專利名稱：一種基于多孔介質的流量測量裝置及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種流量測量裝置，具體是指一種基于多孔介質的流量測量裝置及其實現方法。
背景技術：
在氣體的流動管道上裝有一個節流裝置，其內裝有一個孔板，中心開有一個圓孔，其孔徑比管道內徑小，在孔板前燃氣穩定的向前流動，氣體流過孔板時由于孔徑變小，截面積收縮，使穩定流動狀態被打亂，因而流速將發生變化，速度加快，氣體的靜壓隨之降低，于是在孔板前后產生壓力降落，即差壓(孔板前截面大的地方壓力大，通過孔板截面小的地方壓力小)。差壓的大小和氣體流量有確定的數值關系，即流量大時，差壓就大，流量小時，差壓就小；流量與差壓的平方根成正比。差壓式流量計是根據安裝于管道中流量檢測件產生 的差壓，已知的流體條件和檢測件與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。多孔介質是一種具有特殊結構的材料，這種材料內部散布著許多尺寸較小的孔隙空間，孔隙空間全部或部分地相互連通，液相或氣相的流體可以從這種材料的內部流過。多孔介質中固體骨架的比表面積非常大、孔隙比較狹窄，與普通材料或結構相比，在流體動力學特性方面具有一些不同的特點。目前，國內外采用多孔結構進行流量測量的裝置主要選用多孔板，即在圓盤上開有多個通孔，不同發明中孔的形狀、數目和分布方式不同。如申請號為201110344567. 7、專利名稱為“多孔板流量計”的流量計，多孔板的開孔率為10% -60%，圓形基板中心部位具有一個大圓孔，基板的其他部位均勻排布著數只小圓孔，最外圍的小圓孔與基板的周邊相交而呈現為非整圓孔；又如申請號為87212304、專利名稱為“流線形斷面多孔測速管流量計”的專利，將普通圓形或菱形截面的多孔測速管管體改為截面外廓呈流線形的管體；又如申請號為201120277374. X、專利名稱為“多孔穩流差壓式流量計”的專利，節流圓盤上設有以圓盤中心為圓點對稱排列的函數孔。上述發明對普通孔板流量計進行了改進，采用多孔結構，然而，這些結構不是典型的多孔介質，在低流量條件下的線性度較差，前后取壓的穩定段長度較大，測量靈敏度有待進一步提高。

發明內容
本發明的目的在于提供一種基于多孔介質的流量測量裝置及其實現方法，提高在低流量條件下測量信號的線性度，提高測量的靈敏度。本發明的目的通過下述技術方案實現
一種基于多孔介質的流量測量裝置，包括圓柱型的測量管，在測量管內安裝有兩個定位濾網，在兩個定位濾網之間堆積有小球體，小球體在測量管內堆積成多層的多孔介質，在測量管的側壁上安裝有兩個測壓管，兩個測壓管位于小球體的堆積區域內。測量管整體上呈圓筒狀，外部為圓柱型，內部為空腔結構，在測量管內安裝兩個定位濾網，在兩個定位濾網之間堆積多空介質，流體可以經過定位濾網進入到多孔介質內；多孔介質采用小球體按照正四面體堆積方式堆積而成，在流體經過介質的測量管側壁上不同位置開設有孔，在孔內安裝測壓管，小球體堆積而成的多孔介質是一種全部孔洞相互連通、飽和有序的介質，利用流體在流過這一多孔介質時發生能量損耗導致壓力下降、且單位長度上的壓降幅度與流過多孔介質的流量滿足Ergun關系式的這一原理，通過差壓變送器獲取壓差信號，然后根據壓降計算得到流體的流速或流量，相對于傳統的差壓流量計，在流量較小的時候，穩定性更好，流體的流速差壓比較穩定，形成的差壓曲線在流量較小的區間內，線性度較好。所述小球體的球徑小于或等于測量管直徑的1/3。采用小球體的球徑不大于測量管直徑1/3的比例，以降低“邊壁效應”對流動特性的影響，有利于提高測量的準確性和穩定性。所述小球體的堆積層數至少為10層。進一步講，堆積結構能夠較快地在f 2層小球實現充分發展流動，但為了提高測量的準確性和穩定性，考慮進出口不穩定段3 4個堆積層，堆積層不小于10層時有利于測點的布置。 所述兩個測壓管與兩端的定位濾網在小球體軸向上的距離不小于I倍小球體的直徑。濾網容易造成上下游擾動，堆積結構能夠較快在f 2層小球實現充分發展流動，但為了提高測量的準確性和穩定性，測點布置適當地遠離擾動區。
所述定位濾網呈圓板狀，在其端面上設置有通孔。采用圓板狀的定位濾網，便于設置外螺紋實現與管件的連接，在其端面上設置有通孔，用于流體的流動。所述通孔呈為圓孔或者條形孔。進一步講，采用圓孔孔徑和條形孔窄隙寬度小于小球球徑的1/2,有利于固定小球堆積層。在所述定位濾網的側面設置有外螺紋，在測量管內壁上設置有與定位濾網的外螺紋相匹配的內螺紋。進一步講，采用螺紋連接的方式，便于定位濾網的拆裝和固定小球堆積層的定位。所述測壓管的開口端面向內凹陷形成倒錐形結構。一種基于多孔介質的流量測量方法，包括以下步驟
(A)利用小球體堆積成的顆粒型多孔材料；
(B)使得被測流體經過步驟(A)的顆粒型多孔材料；
(C)在被測流體經過的顆粒型多孔材料上不同地點選擇兩個測壓點，將測壓點的壓力信號傳輸至差壓變送器，形成滿足Ergun關系式的曲線。本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果
I本發明一種基于多孔介質的流量測量裝置，采用小球堆積結構作為多孔介質結構單元，由于小球堆積結構是一種典型的飽和有序多孔介質，針對小球堆積結構流體動力學的研究數據及成果較多，有利于指導流量計的設計與標定工作，且小球制造工藝成熟，成本較低；
2本發明一種基于多孔介質的流量測量裝置，由于多孔介質結構中的壓降對流量較為敏感，且在流速較低時線性關系較好，因此基于這一結構的流量計具有低流速線性度良好、靈敏度高和測量范圍較寬的優點；
