新型中部通孔动节流元件流量计的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型中部通孔动节流元件流量计，属于自动检测【技术领域】中的节流式流量计；由中部通孔动节流元件（绝大部分场合使用动文丘里管）、单波纹管、表壳、力传感器组成；该流量计有两种结构型式，一种是在单波纹管内腔中部固定安装一个中部通孔的动节流元件，另一种是将单波纹管中段的形状制作成中部通孔的动节流元件的廓形，中部通孔动节流元件及其固定配件由弹性支承簧片承重；与差压式流量计相比，该流量计更充分地发挥了节流装置的优势性能，具有结构更简单、价格更低、阻力损失更小、使用寿命更长、精度更高、防堵塞、应用范围更广等优点，具有极广阔的发展前景。
【专利说明】新型中部通孔动节流元件流量计
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在自动检测【技术领域】中实现流量检测的仪表，特别是涉及节流元 件的流量计。
【背景技术】
[0002] 在流量测量领域，节流装置的发展有一个较长的历史进程。早在17世纪初，卡斯 特里和托里拆利的研究就为节流装置奠定了理论基础。20世纪20年代，美国和欧洲一些 国家几乎同时开始进行大规模的节流装置的试验研究，由此产生了至今仍广泛使用的差压 式流量计。但很可惜，这些欧美科学家因循了此前的固定式节流装置的研究模式，导致他们 研制出的差压式流量计并没有发挥出节流装置应有的全部优点。其实在波纹管仅仅提出 十几年以后的1855年，德国就已经最先发表了制造波纹管的专利，在此基础上，完全可以 研制出性能更佳的动节流元件流量计。为了充分发挥节流装置在流量测量中的优势性能， 专利 申请人:研制了多种新型动节流元件流量计。在被测流体工作压力较高的场合，可使用 "内置式中部通孔动节流元件流量计"（专利号ZL201210118468. 1);而在被测流体工作压力 不太高的场合，可使用结构更简单的"中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量 计"（专利号ZL201110187493.0)。上述两种流量计均采用孔板、喷嘴或文丘里管廓形的中 部通孔的动节流元件作为流量计的核心部件。与差压式流量计比较，上述流量计有下列优 点。首先，该流量计不使用导压管，而是直接测量流体对动节流元件的推力，因而结构更简 单，价格也更低。其次，差压式流量计主要使用孔板，而该流量计主要使用动文丘里管，因而 流动阻力小、使用寿命长、测量精度也更高。再次，由于该流量计主要使用动文丘里管，又没 有导压管，防堵塞能力也大大优于差压式流量计。另外，由于该流量计不使用导压管，因而 可测量小管径流量，使用范围更广。但在"中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流 量计"中，在动节流元件两端各配接一个波纹管是一个比较困难的工艺，这是因为使薄壁金 属波纹管与动节流元件相互连接存在问题，无论螺纹连接或焊接都因为波纹管的壁较薄而 较难实施，从而影响了这种动节流元件流量计的推广。因此，需要设计一种新型结构的动节 流元件流量计，克服上述动节流元件流量计在加工工艺上遇到的困难。
【发明内容】
[0003] 由于"中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计"存在制造工艺上的 困难，不利于这种新型流量计的推广使用，因此，需要研制一种在结构上使制造工艺简单化 的中部通孔动节流元件流量计。
[0004] 本发明为解决其技术要求所采用的技术方案如下：如说明书附图所示，研制的流 量计是一种新型中部通孔动节流元件流量计，由中部通孔动节流元件、波纹管、表壳、力传 感器组成；新型中部通孔动节流元件流量计为单波纹管中部通孔动节流元件流量计，该流 量计有两种结构型式，一种是在一个波纹管内腔中部安装一个中部通孔动节流元件，中部 通孔动节流元件的位置固定配件安装在波纹管外表面的中部，波纹管一端与流量计表壳的 被测流量入口端密封连接，波纹管另一端与流量计表壳的被测流量出口端密封连接，中部 通孔动节流元件及其固定配件由弹性支承簧片承重，每个支承簧片一端与固定配件固定连 接，另一端与流量计表壳固定连接；另一种是将一个波纹管中段的形状制作成中部通孔动 节流元件廓形，中部通孔动节流元件廓形的形状固定配件安装在波纹管该廓形的外表面 上，波纹管一端与流量计表壳的被测流量入口端密封连接，波纹管另一端与流量计表壳的 被测流量出口端密封连接，波纹管的中部通孔动节流元件廓形及其固定配件由弹性支承簧 片承重，每个支承簧片一端与固定配件固定连接，另一端与流量计表壳固定连接。