[发明专利]一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，具体是指一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法。

背景技术

在气体的流动管道上装有一个节流装置，其内装有一个孔板，中心开有一个圆孔，其孔径比管道内径小，在孔板前燃气稳定的向前流动，气体流过孔板时由于孔径变小，截面积收缩，使稳定流动状态被打乱，因而流速将发生变化，速度加快，气体的静压随之降低，于是在孔板前后产生压力降落，即差压（孔板前截面大的地方压力大，通过孔板截面小的地方压力小）。差压的大小和气体流量有确定的数值关系，即流量大时，差压就大，流量小时，差压就小；流量与差压的平方根成正比。差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压，已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。

多孔介质是一种具有特殊结构的材料，这种材料内部散布着许多尺寸较小的孔隙空间，孔隙空间全部或部分地相互连通，液相或气相的流体可以从这种材料的内部流过。多孔介质中固体骨架的比表面积非常大、孔隙比较狭窄，与普通材料或结构相比，在流体动力学特性方面具有一些不同的特点。

目前，国内外采用多孔结构进行流量测量的装置主要选用多孔板，即在圆盘上开有多个通孔，不同发明中孔的形状、数目和分布方式不同。如申请号为201110344567.7、专利名称为“多孔板流量计”的流量计，多孔板的开孔率为10％-60％，圆形基板中心部位具有一个大圆孔，基板的其他部位均匀排布着数只小圆孔，最外围的小圆孔与基板的周边相交而呈现为非整圆孔；又如申请号为87212304、专利名称为“流线形断面多孔测速管流量计”的专利，将普通圆形或菱形截面的多孔测速管管体改为截面外廓呈流线形的管体；又如申请号为201120277374.X、专利名称为“多孔稳流差压式流量计”的专利，节流圆盘上设有以圆盘中心为圆点对称排列的函数孔。上述发明对普通孔板流量计进行了改进，采用多孔结构，然而，这些结构不是典型的多孔介质，在低流量条件下的线性度较差，前后取压的稳定段长度较大，测量灵敏度有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多孔介质的流量测量装置及其实现方法，提高在低流量条件下测量信号的线性度，提高测量的灵敏度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于多孔介质的流量测量装置，包括圆柱型的测量管，在测量管内安装有两个定位滤网，在两个定位滤网之间堆积有小球体，小球体在测量管内堆积成多层的多孔介质，在测量管的侧壁上安装有两个测压管，两个测压管位于小球体的堆积区域内。测量管整体上呈圆筒状，外部为圆柱型，内部为空腔结构，在测量管内安装两个定位滤网，在两个定位滤网之间堆积多空介质，流体可以经过定位滤网进入到多孔介质内；多孔介质采用小球体按照正四面体堆积方式堆积而成，在流体经过介质的测量管侧壁上不同位置开设有孔，在孔内安装测压管，小球体堆积而成的多孔介质是一种全部孔洞相互连通、饱和有序的介质，利用流体在流过这一多孔介质时发生能量损耗导致压力下降、且单位长度上的压降幅度与流过多孔介质的流量满足Ergun关系式的这一原理，通过差压变送器获取压差信号，然后根据压降计算得到流体的流速或流量，相对于传统的差压流量计，在流量较小的时候，稳定性更好，流体的流速差压比较稳定，形成的差压曲线在流量较小的区间内，线性度较好。 

所述小球体的球径小于或等于测量管直径的1/3。采用小球体的球径不大于测量管直径1/3的比例，以降低“边壁效应”对流动特性的影响，有利于提高测量的准确性和稳定性。

所述小球体的堆积层数至少为10层。进一步讲，堆积结构能够较快地在1~2层小球实现充分发展流动，但为了提高测量的准确性和稳定性，考虑进出口不稳定段3~4个堆积层，堆积层不小于10层时有利于测点的布置。

所述两个测压管与两端的定位滤网在小球体轴向上的距离不小于1倍小球体的直径。滤网容易造成上下游扰动，堆积结构能够较快在1~2层小球实现充分发展流动，但为了提高测量的准确性和稳定性，测点布置适当地远离扰动区。  

所述定位滤网呈圆板状，在其端面上设置有通孔。采用圆板状的定位滤网，便于设置外螺纹实现与管件的连接，在其端面上设置有通孔，用于流体的流动。

所述通孔呈为圆孔或者条形孔。进一步讲，采用圆孔孔径和条形孔窄隙宽度小于小球球径的1/2，有利于固定小球堆积层。

在所述定位滤网的侧面设置有外螺纹，在测量管内壁上设置有与定位滤网的外螺纹相匹配的内螺纹。进一步讲，采用螺纹连接的方式，便于定位滤网的拆装和固定小球堆积层的定位。