一种流体流量测量装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及流体流量测量，具体而言，涉及一种流体流量测量装置及其测量方法。


背景技术：

2.现有技术中，流体流量的测量一般均有特有的流量计，如差压式流量计、浮子流量计、容积式流量计、热式流量计、超声流量计等。但这些流量计对低流速流体流量的测量效果并不佳，导致流量测量不准确。
3.因此，提供一种能够针对低流速流体流量也能够准确测量的流体流量测量装置和测量方法是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本技术提供了一种流体流量测量装置及其测量方法，解决了现有的流体流量测量装置及方法不能够对低流速流体流量进行准确测量的问题，达到针对微小流量也能够准确测量的目的。
5.第一方面，本技术提供了一种流体流量测量装置，包括：
6.弹性阻力件，其顶部插入流体管道内部，能够在所述流体管道内部流体的作用下发生弹性形变；
7.位移测量器，其用于测量所述弹性阻力件的顶部在流体的作用下因弹性形变而产生的位移量；
8.流量计算器，其与所述位移测量器连接，用于根据所述位移测量器测得的位移量计算所述流体管道内部的流体的流量。
9.根据本技术的实施例，优选地，在上述装置中，所述弹性阻力件为中空结构；所述位移测量器包括设置在所述弹性阻力件顶部内部的反射面结构和设置在所述弹性阻力件底部上方的激光测量单元；
10.所述激光测量单元用于发射激光至所述反射面结构以及接收所述反射镜面结构反射的激光，并测量发射的激光与反射的激光之间的角度偏移量或发射的激光与反射的激光光点之间的位置偏移量，从而根据所述角度偏移量或位置偏移量确定所述弹性阻力件的顶部的位移量。
11.根据本技术的实施例，优选地，在上述装置中，所述弹性阻力件为中空结构；
12.所述位移测量器包括设置在所述弹性阻力件顶部内部的布拉格光栅和设置在所述弹性阻力件底部上方的激光测量单元；
13.所述激光测量单元用于发射激光至所述布拉格光栅，并测量所述布拉格光栅中心波长的偏移量，从而根据所述偏移量确定所述弹性阻力件的顶部的位移量。
14.根据本技术的实施例，优选地，在上述装置中，所述弹性阻力件的数量为一个或多个，当所述弹性阻力件的数量为多个时，多个弹性阻力件间隔插入流体管道内部并且每个弹性阻力件上均对应设置有位移测量器；
15.所述流量计算器设置成，用于根据所述位移测量器测得的位移量计算管道内的流体流速，并计算流体管道内部多个位置的流体流速的平均值，然后根据流体管道内部多个位置的流体流速的平均值计算所述流体管道内部的流体的流量。
16.根据本技术的实施例，优选地，在上述装置中，还包括：
17.温度传感器，其与所述流量计算器连接，用于测量流体管道内部的流体的温度，以供所述流量计算器补偿计算温度对流体流量的测量值的影响。
18.第二方面，本技术提供了一种流体流量测量方法，包括：
19.将弹性阻力件的顶部插入流体管道内部；
20.利用位移测量器测量弹性阻力件的顶部在流体管道内部流体的作用下的位移量d；
21.利用流量计算器根据位移测量器测得的位置偏移量d计算流体管道内部的流体流量v。
22.根据本技术的实施例，优选地，在上述方法中，
23.所述利用流量计算器根据位移测量器测得的位置偏移量d计算流体管道内部的流体流量v的步骤，包括：
24.根据弹性阻力件在流体作用下的位移量d计算流体管道内的流体流速u；
25.根据流体管道内的流体流速u计算流体管道中的流体的体积流量v。
26.根据本技术的实施例，优选地，在上述方法中，根据弹性阻力件在流体作用下的位移量d计算流体管道内的流体流速u：
27.d＝[kρu2glr 3πηu(2l r)]/e，
[0028]
式中，g为重力加速度，ρ为流体密度，k为阻力系数，l为弹性阻力件在流体管道中的长度，r为弹性阻力件的半径，η为流体粘度，e为弹性阻力件的弹性模量。
[0029]
根据本技术的实施例，优选地，在上述方法中，按照下式，根据流体管道内的流体流速u计算流体管道中流体的体积流量v：
[0030]
v＝πr2u，
[0031]
式中，r为流体管道的半径。
[0032]
根据本技术的实施例，优选地，在上述方法中，所述方法还包括：
[0033]