支承簧片 由薄弹簧钢片制成，其特点是，支承簧片在坚直方向上的刚度很大，可以在无坚直向位移的 情况下，将动节流元件及相关配件的重量传递到壳体上；而支承簧片在管道轴向上的刚度 又很低，使得动节流元件有轴向位移时，支承簧片产生的反弹力相对于流体推力可以忽略。
[0005] 本发明的有益效果是，与差压式流量计相比，本流量计和已有专利"中部通孔动节 流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计"一样，具有结构简单、价格低、阻力损失小、使用寿 命长、精度高、防堵塞、应用范围广等优点。并且，与已有专利"中部通孔动节流元件配接弹 性膜片或波纹管的流量计"相同，新型中部通孔动节流元件流量计依据的也是比涡街式、电 磁式、超声波等其他流量计测量原理更基本的流量特性(节流原理)，因而比它们的适应性 和可靠性更高。比如，当测量条件大幅偏离允许范围时，被测流体对动节流元件产生的推力 是不会跟着消失的，顶多是测量误差增大一些；而涡街式、电磁式、超声波式等流量计的测 量误差则要大得多，甚至可能使这些流量计的测量功能失效。最后，本流量计优于已有专利 "中部通孔动节流元件配接弹性膜片或波纹管的流量计"的是，由于动节流元件是安装在单 波纹管内，甚至是直接将动节流元件制作在单波纹管中段，没有薄壁波纹管与节流元件连 接上的制造工艺困难问题，因而，本发明简化了中部通孔动节流元件流量计的制造工艺，降 低了其制造成本。由上述可见，本流量计具有极广阔的发展前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是本发明的第一个实施例的结构原理图。
[0007] 图2是第一个实施例中支承簧片的原理示意图。
[0008] 图3是本发明的第二个实施例的结构原理图。
[0009] 图4是本发明的第三个实施例的结构原理图。
[0010] 图5是本发明的第四个实施例的结构原理图。
[0011] 图中1.动文丘里管，2.波纹管，3.双孔悬臂梁，4.应变片，5.表壳盖，6.表壳， 7.密封垫圈，8.开口卡圈，9.平垫圈，10.表壳入口接管，11.表壳出口接管，12.下固定 瓦，13.上固定瓦，14.支承簧片，15.表壳入口外部接管，16.表壳出口外部接管，17.挠性 过滤介质。
【具体实施方式】
[0012] 在以下四个实施例中，为了减少流动阻力损失和防止污物聚集，中部通孔动节流 元件均采用动文丘里管1，这也是本流量计最常用的动节流元件。但在有些应用场合，动文 丘里管1也可被替换为动孔板或动喷嘴，由于流量计其他部分均可保持原结构形式不变， 故不再一一赘述。另外，为使文字更简明，在各实施例的附图中，部件位置关系规定：以左侧 为前，以右侧为后。
[0013] 实施例一 在图1的实施方案中，动文丘里管1放置在一个波纹管2内腔中部，动文丘里管1两 端的外直径稍小于其中间部分的外直径，上固定瓦13与下固定瓦12两端凸缘的内侧面具 有与波纹管2外表面波谷相匹配的形状，由于波纹管是薄壁的，很容易产生轻微的变形，因 此，当上固定瓦13与下固定瓦12相互锁紧时，波纹管2外面的固定瓦内凸缘能够卡住动文 丘里管1直径稍小的两端外边缘，使动文丘里管1与波纹管2中间各波的相互位置在测量 过程中保持不变。从图2中可以看到，动文丘里管1、上固定瓦13与下固定瓦12的重量是 由四个支承簧片14支承的，支承簧片14上有坚直向波纹，可以保证支承簧片14在坚直方 向上有较大的刚度，同时在管道轴向上刚度又很低。支承簧片14的厚度在满足垂直方向刚 度的情况下应尽量的薄，因而当动文丘里管1有轴向位移时，支承簧片14产生的反弹力相 对于流体推力可以忽略不计。