一种薄膜张缩式的微流速测量装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种薄膜张缩式的微流速测量装置及其方法，属于测量设备领域。本发明专利技术中的转子流速测量装置通过由气压驱动的调节气腔结构，使得在流速测量过程中通过改变调节气腔的体积调整其浮力，即可使其整体悬浮在待测流体中，使第二套管与中心轴之间理想状态下能无接触的相对转动，尽可能减少摩擦力。由此，本发明专利技术的微流速测量装置可以适用于微流速的测定。由于本发明专利技术中的调节气腔体积是通过弹性薄膜的张缩来调节的，因此只要两侧的弹性薄膜初始状态保持一致，其张缩变化就能够保持同步性，可方便地通过中心轴上连接的抽吸装置进行控制。因此可以在无需拆卸该装置的情况下，实时地调节其整体浮力，以便于适应不同流体环境，具有更大的灵活性。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜张缩式的微流速测量装置及其方法
本专利技术属于测量设备领域，具体涉及一种薄膜张缩式的微流速测量装置及其方法。
技术介绍
流速仪是用于测定流体流速的设备，通常来说，流速仪分为转子式流速仪、文丘里流速仪、电磁式流速仪、超声波多普勒流速仪。其中，转子式流速仪的核心部件是叶轮，其通常在高流速和河流中使用。旋桨式流速仪、旋杯式流速仪和旋叶式流速仪均属转子式流速仪，工作原理基本相同，是利用水流动力推动转子旋转，根据转动速度推求流速。但是此类设备由于转轴处存在较大的摩擦力，因此通常不适宜用于中低流速的测量。另外，文丘里流速仪、电磁式流速仪、超声波多普勒流速仪对于中高流速的测量较为准确，但是低流速的测定对于目前的流速测定仪器而言依然是一大难点。现有的流速仪普遍存在最低量程过高的问题，无法用于测定过小的流速，即微流速。因此，如何实现微流速的测定，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中微流速测定困难的缺陷，并提供一种薄膜张缩式的微流速测量装置及其方法。本专利技术所采用的具体技术方案如下：第一方面，本专利技术提供了一种薄膜张缩式的微流速测量装置，其包括文丘里测流管和转子流速测量装置；所述文丘里测流管由入口段、渐缩段、喉管段、渐扩段、出口段顺次连接而成，且所述喉管段的侧部设有凹形壳体，凹形壳体的内腔作为测流腔，凹形壳体的开口连通喉管段；测流腔上设有至少一个排气阀；所述转子流速测量装置包括第一套管、第二套管和转速测量装置，第二套管同轴设于第一套管内部且两者之间通过若干支撑杆保持相对固定；所述第二套管为由内层管体和外层管体贴合嵌套而成的双层管体，所述中心轴贯穿第二套管的内层管体且中心轴外壁与内层管体内壁之间保留有缝隙，转子流速测量装置通过中心轴整体架设于测流腔中；环绕所述第一套管外壁固定有若干叶轮片，且部分叶轮片伸入所述喉管段中，剩余叶轮片位于测流腔内，伸入所述喉管段中的叶轮片在喉管段内流体推动下推动第一套管和第二套管整体转动；第一套管和外层管体的之间夹持的环形腔体两端对称固定有一层圆环形的弹性薄膜，且每层弹性薄膜封闭其所在位置的环形腔体横截面；第一套管、外层管体和两层弹性薄膜共同构成封闭的调节气腔，且两层弹性薄膜能随调节气腔内部气压的变化内缩或外扩，以改变调节气腔的体积大小；所述中心轴为一端封闭另一端开口的中空轴，其内部空腔作为第一气孔道；中空轴的中部具有开孔段，所述开孔段范围内的轴侧壁沿程间隔开设有若干圈环向布置的气孔；所述支撑杆中开设有第二气孔道，所述内层管体上开设有一圈第一通孔，所述外层管体上开设有一圈第二通孔；第二气孔道的进口始终连通外层管体上的一圈第二通孔，第二气孔道的出口连通所述调节气腔；内层管体上的一圈第一通孔处于所述开孔段的轴向区间中；内层管体通过相对于外层管体转动，能够使所有第一通孔和第二通孔完全重合连通第一气孔道和第二气孔道之间的气路，也能够使所有第一通孔和第二通孔完全错开保持调节气腔封闭；在流速测量过程中通过对第一气孔道进行抽气或鼓气，经由所述开孔段、完全重合的第一通孔和第二通孔以及第二气孔道构成的气路改变调节气腔的体积调整其浮力，使第二套管与中心轴之间能无接触的相对转动；所述转速测量装置用于测量第二套管的转速，以用于将转速转换为流速。作为优选，所述的每层弹性薄膜通过两个同轴的固定环进行夹持固定，其中外圈的固定环环绕固定于第一套管内壁面，内圈的固定环环绕固定于第二套管外壁面，两个固定环以及两个固定环之间夹持的弹性薄膜构成一个完整的密封面。作为优选，所述的弹性薄膜为乳胶膜。作为优选，所述的转速测量装置包括光信号发射器、光信号接收器、信号分析仪和流速显示仪，所述凹形壳体上开设有透明窗，所述叶轮片上设有光信号反射器，所述光信号发射器和光信号接收器成对置于凹形壳体外部，光信号发射器通过透明窗向叶轮片发射光信号，并由光信号反射器反射至光信号接收器中，所述信号分析仪用于对光信号接收器的电信号进行处理计数并转换为第二套管的转速；每片叶轮片转动至光信号发射器和光信号接收器的光路反射位置时，光信号接收器产生一次计数；流速显示仪根据第二套管的转速与管内流速之间的映射关系，将第二套管的当前转速换算为所述入口段流速，并显示于显示屏上。