层流元件及流量测量设备的制作方法

本技术涉及流量测量，特别涉及一种层流元件及流量测量设备。

背景技术：

1、层流式流量计是基于hagen-poiseuille law(哈根-泊肃叶定律)设计的用于测量流体流量的装置，其中设有层流元件，层流元件用于将流体的紊乱运动状态转换为稳定的层流状态。在层流状态下，流体通过层流元件时所产生的压差值与体积流量成正比，这样，通过测量流体层流段两端的压差可以计算出流体的流量。

2、相关技术中，层流元件设有多个层流通道，流体在进入多个层流通道时受到入口效应的影响容易产生二次流和局部湍流，从而破坏层流状态，导致压力场和速度场均匀性较差，这样会导致测量精度较低。

技术实现思路

1、本技术提供了一种层流元件及流量测量设备，旨在提高流量测量设备的测量精度。

2、具体技术方案如下：

3、本技术第一方面的实施例提供了一种层流元件，所述层流元件包括主体部和第一稳流构件，所述主体部形成有多个层流通道，所述主体部设有测压孔，所述测压孔与各所述层流通道连通；所述第一稳流构件位于所述主体部的上游侧，所述第一稳流构件包括至少一个第一稳流部，所述第一稳流部形成有多个第一稳流通道，所述第一稳流构件与所述主体部之间设有第一稳流容腔，与所述第一稳流容腔相邻的所述第一稳流部中的各所述第一稳流通道与所述第一稳流容腔连通，各所述层流通道的入口与所述第一稳流容腔连通。

4、本技术实施例中的层流元件，在主体部的上游侧设置有第一稳流构件，主体部形成有多个层流通道，第一稳流构件包括至少一个第一稳流部，第一稳流部形成有多个第一稳流通道，第一稳流构件与主体部之间设有第一稳流容腔。第一稳流通道能够对经过的流体进行整流，第一稳流容腔具有“均压室”的作用，能够对层流通道入口处的流体进行均压。由此，使得流体在进入层流通道之前经过至少一次的整流以及均压，这样有利于消除入口效应，抑制二次流和局部湍流的产生，以保证压力场和速度场具有良好的均匀性，从而可以提高流量测量设备的测量精度。

5、另外，在设置有第一稳流部和第一稳流容腔的情况下，即使主体部因加工误差而使得层流通道存在微小的尺寸偏差，经过第一稳流部的整流以及第一稳流容腔的均压作用，也能够保证分配到各层流通道的入口压力具有良好的一致性。由此，有利于降低对主体部的加工精度的要求，从而有利于降低制作成本。

6、在一些实施例中，所述第一稳流部的数量为多个，多个所述第一稳流部沿流体的运动方向间隔设置，任意相邻的两个所述第一稳流部之间形成有第二稳流容腔，第一稳流通道与所述第二稳流容腔连通。

7、第一稳流部的数量为多个，并且任意相邻的第一稳流部之间形成有第二稳流容腔，第二稳流容腔也具有“均压室”的作用，能够对经过第一稳流通道整流后的流体进行均压。这样，使得流体在进入层流通道之前经过多次整流和多次均压，这样，可以更有效地抑制二次流和局部湍流的产生，以及使得分配到各层流通道的入口压力的一致性得到进一步的提升。

8、在一些实施例中，所述第一稳流部的数量为两个或三个。

9、流体在进入层流通道之前经过两次或三次的整流和均压处理，已经可以完全抑制二次流和局部湍流的产生，从而较好地保证流量测量设备的测量精度。另外，在第一稳流部的数量为两个或三个的情况下，有利于控制流量测量设备的整体体积，即不会导致流量测量设备体积明显增大。

10、在一些实施例中，多个所述层流通道沿第一方向排布，所述层流通道沿第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直；所述第一稳流部的数量为两个，其中，位于下游侧的所述第一稳流部中的第一稳流通道与所述层流通道沿所述第二方向相互对齐。

11、如此设置，可以使流量测量设备获得更好的测量精度，尤其是能够显著提高高压测量环境下的测量稳定性。

12、在一些实施例中，所述层流元件还包括第二稳流构件，所述第二稳流构件位于所述主体部的下游侧，所述第二稳流构件包括至少一个第二稳流部，所述第二稳流部形成有多个第二稳流通道，所述第二稳流构件与所述主体部之间设有第三稳流容腔，各所述层流通道的出口与所述第三稳流容腔连通，与所述第三稳流容腔相邻的所述第二稳流部中的各所述第二稳流通道与所述第三稳流容腔连通。

13、通过在层流通道的下游侧设置第三稳流容腔以及第二稳流构件，可以防止层流通道中的流体在靠近出口位置时受到来自下游方向的扰动，这样，可以使层流通道中的流体较好地保持层流状态，进而有利于提高流量测量设备的测量精度。

14、在一些实施例中，所述第二稳流部的数量为多个，多个所述第二稳流部沿流体的运动方向间隔设置，任意相邻的两个所述第二稳流部之间形成有一个第四稳流容腔，第二稳流通道与所述第四稳流容腔连通。

