[發明專利]分布力層流流量計

在審

• 申請號: 201610129434.0
• 申請日: 2016-03-08
• 公開（公告）號: CN105675069A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 張洪軍;李開慧
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: G01F1/36
• 分類號: G01F1/36
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明涉及流量計技術領域，具體為層流流量計技術。

背景技術

層流流量計是根據流體以層流方式流經流量計流道時，其壓降與流量成正比的原 理設計和工作的。層流流量計一般由層流流量傳感器、差壓計、壓力溫度補償傳感器和流量 積算單元組成，其中層流流量傳感器典型結構如圖1所示，包括傳感器本體、層流阻流件、取 壓裝置、整流器四個部分。

層流流量計中的核心元件是層流阻流件，層流阻流件從軸線方向看是一個蜂窩狀 的圓盤，相當于許多薄壁細管排在一起，流量計正常工作時，流體在細管中流動處于層流流 動狀態。假設細管當量直徑為d，則細管兩端（即阻流件前后）壓降

（1）

式中，L-細管長度，即阻流件厚度；-流體密度；v-細管內平均流速；C-細管內流動起始段長度有關的系數，一定范圍內可取為常數；Re-雷諾數。雷諾數Re定義為

（2）

式中，-流體的動力粘性系數。

假設細管的流通截面積為，則壓降與通過流量的關系為

（3）

可見，流量與壓降的一次方成正比，考慮到總流量是通過所有阻流件細管流量之和，通 過流量計的總流量可記為

（4）

式中

k₁-系數，由層流流量計結構參數決定。

層流流量計由于差壓與流量呈線性關系,還具有內部無可動部件、可靠性高、響應 速度快等特點，比較適合于脈動氣流、微小流量的測量，在環保、醫療和汽車行業獲得應用， 在天然氣計量方面也有很大潛力。

發明內容

本發明針對傳統的層流流量計進行改進，通過測量流體作用在層流阻流件上的力 進而獲得流量。具體技術方案如下：

一種分布力層流流量計，由測量管、蜂窩阻流件、連接桿、測力傳感器和流量積算與顯 示輸出單元組成，通過測量流體作用在蜂窩阻流件上的力實現流量測量。

進一步的，采用沿測量管周向均布的三個所述測力傳感器測量蜂窩阻流件所受流 體的作用力，流體對阻流件的作用力等于三個力傳感器所測得三個力之和。

進一步的，流體在蜂窩阻流件的蜂窩通道中做層流流動，流體對阻流件的總作用 力與流量成正比，與速度分布無關。

進一步的，所述連接桿將蜂窩阻流件與三個測力傳感器連接起來，其中連接桿與 蜂窩阻流件之間為鉸接。

本發明具有的有益效果是：

1）通過測量層流阻流件所受流體作用力來獲得流量，流量與力的一次方成正比，使得 信號處理更加簡單可靠，更加容易提高測量準確度。

2）采用周向均勻布置的三個測力傳感器測量阻流件受到流體的作用力，連接桿與 阻流件之間為鉸接，這種設計可保證力的作用中心位置對力值測量沒有影響，即流體作用 力可以獲得準確測量。考慮到流量與流體作用力的一次方成正比，速度分布對流量測量沒 有影響，分布力層流流量計對測量直管段長度沒有要求。

附圖說明

圖1是典型的層流流量傳感器結構示意圖；

圖2a是分布力層流流量計的結構示意圖；

圖2b是分布力層流流量計的A-A剖視圖；

圖3蜂窩阻流件受力分析圖；

圖中附圖標記含義：

1-測量管；2-蜂窩阻流件；3-連接桿；4-測力傳感器；5-流量積算與顯示輸出單元；6- 信號線。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明提出了一種分布力層流流量計。具體原理如下：

參見圖2,所發明的分布力層流流量計由測量管1、蜂窩阻流件2、連接桿3、測力傳感器 4、流量積算與顯示輸出單元5和信號線6組成。采用沿測量管周向均布的三個測力傳感器4 測量蜂窩阻流件2所受流體的作用力，連接桿3將蜂窩阻流件2與三個測力傳感器4連接起 來，其中連接桿3與蜂窩阻流件2之間為鉸接。流量計通過測量流體作用在阻流件上的力實 現流量測量。

流量計工作原理如下：

流量計正常工作時，流體在蜂窩阻流件的蜂窩通道中做層流流動，假設阻流件共有N個通道，每個通道流通截面積和當量直徑都一樣，分別為A和d，通道長度（即蜂窩阻流件厚度）為L，其中第i個通道內平均流速為，流量為，則通道兩端的壓降

（5）

流體作用在這個通道壁面上的摩擦力為

（6）