[发明专利]双向流量测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及流量测量技术领域，特别涉及一种双向流量测量装置。

背景技术

如果在充满流体的管道中置入一个流通面积小于管道横截面积的节流件，管道内的流体束在通过该节流件时就会造成局部的收缩或流动分离，在收缩或分离处，静压力会降低，因此在节流件前后会产生一定的压力差(又称差压)。这种压力差与流量之间存在一定的函数关系，因此可以通过测量置入管道内的节流件前、后的压力差测量流量。

现有置入管道中的利用总压与静压之间的压力差实现测量的各种流量传感器以孔板、标准喷嘴、文丘里管、各种均速管最为典型。其中，孔板、标准喷嘴、文丘里管等是通过流体流经测量件时发生的收缩来造成压力差；均速管主要以通过流体流经测量件时发生的分离来造成压力差。

目前市场上的差压式流量计大都是单向测量，其主要原因在于工业系统中大部分流量测量为单向流量测量。但是也有很多装置需要双向流量测量，例如有些机械装置工作时向外排水，启动时需要向装置内注水；再例如一些流体存储设备，一方面经常向外部输送流体，另一方面又需要经常向内部补充流体。

目前进行双向流量测量时通常采用上述的孔板或文丘里管作为节流件，例如中国专利CN201610828386.4，或者利用横截面呈对称结构的均速管式流量传感器，例如中国专利CN201611127116.7及CN201220384358.5。除此之外，还有基于电磁、超声波测量原理以及机械转子技术研制的流量计。在这些现有的流量测量技术中，管道内流动状态对测量的准确度影响极大。管道内流动状态越接近标准的、充分发展的管流，流量计测量的准确度越高。流量计在出厂前的校准实验中，前后都安装有足够长的直管段以保证管道内的流动充分发展，为流量仪表的测量提供稳定的理想状态。然而在实际工程使用中，受限于现场安装条件(如弯头、阀门、旁路、膨胀节等等)，很难保证流量测量仪表前后的直管段长度，从而造成实际使用中流量仪表的准确性大大降低。

因此，期待开发一种准确性高的双向流量测量装置。

发明内容

本发明提出了一种双向流量测量装置，其能够准确地进行双向流量测量。

本发明采用以下解决方案：

一种双向流量测量装置，其特征在于，包括测量管、节流件、支撑件和信号采集和处理单元，其中：

所述节流件通过所述支撑件固定于所述测量管内，并与所述测量管同轴，所述节流件包括椭球形的第一端和第二端以及位于所述第一端和第二端之间的等直径段，所述等直径段与所述测量管的内壁之间形成环形流体通道；

所述节流件的第一端的顶点处设有第一取压点，在所述等直径段的外表面、所述等直径段的轴向方向的中心位置处设有第二取压点，所述第二端的顶点处设有第三取压点；

所述信号采集和处理单元分别与所述第一取压点、第二取压点和第三取压点相连接，并根据所述第一取压点、第二取压点和第三取压点的压力信号确定所述测量管内的流动方向和流量。

优选地，所述节流件的等直径段与所述第一端和第二端之间均为圆滑过渡连接。

优选地，所述信号采集和处理单元包括第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别通过引压管与所述第一取压点、第二取压点和第三取压点相连接。

优选地，所述信号采集和处理单元通过以下步骤确定所述测量管内的流动方向和流量：

比较所述第一取压点的压力值Pa和第三取压点的压力值Pc，如果Pa＞Pc，则被测介质由所述第一取压点向所述第三取压点流动；如果Pa＜Pc，则被测介质由所述第三取压点向所述第一取压点流动；

计算压力值Pa和压力值Pc中的较大值与所述第二取压点的压力值Pb之间的压力差ΔP，并通过公式(1)计算所述测量管内的体积流量q_v，和/或通过公式(2)计算所述测量管内的质量流量q_m：

其中：

α为流量系数；

d为环形流体通道的等效直径；

ρ为被测介质密度。

优选地，所述信号采集和处理单元包括第一压差传感器和第二压差传感器，所述第一压差传感器的高压接口与所述第一取压点相连接，所述第二压差传感器的高压接口与所述第三取压点相连接，所述第一压差传感器和第二压差传感器的低压接口分别与所述第二取压点相连接。

优选地，所述信号采集和处理单元通过以下步骤确定所述测量管内的流动方向和流量：