通过温度传感器测量流体管道内部的流体的温度，在考虑流体温度对流体管道中的流体流量的影响的情况下，按照下式，根据流体管道内的流体流速u计算流体管道中流体的体积流量v：
[0034]
v＝kπr2ut0/t1，
[0035]
式中，r为流体管道半径，t0为标定状况下温度，t1为实际温度，k为系数。
[0036]
根据本技术的实施例，优选地，在上述方法中，所述方法还包括：
[0037]
测量流体管道多个位置的流体流速，并以多个位置的流体流速的平均值作为流体管道内流体流速u的最终测量值。
[0038]
第三方面，本技术提供了一种如上第二方面所述的流体流量测量方法，应用于超低流速烟气流量的测量。
[0039]
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：在本发明的装置及方法中，通过在流体管道内插入弹性阻力件，并通过位移测量器测量
弹性阻力件的顶部在流体作用下因弹性形变而产生的位移量，然后通过流量计算器与位移测量器连接，并根据位移测量器测得的位移量计算流体管道内部的流体的流量，在该装置中只要弹性阻力件能够产生形变和位移就能够测量得到流体流量，解决了现有技术中的流体流量测量装置不能对低流速流量的流体进行流量测量的问题，避免了低流速的流量不能准确测量的问题。
附图说明
[0040]
通过结合附图阅读下文示例性实施例的详细描述可更好地理解本发明公开的范围。其中所包括的附图是：
[0041]
图1为本发明实施例一提供的流体流量测量装置中弹性阻力件与位移测量器的结构示意图。
[0042]
图2为本发明实施例一提供的图1的另一侧面结构示意图。
[0043]
图3为本发明实施例提供的流体流量测量方法的流程图。
具体实施方式
[0044]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0045]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。
[0047]
实施例一
[0048]
请结合参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种流体流量测量装置，该装置包括：
[0049]
弹性阻力件10，其顶部插入流体管道20内部，能够在所述流体管道20内部流体的作用下发生弹性形变；
[0050]
位移测量器，其用于测量所述弹性阻力件10的顶部在流体的作用下因弹性形变而产生的位移量；
[0051]
流量计算器，其与所述位移测量器连接，用于根据所述位移测量器测得的位移量计算所述流体管道20内部的流体的流量。
[0052]
所述弹性阻力件10内部为中空结构；所述位移测量器包括设置在所述弹性阻力件10顶部内部的反射面结构和设置在所述弹性阻力件10底部上方的激光测量单元301；
[0053]
所述激光测量单元301用于发射激光303至所述反射镜面结构302以及接收所述反射面结构302反射的激光，并测量发射的激光与反射的激光之间的角度偏移量或测量发射的激光与反射的激光光点之间的位置偏移量，从而根据所述角度偏移量或位置偏移量确定所述弹性阻力件的顶部的位移量。
[0054]
更具体而言，弹性阻力件10垂直插入流体管道20中，弹性阻力件10在流体的作用下受到流体的冲击力和粘性摩擦力，继而发生弹性形变，向下游方向发生一定幅度的弯曲变形，弹性阻力件在流体中受到的冲力和粘性摩擦力的合力大小与流体的成分、流量、粘度和温度有关，在流体的成分、粘度和温度不变的情况下，只与流量相关。
[0055]
在该实施例中，将弹性阻力件设置为中空结构，并且在弹性阻力件10的顶部内部安装一块能够反射激光的光滑金属镜面作为反射镜面结构302，同时在弹性阻力件10的上方安装一微型激光发射和接收装置作为激光测量单元301；激光发射和接收装置发射的激光发射至弹性阻力件10底部的金属镜面上，反射光束被激光发射和接收装置接收，当流体流动时引起弹性阻力件变形时，反射的激光会发生偏转，激光发射和接收装置作为激光测量单元301可以测量出发射的激光和反射的激光之间的角度偏移量，从而可根据角度偏移量确定弹性阻力件10的顶部的位移量。由于弹性阻力件10的顶部的位移与流体流速具有单值对应关系，因此流量计算器可以根据弹性阻力件10的顶部位移量而确定流体流速，进而根据流体流速可计算的到流体的流量。
[0056]
