基于负阻特性的流量测量方法及电阻流量计技术

基于负阻特性的流量测量方法，测量流场内液体两定点间电阻的变化量及对应的液体的平均流速，通过标定，找出不同液体的电阻Ｒ与平均流速Ｖ的关系Ｖ＝ｆ（Ｒ），进而由Ｑ＝ＡＶ＝Ａｆ（ｘ）而计算得流量，利用欲测定其流量的管道内所设的两个电极间由被测液体构成的液体可变电阻Ｒ测量流量。基于负阻特性的电阻流量计包括有：流量传感器，前置放大转换器，流量积算仪，显示、记录仪，接口电路及电源。本发明专利技术可广泛应用于导电或微导电液体，如水或各种酸、碱、盐溶液的流量测量，在纯水液压传动，环保水处理系统、化工行业中酸、碱溶液的流量测量，生产过程自动控制方面，可有广泛的应用；应用前景良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过测量流场内液体两定点间电阻来测量流量的方法及装置，特别是基于负阻特性的流量测量方法以及利用该方法设计的电阻流量计。
技术介绍
流量计是石油、化工、食品、环境保护、流体传动与控制等诸多领域都广泛使用的仪表。在石油、化工行业，流量经常是主要的测控参数，其检测精度对产品质量、生产安全都有重要影响。在流体传动与控制上，流量更是监控系统工作状态，评价系统元件静、动态性能的主要参数，提高流量测量的精度和技术水平具有重大的理论意义及实用价值。目前正在使用的流量计种类繁多，测量原理各异，除了体积式、质量式是直接测量流量外，大多数流量计是属于间接测量。由于流量等于平均流速乘以过流截面积Q＝AV，可通过测量与流体平均流速V有关的物理量x或该物理量的增量Δx，在流体流动时若有V＝f(x)，就可利用Q＝AV＝Af(x)测算流量。根据上述间接测量的原理，选用不同的物理量为对象就形成了不同的流量计。取x为压差Δp时是压差式流量计，如孔板式、喷嘴式、文丘里式、层流流量计等；取叶轮的脉冲频率为x时，就是叶轮式流量计，如涡轮式流量计、分流旋翼流量计等；取x为流体紊流时的旋涡频率时，就是涡流流量计，如涡街流量计、旋进旋涡流量计等；若取超声波被流体反射后的参数，如频率、时间差为x时就是超声流量计、多普勒流量计等。此外还有电磁流量计，激光流量计等。目前流量计存在的问题，(1)干扰流场，改变流态。多数流量计需要在管道内设置孔板、涡轮、节流元件，产生较大的压力损失，干扰流场，测量误差大。(2)动态响应速度慢。由于运动部件惯性影响，多数只能测量平均流量，对于瞬时动态流量无法作出反应。(3)价格偏高。如激光式、超声波式流量计，价格较高，应用受限制。从测试的要求看，测量目的已从简单静态平均流量的测量，转向了同时要求动态瞬时流量的测量。特别是在流体传动与控制领域，响应速度越来越快，对系统动态性能的要求越来越高，现今的动态瞬时流量的测量水平已经远远不能满足实际控制要求，动态瞬时流量的测量已成为制约系统控制性能提高的问题。专利技术目的本专利技术的目的是研究流动液体平均流速V与电阻R之间的相互作用机理，找出二者之间的关系，以电阻R为间接测定液体平均流速的物理量x，并由此提出一种新的流量测量理论和方法，以及根据这种理论及方法设计一种电阻流量计。本专利技术和方法科学合理，装置安装方便；不干扰流场，压力损失小；无运动部件，可最大限度地消除惯性影响，动态性能好，能方便准确的测量动态瞬时流量。
技术实现思路
基于负阻特性的流量测量方法，其特征在于，测量流场内液体两定点间电阻的变化量及对应的液体的平均流速，通过标定，找出不同液体的电阻R与平均流速V的关系V＝f(R)，进而由Q＝AV＝Af(x)而计算得流量，利用欲测定其流量的管道内所设的两个电极间由被测液体构成的液体可变电阻R测量流量，具体方法为(1)在欲测定其流量的管道内设两个电极，电极与液体直接接触，当管内充满液体后两电极间形成一个数值随液体平均流速变化的液体电阻，(2)保持管内液体静止，测定两电极间的原始液体电阻R0，(3)改变管内液体平均流速，依次取V1、V2、V3……Vn，测出相对应的电阻R1R2R3……Rn，(4)采用现有公知的计算机曲线拟合程序处理上述数据，得出流量与电阻间的函数关系V＝f(R)，(5)测量管道过流截面积A，(6)将步骤(4)、(5)得出的关系式和数据输入流量积算仪，存储待用，(7)流量积算仪根据已存储的不同液体电阻与平均流速的函数关系V＝f(R)，并根据Q＝AV＝Af(x)关系，利用其预设的现有公知的计算程序，计算液体流量，(8)通过流量积算仪内的在线监控程序控制显示仪实时显示记录流量值，并可查询历史记录。