一种依托压力计和毕托管的非满流管道流量测量方法

本发明涉及一种针对非满管流的管道流量的测量方法，具体涉及一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法。

背景技术：

1、管道中液体流量的测量在科学研究和工程实际中都占据着十分重要的地位。在工业生产过程、科学实验计量和进行各种经济核算中流量都是重要参数，其也是能源计量的重要组成部分。目前流量的测量多采用流量计，其具有多样性和专用性，不同的流量计价格差异也相当悬殊。同时流体性质、流动状态、流动条件以及感测机理都会显著影响流量计的工作精度。最终的流量测量结果受到流量计精度高低、稳定性好坏及适应工作环境能力的大小、智能化水平和性能价格比高低等指标的影响，如何精准的测量管道流量对工业生产和过程控制都极为重要。

2、现有的流量计主要包括压差流量计、容积流量计、涡轮流量计、超声流量计等，基本可以满足在不同场景下测量液体流量的需求，但是依然存在显著的问题：这些流量计仅适用于测量满管流的流量，不能用来测量非满管流的流量。而在现实中，尤其是在排水管道中，非满管流是常态。为此，也有一些非满管流量计的出现，然而这类流量计测量精度较低，难以达到需求。

技术实现思路

1、本发明的技术目的在于：克服现有技术的不足，创新地将压力垫片和毕托管测流速的优势相结合，提出了一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量的测量方法及装置，分别测量过水断面面积和流速，从而实现非满流的流量测量。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法，其特征在于通过压力垫片测量压力算出过水断面面积，再通过毕托管测量流速，二者乘积从而实现非满流的流量测量。

4、进一步地，所述方法能够利用安装在管道底部的压力垫片测量管道中压力，因为动压极小可以忽略，所以可认为该压力即为测点处静压，通过静压方程(p＝ρgh)算出水深，即可得到过水断面面积，如式(1)所示；再利用相距0.05m处增加了螺旋可伸缩固定组件的毕托管，通过上下移动毕托管测点的位置分别测出过水断面均分三段后每段中心点处的流速，如式(2)所示，各部分流速和相应的断面面积乘积之和即为非满管流的流量，如式(3)所示；

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8、式中，s为过水断面面积，r是管道半径，h为水深，p全和p静是测点处的动压和静压，v是测点处流速，v1、v2、v3分别是流速测点1、流速测点2、流速测点3的对应的实时流速。

9、本发明还提供一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法的装置，所述装置用于实现上述的方法，包括毕托管、压力垫片和螺旋可伸缩固定组件，所述毕托管通过螺旋可伸缩固定组件安装在安装在非满流管道中，其中压力垫片安装在非满流管道的底部，所述毕托管安装在压力垫片沿水流方向前方0.05m位置，螺旋可伸缩固定组件安装在毕托管与管道下边缘交接处，压力垫片和毕托管都通过数据线连接到数据采集仪上进行读数。

10、与现有技术相比，本发明创地提出一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法。本发明有以下优点：(1)利用管道底部安装的压力垫片得到管道压力，通过静压方程算出水深，得到过水断面面积，再通过毕托管测量过水断面上的流速，流速和过水断面面积乘积即为流量；(2)采取该方法原理简单可靠，概念清晰，结构配置简单，适用性强。

11、总体来说，本发明的有益效果是：首先，通过压力垫片和毕托管得出过水断面面积和流速，二者乘积即为所求非满管流量，实现非满流管道内流量的精准测量。并且，毕托管结构简单，价格便宜，在一定的速度范围内可以达到较高的测速精度，压力垫片体积小，精度高，可以实时读取管道压力情况，本方法实现了对非满管流流量简单方便的测量。

12、综上所述，本发明旨在通过压力垫片和毕托管测出过水断面的面积和流速，简单高效的实现非满流管道的流量精准测量，具有较高的研究及应用价值。

技术特征：

1.一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法，其特征是，通过压力垫片测量压力算出过水断面面积，再通过毕托管测量流速，二者乘积从而实现非满流的流量测量。

2.根据权利要求1所述的一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法，其特征是，利用安装在管道底部的压力垫片测量管道中压力，因为动压极小可以忽略，所以可认为该压力即为测点处静压，通过静压方程(p＝ρgh)算出水深，即可得到过水断面面积，如式(1)所示；再利用相距0.05m处增加了螺旋可伸缩固定组件的毕托管，通过上下移动毕托管测点的位置分别测出过水断面均分三段后每段中心点处的流速，如式(2)所示，各部分流速和相应的断面面积乘积之和即为非满管流的流量，如式(3)所示；

3.一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法的装置，所述装置用于实现权利要求1或2所述的方法，其特征是，包括毕托管、压力垫片和螺旋可伸缩固定组件，所述毕托管通过螺旋可伸缩固定组件安装在安装在非满流管道中，其中压力垫片安装在非满流管道的底部，所述毕托管安装在压力垫片沿水流方向前方0.05m位置，螺旋可伸缩固定组件安装在毕托管与管道下边缘交接处，压力垫片和毕托管都通过数据线连接到数据采集仪上进行读数。

技术总结
本发明公开了一种依托压力垫片和毕托管的非满流管道流量测量方法，具体通过安装在管道底部的压力垫片测量压力，因为管道流速不大故可将动压忽略，测出的压力即为静压，再通过静压方程计算过水断面面积；另一方面通过螺旋可伸缩的毕托管测量过水断面分三部分后各段中心点处的流速，已知流速和断面面积进而实现非满流的流量测量。本发明创新地通过压力垫片测量压力后根据静压方程计算过水断面面积，再通过毕托管测量流速，断面面积和流速的乘积得到管道流量，本发明概念原理清晰，结构配置简单，适用性强，能够利用当前测量精度较高的压力垫片和毕托管，在尽量不影响管道水流情况的条件下实现非满流管道的流量精准测量。

技术研发人员：郑飞飞,马一祎,刘春嵘,邓争志,唐洪武,袁赛瑜,朱悦茹,陈求稳,朱志伟,喻良
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11