弹性阻力件10形式可以有多种，如纤毛状、细管状、片状、舌状、条状、叶状等，其尺寸、形状、弹性大小都可以根据实际情况进行选择。
[0057]
在该实施例的装置中，对流体流量的测量需要弹性阻力件端部的弹性可动幅度比较大。
[0058]
实施例二
[0059]
本发明实施例提供了一种流体流量测量装置，该装置包括：
[0060]
弹性阻力件10，其顶部插入流体管道20内部，能够在所述流体管道20内部流体的作用下发生弹性形变；
[0061]
位移测量器，其用于测量所述弹性阻力件10的顶部在流体的作用下因弹性形变而产生的位移量；
[0062]
流量计算器，其与所述位移测量器连接，用于根据所述位移测量器测得的位移量计算所述流体管道20内部的流体的流量。
[0063]
所述弹性阻力件10为中空结构；
[0064]
所述位移测量器包括设置在所述弹性阻力件10顶部内部的布拉格光栅302和设置在所述弹性阻力件10底部上方的激光测量单元301；
[0065]
所述激光测量单元301用于发射激光303至所述布拉格光栅，并测量所述布拉格光栅中心波长的偏移量，从而根据所述偏移量确定所述弹性阻力件的顶部的位移量；其中，所述弹性阻力件的顶部的位移量与布拉格光栅中心波长的偏移量相等。
[0066]
本实施例与实施例一的不同之处在于，位移测量器是由设置在弹性阻力件10顶部内部的布拉格光栅和设置在弹性阻力件10底部上方的激光测量单元，这里的激光测量单元301仍然可以采用实施例一中提供的激光发射和接收装置，因此在这里激光发射和接收装置是用于发射激光至布拉格光栅，然后测量布拉格光栅中心波长的偏移量，根据布拉格光栅中心波长的偏移量确定弹性阻力件的顶部的位移量。
[0067]
该实施例中，激光测量单元中可集成有测量布拉格光栅中心波长偏移量的光栅传感器，通过光栅传感器可直接获知布拉格光栅中心波长的偏移量，该波长的偏移量与弹性阻力件的顶部的位移量是相等的。
[0068]
在该实施例中方案中，对弹性阻力件顶部的弹性位移要求比较小。
[0069]
实施例三
[0070]
在实施例一、实施例二的基础上，所述弹性阻力件10的数量为一个或多个，当所述弹性阻力件10的数量为多个时，多个弹性阻力件10间隔插入流体管道20内部并且对应设置有位移测量器；
[0071]
需要说明的是，弹性阻力件10与位移测量器可以是一对一的关系，即一个弹性阻力件10上对应设置一个位移测量器，也可以是多对一的关系，即多个弹性阻力件10对应一个位移测量器，位移测量器可以分时工作测量多个阻力件的位移。
[0072]
所述流量计算器设置成，用于根据所述位移测量器测得的位移量计算流体管道20内的流体流速，并计算流体管道20内部多个位置的流体流速的平均值，然后根据流体管道20内部多个位置的流体流速的平均值计算所述流体管道内部的流体的流量。
[0073]
通过本实施例中的这种方式，可以测量流体管道中不同位置的多个流速，以便用于有偏流的情况或对测量精度有更高要求的情况。而在测量时，以测量流体管道中心点多个位置的流体流速最为精确，如果流速的测试点即弹性阻力件的顶部与流体接触的位置不在流体管道的中心点上，这时候测出来的流速可以跟中心点的流速比较，来评估流体径向速度分布，以确认流体流速是否正常。
[0074]
另外，在计算管道某个位置的流体流速时，可以在管道的一个位置上只打一个孔，然后向孔内插入多根不同长度的阻力件，然后测量该处管道截面上不同径向位置的流速，按照选取的点的位置计算出整个管道的精确流速。在一个开口出测量整个截面也方便让一个位移测量器分时工作来测量多个位置流速，有利于节约成本。
[0075]
实施例四
[0076]
在实施例一、实施例二和实施例三任意实施例的基础上，该流体流量测量装置中还包括温度传感器，其与所述流量计算器连接，用于测量流体管道内部的流体的温度，以供所述流量计算器补偿计算温度对流体流量的测量值的影响。
[0077]
本实施例中，通过温度传感器测量的温度做温度补偿，用于更高精度的流量测量，温度传感器可安装在，弹性阻力件插入流体管道内与流体管道相连接的部位，以便测量流体管道内的流体温度，用于补偿流体温度对流体流量的影响。
[0078]
第二方面，请参阅图3，本发明实施例提供了一种流体流量测量方法，对应于实施例一和实施例二该方法包括步骤s10至步骤s30。需要说明的是此处的方法是针对垂直插入流体管道的弹性阻力件为例的计算方式。
[0079]
步骤s10，将弹性阻力件的顶部插入流体管道内部。