3本發明一種基于多孔介質的流量測量裝置，采用小球堆積結構作為多孔介質結構單元，定位濾網用于固定多孔介質結構，其側面的外螺紋結構與測量管內螺紋配合，具有良好的壓緊和定位功能，保證測量的穩定性，且便于現場拆卸；4本發明一種基于多孔介質的流量測量裝置，采用壓差作為流量測量信號，測壓接管結構簡單，易于與脈沖管連接，具有良好密封性和易于拆卸的優點。


圖I為本發明沿測量筒軸線剖開結構示意 圖2為本發明定位濾網上通孔的第一種分布示意 圖3為本發明定位濾網上通孔的第二種分布示意圖。附圖中標記及相應的零部件名稱
I-測量管，2-定位濾網，3-小球體，4-測壓管，5-通孔。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。實施例如圖I至3所示，本發明一種基于多孔介質的流量測量裝置，包括測量管1，測量管I整體呈圓筒狀，采用S321不銹鋼管制成，基本規格為小14父2.0臟，長度1^230111111;測量管I兩端的外壁面加工有M14外螺紋，用于與螺紋法蘭的連接，在測量管I內壁上距離前端面和后端面84mm處均加工有長度14mm的內螺紋,用于與定位濾網2的連接；定位濾網2為圓形S321不銹鋼板，圓板外徑12mm,厚度為8mm,定位濾網2的兩端面加工有7個條形孔，供被測量的流體流過，作為替換形式，也可以采用圓孔代替條形孔，圓孔孔徑和條形孔窄隙寬度小于小球球徑的1/2，定位濾網2的側面加工有外螺紋，與測量管I的內螺紋配合，可實現軸向定位；在兩個定位濾網2之間安裝有79顆Φ 3. 2的小球體3構成小球堆積結構；小球體3呈近似正四面體堆積方式，在測量管I內排列了 13層，每層堆積7個或5個小球體3，交替堆積，小球體堆積結構由定位濾網2進行壓緊定位，固定在測量管I內的兩處內螺紋之間的區域；測壓管4為S321不銹鋼管，基本規格為Φ6Χ1. 5mm，垂直焊接在測量管I側面，與測量管I的Φ 2直孔相通，中心距為15_。測壓管4出口端外側加工有外螺紋，用于與脈沖管螺紋連接，便于拆卸，測壓管4出口端內加工成倒錐形結構，便于與紫銅墊實現錐形密封；流量計的加工組裝順序是先在測量管I上鉆孔，將加工好的測壓管4焊接在測量管
I側面指定位置上，對測量管I內表面進行精加工和螺紋加工，旋入一側的定位濾網2，填充小球體3，再安裝另一側的定位濾網2。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質上對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種基于多孔介質的流量測量裝置，包括圓柱型的測量管(1)，其特征在于在測量管(I)內安裝有兩個定位濾網(2)，在兩個定位濾網(2)之間堆積有小球體(3)，小球體(3)在測量管(I)內堆積成多層的多孔介質，在測量管(I)的側壁上安裝有兩個測壓管(4)，兩個測壓管(4)位于小球體(3)的堆積區域內。
2.根據權利要求I所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述小球體(3)的球徑小于或等于測量管(I)直徑的1/3。
3.根據權利要求I所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述小球體(3)的堆積層數至少為10層。
4.根據權利要求I所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述兩個測壓管(4)與兩端的定位濾網(2)在小球體(3)軸向上的距離不小于I倍小球體(3)的直徑。
5.根據權利要求I所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述定位濾網(2 )呈圓板狀，在其端面上設置有通孔(5 )。
6.根據權利要求5所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述通孔(5)呈為圓孔或者條形孔。
7.根據權利要求5所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于在所述定位濾網(2)的側面設置有外螺紋，在測量管(I)內壁上設置有與定位濾網(2)的外螺紋相匹配的內螺紋。
8.根據權利要求I所述的一種基于多孔介質的流量測量裝置，其特征在于所述測壓管(4)的開口端面向內凹陷形成倒錐形結構。
9.一種基于多孔介質的流量測量方法，其特征在于，包括以下步驟 (A)利用小球體(3)堆積成的顆粒型多孔材料； (B)使得被測流體經過步驟(A)的顆粒型多孔材料； (C)在被測流體經過的顆粒型多孔材料上不同地點選擇兩個測壓點，將測壓點的壓力信號傳輸至差壓變送器，形成滿足Ergun關系式的曲線。
全文摘要
本發明公布了一種基于多孔介質的流量測量裝置，包括圓柱型的測量管，在測量管內安裝有兩個定位濾網，在兩個定位濾網之間堆積有小球體，小球體在測量管內堆積成多層的多孔介質，在測量管的側壁上安裝有兩個測壓管，兩個測壓管位于小球體的堆積區域內。本發明采用小球堆積結構作為多孔介質結構單元，由于小球堆積結構是一種典型的飽和有序多孔介質，針對小球堆積結構流體動力學的研究數據及成果較多，有利于指導流量計的設計與標定工作，且小球制造工藝成熟，成本較低。
文檔編號G01F1/36GK102840886SQ20121031717
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者周慧輝, 閆曉, 郎雪梅, 黃彥平, 張震, 曾小康 申請人:中國核動力研究設計院