[发明专利]一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置以及应用方法

说明书

本发明公开了流量测试领域内的一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置，包括位于管道内部竖直放置的等截面方形弹性直杆和位于管道外部具有应变测量、流速/流量计算及结果显示功能的计算显示模块，弹性直杆上部接近固定端处贴有两组应变片，分别用于弯曲正应力和切应力测量，本发明利用弹性直杆的形变度推算水流速度和水深，从而得到的体积流量，使得测量结构简单、成本低廉，计算可靠，本发明可用于管道水流数据测量中。

技术领域

本发明涉及一种流量测量装置，特别涉及一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置。

背景技术

本流速流量测量装置主要用于管道、沟渠中对水流量的测量。流体流量的计量方法通常有速度法、容积法和质量法等。本装置采用速度法，即通过测量流体的平均流速乘，再以水流截面积，求得流体体积流量。而流体平均流速的测量通常采用差压式、转子式、电磁式和超声波式等方法。

差压式流量计现场安装条件要求高，压损大，且测量精度一般；转子流量计耐压低，适用于中小管径和低流速检测；电磁流量计只能测量导电介质的液体流量，且安装与调试复杂；超声波流量计抗干扰能力差，且安装的不确定性会给流量测量带来较大误差。

上述流量计量方法还普遍存在结构复杂、价格偏高的特点，不利于普及推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置，利用弹性直杆的形变度推算水流速度和水深，从而得到的体积流量。

本发明的目的是这样实现的：一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置，包括位于管道内部竖直放置的等截面方形弹性直杆和位于管道外部具有应变测量、流速/流量计算及结果显示功能的计算显示模块，所述弹性直杆上部接近固定端处贴有两组应变片，分别用于弯曲正应力和切应力测量。

作为本发明的进一步限定，所述两组应变片均粘贴于弹性直杆上部接近固定端处，其中一组用于正应力测量的两个应变片分别粘贴于弹性直杆迎水面和背水面对等位置，应变片敏感栅沿杆轴线方向；另一组用于切应力测量的两个应变片分别粘贴于弹性直杆侧面中性层位置，应变片敏感栅分别沿与杆轴线呈±45°方向。所述应变片通过导线与计算显示模块相连。

作为本发明的进一步限定，所述弹性直杆纵轴线垂直于管道顶切面，弹性直杆上端与管道顶部牢固安装形成刚性联结，下端自由且接近管道底部，杆宽面面向来水方向。

一种悬臂梁应变传感式流速流量测量装置应用方法，用以测量管道内水流深度：

其中，ε为第一组应变片所测应变，E为材料弹性模量，a和b分别为矩形截面的长和宽，其中b为与中性轴平行的宽度尺寸，l为杆长，其值接近管道直径，ε′为第二组应变片所测应变，μ为材料泊松比，S_z为静矩，q为水流作用于杆的单位长度动压力，h为水流深度；

用于测量管道内水流流速：

其中，v水流流速，ρ为水流密度；

用于测量管道内水流流量：

Q＝vA

其中，A为水流横截面积，可由水深h和流道形状与尺寸确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用悬臂梁应变传感原理，管道中只有一根宽度很小的弹性直杆，阻力损失小；利用两种应变贴片组合即可确定水流深度和压力，进一步可确定水流速度和流量，结构简单、成本低廉，计算可靠。本发明可以用于管道水流数据测量中。

附图说明

图1为本发明总体布置示意图；