[0080]
步骤s20，利用位移测量器测量弹性阻力件的顶部在流体管道内部流体的作用下的位移量d。
[0081]
步骤s30，利用流量计算器根据位移测量器测得的位置偏移量d计算流体管道内部的流体流量v。
[0082]
具体的，步骤s30中包括：
[0083]
在该实施例中，垂直阻力件的插入方式为垂直插入，由于弹性阻力件端部位移与流量的关系式因阻力件形式不同而不同，以径向布置的细圆柱体阻力件为例，因为阻力件外形细小，其引起的差压可以忽略不计，其在管道中的受力为流体的冲力以及粘滞摩擦力
的合力，在这种特定情况下，则根据弹性阻力件在流体作用下的位移量d计算流体管道内的流体流速u：其计算式为：d＝[kρu2glr 3πηu(2l r)]/e，式中，g为重力加速度，ρ为流体密度，k为阻力系数，l为弹性阻力件在流体管道中的长度，r为弹性阻力件的半径，η为流体粘度，e为弹性阻力件的弹性模量。在此需要说明的是，若考虑其他因素，例如差压不可忽略不计，则计算式可能需要发生变化，这里仅列举了差压可以忽略不计的情况。
[0084]
根据流体管道内的流体流速u计算流体管道中的流体的体积流量v：其计算式为v＝πr2u，式中，r为流体管道的半径。
[0085]
对应于实施例三，本实施例中提供的流体流量测量方法还包括测量流体管道多个位置的流体流速，并以多个位置的流体流速的平均值作为流体管道内流体流速u的最终测量值，最后根据流体流速u的最终测量值计算出流体管道内的流体流量。需要说明的是，在测量多个位置的流体流速时，优选中心点处的流体流速，在管道内的流态是：由于管道内壁的粘滞力作用管道边缘附近流速较慢，管道中心流速较快，因此选取测量中心点的流体流速的平均值可以提高管道流体流速的测量精度。
[0086]
对应于实施例四，本实施例中提供的流体流量测量方法中还包括：通过温度传感器测量流体管道内部的流体的温度，在考虑流体温度对流体管道中的流体流量的影响的情况下，按照下式，根据流体管道内的流体流速u计算流体管道中流体的体积流量v：
[0087]
v＝kπr2ut0/t1，
[0088]
式中，r为流体管道半径，t0为标定状况下温度，t1为实际温度，k为系数。
[0089]
另外，为了测量的准确性，在本发明中的测量方法中可以设置一个简单的标定系统，即将标准流量计与本发明的流量测量装置设置在同一个流体管道中，然后用风机等推动流体以一定流速流动，然后对比标准流量计与本发明的流量测量装置的测量结果，对比看误差情况是否满足测量要求。
[0090]
第三方面，如上第二方面中的流体流量测量方法应用于超低流速烟气流量的测量。在烟气处理流程中，从电厂等烟道气捕集co2时，需要对低压低流速的烟道气的流量进行测量，传统办法各类流量计在此应用中均没有好的效果，导致流量测量不准确。采用本发明中的装置和方法可以准确测量低压低流速的烟道气流量。
[0091]
综上所述，本发明提供的装置及方法中，通过在流体管道内插入弹性阻力件，并通过位移测量器测量弹性阻力件的顶部在流体作用下因弹性形变而产生的位移量，然后通过流量计算器与位移测量器连接，并根据位移测量器测得的位移量计算流体管道内部的流体的流量，在该装置中只要弹性阻力件能够产生形变和位移就能够测量得到流体流量，解决了现有技术中的流体流量测量装置不能对低流速流量的流体进行流量测量的问题，避免了低流速的流量不能准确测量的问题。
[0092]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0093]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
[0094]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0095]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。
[0096]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0097]
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0098]
虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。