[发明专利]对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法

说明书

本发明涉及一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法，其中设备包括：参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力；数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据；系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；流速计算单元，计算小孔径管路内气体的流速。

技术领域

本发明属于流速及流量测量技术领域，并且更具体地，涉及一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备及方法。

背景技术

目前，针对于流速测量的技术通常集中在内置流速测量领域。并且，在实验室进行流速测量时，由于环境相对温度并且参数易于控制，因此往往测量效果较好。然而，在工业实践领域进行风速测量时，由于工业设备在持续运行中并且复杂环境对测量造成了非常大的影响。这种情况下往往导致测量结果偏差较大。

对于大孔径管路内的流速测量有很多成熟的测量技术手段，如孔板测速计、热线风速仪、超声波测速计等。这些装置或者利用压差的方法、或者利用热平衡的方法、或者利用非接触式多普勒效应的方法。这些流速测量方法都需要管路直径超过20mm、流速不太高、流体介质洁净度有要求的场合。然而，这些技术或设备对于实际运行情况中的小孔径管路内的气体无法做到精确的流速测量。例如，目前的流速测量技术或设备均不适应于小孔径(例如，直径小于10mm)、大流速(例如，大于50m/s)的场合。

因此，现有技术中需要对小孔径管路内气体的流速及流量进行测量的需求。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种小孔径管路气体流速测量装置。本发明的小孔径管路气体流速测量装置适用于压缩空气等可以视为理想气体的流体，特别适用于当需要测量小直径管路内部气体的高速流动时的工况。

根据本发明的一个方面，提供一种用于对小孔径管路内的气体进行流速测量的设备，所述设备包括：

参数测量单元，用于获取小孔径管路内的气体的冲力，包括：

探头，具有接触面，所述探头的接触面与小孔径管路的出口端相对设置，并且使得从所述小孔径管路的出口端喷射出的气体能够对所述探头的接触面形成冲力；

探头座体，用于固定所述探头并且容纳控制器，所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面的有效接触面积，并且所述控制器能够进行动作以调节所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离；以及

传力机构，用于将所述探头的接触面所受到的冲力传递给数据获取单元；

数据获取单元，用于获取气体温度数据、空气压力数据、环境风速数据、气体密度数据以及探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离，所述数据获取单元与传力机构连接，用于将由传力机构所传递的冲力转化为冲力数据；

系数计算单元，根据环境风速数据计算第一流速调节系数，并且根据所述探头的接触面与小孔径管路的出口端的距离计算第二流速调节系数；

流速计算单元，基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速。

所述基于冲力数据、有效接触面积、气体密度数据、气体压力数据、气体温度数据、第一流速调节系数和第二流速调节系数计算小孔径管路内气体的流速具体为：

其中，R为气体普适常数，F为冲力数据，T为气体温度数据，K为常数，μ为气体的摩尔质量，A为探头的接触面的有效面积，P为气体压力数据，F_w为第一流速调节系数统以及F_d为第二流速调节系数。