15、在第二稳流部的数量为多个的情况下，可以更为有效地防止层流通道中的流体受到来自下游方向的扰动，从而更好地保证层流通道中的流体保持层流状态。

16、在一些实施例中，多个所述层流通道沿第一方向排布，多个所述第一稳流通道沿所述第一方向排布；所述第一稳流构件与所述主体部连接，所述层流元件包括多个层流片组，多个所述层流片组沿所述第一方向层叠设置，每个所述层流片组包括沿所述第一方向层叠设置的第一层流片和第二层流片；相邻的两个层流片组共同限定出所述层流通道以及所述第一稳流通道。

17、多个层流通道沿第一方向排布，多个第一稳流通道沿第一方向排布，即层流通道和第一稳流通道均采用层叠式的排布方式，也就是说，第一稳流通道的排布方式与层流通道的排布方式相同，由此，使得流体经过第一稳流通道后可以获得有效地整流处理。在此基础上，层流元件包括多个沿第一方向层叠设置层流片组，每个层流片组包括沿第一方向层叠设置的第一层流片和第二层流片，相邻的两个层流片组共同限定出层流通道以及第一稳流通道。也就是说，通过将多个第一层流片和多个第二层流片沿第一方向交替设置，可以构造出具有主体部和第一稳流构件的层流元件。相比于通过加工深孔而形成层流通道的方式，本实施例中形成层流元件的方式更有利于保证层流通道的精度。另外，本实施例所采用的将第一层流片和第二层流片进行组合而形成层流元件的方式，具有较好的灵活性，通过调整第一层流片和第二层流片的数量即可得到具有不同层流通道数量的层流元件。

18、在一些实施例中，所述第一层流片和所述第二层流片的厚度均为h，所述第一稳流容腔沿第二方向的尺寸大于或等于5h，且小于或等于100h，所述层流通道沿所述第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直。

19、第一稳流容腔沿第二方向的尺寸大于或等于5h，且小于或等于100h，如此设置，既可以保证第一稳流容腔能够有效地对流体进行均压，同时也兼顾了尺寸问题，即有利于避免层流元件沿第二方向的尺寸过大而导致流量测量设备的尺寸过大。

20、在一些实施例中，所述第一层流片和所述第二层流片的厚度均为h，所述第一稳流部沿第二方向的尺寸大于或等于10h，且小于或等于100h，所述层流通道沿所述第二方向延伸，所述第二方向与所述第一方向垂直。

21、第一稳流部沿第二方向的尺寸大于或等于10h，且小于或等于100h，如此设置，一方面可以保证第一稳流通道的整流效果，另一方面有利于避免层流元件沿第二方向的尺寸过大而导致流量测量设备的尺寸过大。

22、本技术第二方面的实施例提供了一种流量测量设备，所述流量测量设备包括壳体和层流元件，所述壳体形成有流道，所述层流元件为上述任一实施例中的层流元件，所述层流元件设置于流道中。

23、本技术实施例中的流量测量设备，其中的层流元件包括主体部和位于主体部的上游侧的第一稳流构件，主体部形成有多个层流通道，第一稳流构件包括至少一个第一稳流部，第一稳流部形成有多个第一稳流通道，第一稳流构件与主体部之间设有第一稳流容腔。第一稳流通道能够对经过的流体进行整流，第一稳流容腔具有“均压室”的作用，能够对层流通道入口处的流体进行均压。由此，使得流体在进入层流通道之前经过至少一次的整流以及均压，这样有利于消除入口效应，抑制二次流和局部湍流的产生，以保证压力场和速度场具有良好的均匀性，从而可以提高流量测量设备的测量精度。

24、另外，在设置有第一稳流部和第一稳流容腔的情况下，即使主体部因加工误差而使得层流通道存在微小的尺寸偏差，经过第一稳流部的整流以及第一稳流容腔的均压作用，也能够保证分配到各层流通道的入口压力具有良好的一致性。由此，有利于降低对主体部的加工精度的要求，从而有利于降低制作成本。

25、在一些实施例中，多个所述层流通道沿第一方向排布，多个所述第一稳流通道沿所述第一方向排布，所述层流通道沿第二方向延伸，所述流道包括沿所述第二方向依次设置的第一部段、第二部段以及第三部段，所述第二部段沿第三方向的尺寸大于所述第一部段及所述第三部段沿所述第三方向的尺寸，以使所述第二部段与所述第一部段、所述第三部段的连接处分别形成有台阶面，所述层流元件设置于所述第二部段，所述层流元件沿所述第二方向的两端分别与一个所述台阶面相抵接，所述层流元件沿所述第三方向的两端分别与所述第二部段的内壁面相抵接，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两垂直。

26、如此设置，利用第二部段与第一部段、第三部段的连接处所形成的台阶面可以对层流元件在第二方向上进行限位，利用第二部段沿第三方向相对的两个内壁面可以对层流元件在第三方向上进行限位，由此，可以使层流元件在壳体中具有相对稳定的安装位置，从而保证层流元件的工作稳定性。

27、在一些实施例中，多个所述层流通道沿第一方向排布，多个所述第一稳流通道沿所述第一方向排布，所述壳体包括壳主体和与所述壳主体连接的盖板，所述盖板位于所述壳主体沿所述第一方向的一侧，所述盖板与所述层流元件相抵接。

28、在盖板与壳主体的情况下，盖板与层流元件相抵接，这样，层流元件被盖板压紧固定，可以实现层流元件在壳体中的稳固安装。另外，这种安装方式无需在层流元件上开设连接孔，从而有利于避免因开孔而导致层流元件强度下降的问题。