本专利技术的基于负阻特性的电阻流量计，其特征在于，包括有(1)体电阻变化量的流量传感器，(2)用于将转换电阻信号并放大的前置放大转换器，(3)有利用不同液体电阻与电压信号关系V＝f(R)，并根据Q＝AV＝Af(x)关系，利用其预设的现有公知的计算程序，计算流量的流量积算仪，(4)显示记录流量值的显示、记录仪，(5)将流量信号输出，供自动控制使用的I/O接口电路，(6)电源，流量传感器体(4)两端为可拆卸的连接结构，内孔供液体通过，在内孔分别设有测两定点间电阻变化的电极(2)，传感器与前置放大变换器电气联接；前置放大变换器与流量积算仪电气联接；流量积算仪与显示仪电气联接；流量积算仪与流量信号输出I/O接口电气联接；电源分别与流量传感器、前置放大变换器、流量积算仪、及流量显示仪电气联接。根据理论分析和实验验证，流场内两定点间的电阻，会随着平均流速的增加而减小，我们称之为“负阻特性”。当流体一定，外界条件不变时，二者之间存在确定的的函数关系。只要能建立此函数关系V＝f(R)，就可由式Q＝AV＝Af(R)流量。此即电阻流量计的理论基础，据此本专利技术提出基于负阻特性的流量测量方法及电阻流量计。本专利技术的测量流量方法的理论依据是，液体流场两定点间的电阻与平均流速之间存在确定的函数关系。当平均流速为零时，有一原始值R0，当平均流速增加时此电阻会改变，平均流速和电阻之间存在确定的函数关系，我们选择电阻R作为参考物理量，建立函数关系V＝f(R)，就能间接测定平均流速V，进而通过Q＝AV＝Af(R)测算得到流量。各种不同的液体V与R的函数关系是不同的，测算中应分别进行标定。各种不同液体的标定结果对应于不同的函数关系，记为f1(R)、f2(R)、f3(R)……，存储于流量积算仪中备用。在本专利技术中，流量传感器，也被称为流量变送器，其作用是将平均流速信号转换为电阻或与电阻变化有关的电压、电流信号的部件。前置放大转换器，用于放大、变换流量传感器的输出信号，使之能方便地被流量积算仪处理。流量积算仪，用于接收前置放大输出信号，运算、处理后得出流量信号。显示仪用于将流量、总流量、平均流量等数值以人能感知的形式表输出，如表针指示、LED显示和打印机打印输出等。流量信号输出有电压、电流等多种形式，供自动控制仪表或上一级控制计算机使用。本专利技术的特点，(1)只需要测量流场内任意两固定点间的液体电阻并将其转换成与电阻有关的电压、电流等信号，就能得到液体的流量，故方法简单，传感器结构也非常简单，强度好。本专利技术除用于常压液体流量测量外，还可用于高压液体流量测量，如水射流切割、纯水液压传动等。(2)本专利技术是将电阻的变化由电桥或其它电路转换成电压或电流信号，最后结果的输出设计为数字量或模拟量都很方便，选择余地大，应用范围广。(3)本专利技术的传感器不会干扰流场，没有压力损失，还可以测量带腐蚀性的液体，如水、酸、碱溶液等的流量。(4)本专利技术无运动部件，响应快，动态特性好，除可测量平均流量外，更可用于动态瞬时流量的在线测量，这一点对于流体传动与控制系统、精细化工等领域具有重大的意义。本专利技术可广泛应用于导电或微导电液体，如水或各种酸、碱、盐溶液的流量测量，在纯水液压传动，环保水处理系统、化工行业中酸、碱溶液的流量测量，生产过程自动控制方面，可有广泛的应用。应用前景良好。下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步解释。附图说明图1为本专利技术结构框2为本专利技术传感器电气原理3为本专利技术具有环状电极的传感器结构示意4为本专利技术具有针状电极的传感器结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于负阻特性的流量测量方法，其特征在于，测量流场内液体两定点间电阻的变化量及对应的液体的平均流速，通过标定，找出不同液体的电阻Ｒ与平均流速Ｖ的关系Ｖ＝ｆ（Ｒ），进而由Ｑ＝ＡＶ＝Ａｆ（ｘ）而计算得流量，利用欲测定其流量的管道内所设的两个电极间由被测液体构成的液体可变电阻Ｒ测量流量，具体方法为：（１）在欲测定其流量的管道内设两个电极，电极与液体直接接触，当管内充满液体后两电极间形成一个数值随液体平均流速变化的液体电阻；（２）保持管内液体静止，测定两电极间的原始液体 电阻Ｒ↓［０］，（３）改变管内液体平均流速，依次取Ｖ↓［１］、Ｖ↓［２］、Ｖ↓［３］……Ｖｎ，测出相对应的电阻Ｒ↓［１］Ｒ↓［２］Ｒ↓［３］……Ｒｎ，（４）采用现有公知的计算机曲线拟合程序处理上述数据，得出流量与电阻间的函数 关系Ｖ＝ｆ（Ｒ），（５）测量管道过流截面积Ａ，（６）将步骤（４）、（５）得出的关系式和数据输入流量积算仪，存储待用，（７）流量积算仪根据已存储的不同液体电阻与平均流速的函数关系Ｖ＝ｆ（Ｒ），并根据Ｑ＝ＡＶ＝Ａｆ（ｘ） 关系，利用其预设的现有公知的计算程序，计算液体流量，（８）通过流量积算仪内的在线监控程序控制显示仪实时显示记录流量值，并可查询历史记录。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨尚平，杨晓玉，马骏骑，陈斌，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：53[中国|云南]