口的位置和常規文丘里管一樣位于上游和喉口處，兩種設計都可以實現范圍度100∶1。
盡管變面積孔板和變面積文丘里管研究取得了一定成功，還存在很多不足之處，例如變面積孔板存在流動死角，會造成積灰，其入口銳緣造成喘流(漩渦)，增大了信號噪音，并帶來磨損等問題，另外，其壓頭損失明顯高于同為節流流量計的文丘里管和噴嘴；變面積文丘里管在獲得寬范圍度和降低壓頭損失的同時也付出了代價-設備非常復雜、體積龐大，這在很大程度上損害了其實際應用的潛力。可見，現有的變面積孔板和變面積文丘里管需要進一步改進和完善。

發明內容
為了解決節流式流量計測量精度低、現場安裝條件要求高、范圍度窄、流動阻力大等問題，本發明的目的在于提供能夠測量管內流量變化范圍大的空氣、蒸汽等流量的一種內錐-文丘里管組合式變面積流量計。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是包括在法蘭上開有高壓取壓口和在擴張段開有低壓取壓口的噴嘴型文丘里管，噴嘴型文丘里管內裝有錐芯，錐芯大端朝向噴嘴型文丘里管的大端口，噴嘴型文丘里管的大端連接外套圓管，錐芯大端上固接有滑桿，滑桿上套有平衡彈簧并安裝在外套圓管的防塵罩中，滑桿能作軸向移動，露出在防塵罩外的滑桿上裝有調節螺母。所述的錐芯其錐度為15°～30°。
本發明具有的有益的效果是內錐-文丘里管組合式變面積流量計具有信噪比高、范圍度寬、前后直管段短、耐磨損、流動阻力較小等優點。該流量計具體性能參數為范圍度不小于50∶1；精度等級優于±0.5％；重復性優于±0.1％；流出系數不確定度在±0.5％以內；流量計的上游不安裝流動調整器的條件下，流量計安裝所需的直管段上游小于3D，下游小于1D；信噪比大于1∶0.001。該流量計適合于流量變化范圍較大的蒸汽流量計量，以及實驗室內管道流量計量。


附圖是內錐-文丘里管組合式變面積流量計結構原理示意圖。
圖中1-高壓取壓口；2-噴嘴型文丘里管；3-低壓取壓口；4-錐芯；5-外套圓管；6-滑桿；7-平衡彈簧；8-支撐；9-防塵密封墊圈和螺母；10-法蘭；11-調節螺母；12-防塵罩。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如附圖所示，本發明包括在法蘭上開有高壓取壓口1和在擴張段開有低壓取壓口3的噴嘴型文丘里管2，噴嘴型文丘里管2內裝有錐芯4，錐芯4大端朝向噴嘴型文丘里管2的大端口，噴嘴型文丘里管2的大端連接外套圓管5，錐芯4大端上固接有滑桿6，滑桿6兩端用防塵密封墊圈和螺母9密封，滑桿6上套有平衡彈簧7并安裝在外套圓管5的防塵罩12中，防塵罩12用支撐8支撐在外套圓管5中間，滑桿6能作軸向移動，露出在防塵罩12外的滑桿6上裝有調節螺母11，10為法蘭。所述的錐芯4其錐度為15°～30°。
實際應用中將高壓取壓口1對應的法蘭與入口管道連接，當流量變化時，流體施加給錐芯4的力發生變化，平衡彈簧7伸長或者縮短，通過滑桿6帶動錐芯4前后移動，環形通道內的流通面積發生變化，同時高壓取壓口1和低壓取壓口3之間的壓差也相應發生變化。將此壓差接入差壓變送器，根據流量-壓差標定曲線或公式和所測得的壓差就可以獲得對應的流量。
本發明的工作原理如下流量計由噴嘴型文丘里管2、錐芯4、平衡彈簧7和輔助零部件組成(見附圖所示)。錐芯4置于噴嘴型文丘里管2下游的擴張段區域內，工質從左側流入，右側流出，流速變化時，錐芯4可前后移動，直到流體施加給錐芯4的力和平衡彈簧7的反力達到平衡。同時，噴嘴型文丘里管2擴張段內壁和錐芯4之間的流通通道面積增大或者減小，流動速度相對降低或增大。這種設計避免了孔板流量計的流動死角問題，而結構上比現有變面積文丘里管要簡單，尺寸也能夠得以縮小。高壓取壓口和常規文丘里管一樣，位于文丘里管上游，這里采用角接法蘭取壓；低壓取壓口和常規文丘里管流量計不同，開在文丘里管擴張段的管壁上，這是該變面積流量計所必需的，因為這里的流通面積是隨流量變化的。考慮到經過喉口收縮和環形通道的整流作用，環形通道內流動更加穩定，輸出的壓差信號脈動減小，提高了信噪比(即提高測量靈敏度或分辨率)，信號更加平穩。此外，設計中還考慮了軸承密封、彈簧罩筒防塵等細節問題，使設計能滿足實際應用條件。
權利要求
1.內錐-文丘里管組合式變面積流量計，其特征在于包括在法蘭上開有高壓取壓口(1)和在擴張段開有低壓取壓口(3)的噴嘴型文丘里管(2)，噴嘴型文丘里管(2)內裝有錐芯(4)，錐芯(4)大端朝向噴嘴型文丘里管(2)的大端口，噴嘴型文丘里管(2)的大端連接外套圓管(5)，錐芯(4)大端上固接有滑桿(6)，滑桿(6)上套有平衡彈簧(7)并安裝在外套圓管(5)的防塵罩(12)中，滑桿(6)能作軸向移動，露出在防塵罩(12)外的滑桿(6)上裝有調節螺母(11)。
2.根據權利要求1所述的內錐-文丘里管組合式變面積流量計，其特征在于所述的錐芯(4)其錐度為15°～30°。
全文摘要
本發明公開了一種內 錐－文丘里管組合式變面積流量計。包括在法蘭上開有高壓取壓口和在擴張段開有低壓取壓口的噴嘴型文丘里管，管內裝有錐芯，錐芯大端朝向管的大端口，管的大端連接外套圓管，錐芯大端上固接有滑桿，滑桿上套有平衡彈簧并安裝在外套圓管的防塵罩中，滑桿能作軸向移動，露出在防塵罩外的滑桿上裝有調節螺母。錐芯置于文丘里管下游擴張段內，兩者之間形成一個圓環通道。隨流量不同，錐芯可前后移動，使得環形通道流通面積發生變化。高壓取壓口位于文丘里管上游，低壓取壓口開在文丘里管擴張段的管壁上。所得差壓信號經壓力變送器轉換為電信號，獲得流量數據。該流量計具有信噪比高、范圍度寬、前后直管段短、耐磨損等優點，適合于流量變化范圍較大的蒸汽流量計量，以及實驗室內管道流量計量。
文檔編號G01F1/44GK1746633SQ20051006099
公開日2006年3月15日 申請日期2005年10月8日 優先權日2005年10月8日
發明者張洪軍, 蘇中地, 史曉妍 申請人:中國計量學院