[发明专利]用于乳液实时流速计量的红外流量计

权利要求书

1.一种用于乳液实时流速计量的红外流量计，采用非接触式红外流量计的结构，在输奶管道两侧分别安装红外发射/接收器，通过设定的算法程序计算得出乳液的流量，其特征在于，所述红外发射器采用波长为820nm的红外信号发射管，所述乳液流量的算法采用分段线性拟合的方式，通过如下步骤实现：

1)利用A4纸模拟奶层填充流量计，测量纸张数与红外线遮挡之间的关系，纸的张数与红外线遮挡衰减基本上呈对数关系，采用分段线性拟合的方式表示，那么计算乳液厚度d的公式

d＝a_j+k_j*U

(1)

其中，a_j表示常系数值，k_j表示第j条拟合线段的斜率，U表示测得的红外信号衰减值，根据U的不同值域区间选择不同斜率k_j的拟合线段，当j≥4时拟合精度误差小于1张纸；

2)假设以A4纸的厚度为单位将乳液分层，每层乳液的厚度是S₀，由此可得到计算乳液流量的公式

3)通过雷诺数R_e的计算公式计算得知，乳液在垂直安装的封闭式流量计中处于完全湍流状态，

其中ρ表示液体的密度值，v表示液体的流速，d表示管径，μ表示乳液的黏性系数，一般情况下乳液密度为1.038-1.040kg/m³，管道中乳液流速大体位于3-7m/s的范围内，流量计的管径为8mm，黏性系数一般为1.2-2.5cP，代入公式(3)后求得的雷诺数R_e值在9974-48487；

4)根据工程实践中近似的流速分布公式，得到以A4纸厚度为单位的乳液分层流速分布情况，

其中u表示液体的流速，u_max表示管道正中心液体的流速，R表示管道半径，r表示与管道正中心之间的距离，n是指数，n的取值依赖于雷诺数R_e值，当n＝1/7时，符合以A4纸厚度为单位的牛奶分层流速分布；

5)将乳液分层流速分布值代入公式(2)后求得瞬时流量值q_(t)，获得乳液的瞬时流量与分层数之间的对应关系，为实现快速计算，采用分段线性拟合的方式求得乳液的瞬时流量近似计算公式

q_(t)＝b_h+k_h×S

(5)

其中b_h表示常系数值，k_h表示第h条拟合线段的斜率，S表示乳液层数值，根据不同的层数值选择斜率为k_h常系数为b_h的拟合线段；

6)将公式(5)与公式(1)结合得到公式

q_(t)＝b_h+k_h×(a_j+k_j×U)/S₀(6)；

7)将公式(6)整理化简后得到公式

q_(t)＝b_i+k_i×U

(7)

其中b_i＝b_h+k_h×a_j÷S₀，k_i＝k_h×k_j÷S₀，直接反应出瞬时流量与红外信号衰减值之间的近似对应关系。

2.根据权利要求1所述的用于乳液实时流速计量的红外流量计，其特征在于，所述乳液流量算法中引入测量权重w_j来描述红外信号衰减量出现的频率，在计算公式(7)中的系数b_i和k_i时需要满足公式(8)中y值最小的约束

3.根据权利要求1所述的用于乳液实时流速计量的红外流量计，其特征在于，所述红外流量计竖直安装，安装时前后左右的倾斜角度均＜15°，所述红外流量计上部接口和下部接口必须连接不短于20cm的直管后再接入乳液流通弯道或弯头。