为便于流量计装配，在波纹管2穿过表壳6前、后通孔后，将 锁紧后外径大于表壳6前、后通孔直径的开口卡圈8卡入波纹管2两端波谷处，再将安装在 表壳入口接管10和表壳出口接管11上的密封垫圈7与波纹管2两端密封面接触，最后用 螺丝将表壳入口接管10、表壳出口接管11压紧在表壳6上，波纹管2两端就被固定在表壳 6的前、后通孔处，并形成一个被测流体从流量计表壳入口接管10流入，然后流经动文丘里 管1，再由流量计表壳出口接管11流出的无泄漏的流动通道。当被测流体流过动文丘里管 1时，流体的流量越大，流体对动文丘里管1的推力也越大，动文丘里管1又通过上固定瓦 13上的传动机构将这个推力作用在力传感器的弹性元件双孔悬臂梁3上，双孔悬臂梁3产 生与推力对应的应变，使得分别贴在双孔悬臂梁3正、负应变区的应变片4的电阻产生差动 变化，这个电阻的差动变化经力传感器中的电桥与放大器进一步处理后输出与推力对应的 电信号。
[0014] 与经典文丘里管的廓形相比，由于动文丘里管1没有取压管，所以经典文丘里管 为取压所设的入口圆筒段与圆筒形喉部都没有保留的必要，故动文丘里管1廓形只有圆锥 收缩段和圆锥扩散段。另外，为缩短动文丘里管1长度，圆锥收缩段的圆锥角度取为40°， 圆锥扩散段的圆锥角度取为15°。在直径比β =0.4?0.75范围内，动文丘里管1全长大 约只是管径的1. 5?2. 0倍。由于动文丘里管1的长度大大小于经典文丘里管，在β >0. 6 时，其压损甚至小于经典文丘里管。在最大流量和动文丘里管1 口径不变的情况下，直径比 β越大，压损越小，动文丘里管1也越短，但被测流体在动文丘里管1上产生的最大推力也 越小，对力传感器的要求较高。由于被测流体在动文丘里管1上产生的最大推力比动孔板 小得多，因此需要使用小量程的力传感器。如按常规方法设计小量程力传感器，则必然使得 其弹性元件的刚度很小，但这要导致力传感器的非线性、重复性、滞后和蠕变等性能指标变 坏，达不到高准确度的要求。目前，通常采用低弹性模量的铝合金双孔悬臂梁结构弹性元件 的设计方案来解决灵敏度与刚度这对矛盾。采用上述双孔悬臂梁结构后，由于把应变片4 贴在双孔悬臂梁3的应力集中处，即使在整个量程范围内作用在双孔悬臂梁3上的力都很 小，梁的挠度也始终小于一个微量数值，但在双孔悬臂梁3粘贴应变片4处产生的应变却比 较大，能够满足后续处理电路的要求。
[0015] 被测流体作用在动文丘里管1上的推力与被测流量之间关系的分析如下：动文丘 里管1安置在水平直管道上，这样，研究动文丘里管1前后流体的位能变化时就只需考虑静 压能，因此根据流体力学可以得出
【权利要求】
1. 一种新型中部通孔动节流元件流量计，由中部通孔动节流元件1、波纹管2、表壳6、 力传感器组成，其特征在于：新型中部通孔动节流元件流量计为单波纹管中部通孔动节流 元件流量计，在该流量计中，在一个波纹管2内腔中部安装一个中部通孔的动节流元件1， 中部通孔动节流元件的位置固定配件12、13安装在波纹管2外表面的中部，波纹管2 -端 与流量计表壳6的被测流量入口端密封连接，波纹管2另一端与流量计表壳6的被测流量 出口端密封连接，中部通孔动节流元件1及其固定配件12、13由弹性支承簧片14承重，每 个支承簧片14 一端与固定配件12、13固定连接，另一端与流量计表壳6固定连接。
2. -种新型中部通孔动节流元件流量计，由波纹管2、表壳6、力传感器组成，其特征在 于：新型中部通孔动节流元件流量计为单波纹管中部通孔动节流元件流量计，在该流量计 中，将一个波纹管2中段的形状制作成中部通孔动节流元件廓形，中部通孔动节流元件廓 形的形状固定配件12、13安装在波纹管2该廓形的外表面上，波纹管2 -端与流量计表壳6 的被测流量入口端密封连接，波纹管2另一端与流量计表壳6的被测流量出口端密封连接， 波纹管2的中部通孔动节流元件廓形及其固定配件12、13由弹性支承簧片14承重，每个支 承簧片14 一端与固定配件12、13固定连接，另一端与流量计表壳6固定连接。
【文档编号】G01F1/36GK104236642SQ201410521372
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月8日 优先权日:2014年10月8日
【发明者】王可崇 申请人:王可崇