作为优选，所有支撑杆均绕中心轴对称布置，整个转子流速测量装置转动时不存在偏心。作为优选，所述第二气孔道的进口孔径大于所述气孔的孔径。作为优选，所述凹形壳体不同朝向的侧面均设置有排气阀，所述的凹形壳体的内壁为光滑的球面。作为优选，所述支撑杆有4条，均位于所述调节气腔与轴向垂直的镜像对称面上，沿第二套管的环向等角度均匀布置；每条支撑杆中均设有所述第二气孔道。进一步的，所述内层管体上开设的一圈第一通孔共4个，所述外层管体上开设的一圈第二通孔共4个，均沿环向等角度均匀布置。作为优选，所述第一气孔道的开口端连接用于吸气或鼓气的抽吸装置。第二方面，本专利技术提供了一种利用如第一方面任一方案所述薄膜张缩式的微流速测量装置的微流速测量方法，其步骤如下：S1：将所述薄膜张缩式的微流速测量装置中文丘里测流管的入口段和出口段分别接入待测管道中，使凹形壳体内部充满管内流体；S2：控制内层管体相对于外层管体转动使所有第一通孔和第二通孔完全重合，保持弹性薄膜处于平直状态，然后通过抽吸装置向第一气孔道中缓慢抽气直至所述调节气腔位于最小体积处，再通过抽吸装置向第一气孔道中缓慢鼓气，直至所述调节气腔位于最大体积处；在所述调节气腔体积变化过程中，保持待测管道内流速恒定，并获取所述转速测量装置测量得到的第二套管转速最大值；S3：继续保持待测管道内流速恒定，重新调节所述调节气腔的体积，使得所述转速测量装置测量得到的第二套管转速达到所述第二套管转速最大值后，重新控制内层管体相对于外层管体转动使所有第一通孔和第二通孔完全错开，保持调节气腔封闭；S4：流速测量时，待测管道内的流体依次入口段、渐缩段、喉管段、渐扩段和出口段，并在喉管段中按照截面的面积比例放大流速；流经喉管段中的流体推动伸入所述喉管段中的叶轮片，进而带动第一套管和第二套管绕着中心轴同步转动，通过所述转速测量装置测量第二套管的转速；S5：根据预先测定的第二套管的转速与所述喉管段中流体流速之间的映射关系，将第二套管的实时转速转换为所述喉管段中流体的实时流速；S6：根据所述喉管段中流体的实时流速，通过喉管段与待测管道的横截面积之比，换算得到待测管道中流体的实时流速。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：本专利技术通过设置文丘里测流管和转子流速测量装置，可通过文丘里喉管段放大原始的微流速，进而通过转子流速测量装置的转速来反应管内的流速。本专利技术中的转子流速测量装置通过由气压驱动的调节气腔结构，使得在流速测量过程中通过改变调节气腔的体积调整其浮力，即可使其整体悬浮在待测流体中，使第二套管与中心轴之间理想状态下能无接触的相对转动，尽可能减少摩擦力。由此，本专利技术的微流速测量装置可以适用于微流速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜张缩式的微流速测量装置，其特征在于，包括文丘里测流管和转子流速测量装置(8)；/n所述文丘里测流管由入口段(1)、渐缩段(2)、喉管段(3)、渐扩段(4)、出口段(5)顺次连接而成，且所述喉管段(3)的侧部设有凹形壳体(7)，凹形壳体(7)的内腔作为测流腔(9)，凹形壳体(7)的开口连通喉管段(3)；测流腔(9)上设有至少一个排气阀(6)；/n所述转子流速测量装置(8)包括第一套管(89)、第二套管(85)和转速测量装置，第二套管(85)同轴设于第一套管(89)内部且两者之间通过若干支撑杆(91)保持相对固定；所述第二套管(85)为由内层管体(851)和外层管体(852)贴合嵌套而成的双层管体，所述中心轴(83)贯穿第二套管(85)的内层管体(851)且中心轴(83)外壁与内层管体(851)内壁之间保留有缝隙，转子流速测量装置(8)通过中心轴(83)整体架设于测流腔(9)中；环绕所述第一套管(89)外壁固定有若干叶轮片(82)，且部分叶轮片(82)伸入所述喉管段(3)中，剩余叶轮片(82)位于测流腔(9)内，伸入所述喉管段(3)中的叶轮片(82)在喉管段(3)内流体推动下推动第一套管(89)和第二套管(85)整体转动；第一套管(89)和外层管体(852)的之间夹持的环形腔体两端对称固定有一层圆环形的弹性薄膜(88)，且每层弹性薄膜(88)封闭其所在位置的环形腔体横截面；第一套管(89)、外层管体(852)和两层弹性薄膜(88)共同构成封闭的调节气腔(87)，且两层弹性薄膜(88)能随调节气腔(87)内部气压的变化内缩或外扩，以改变调节气腔(87)的体积大小；/n所述中心轴(83)为一端封闭另一端开口的中空轴，其内部空腔作为第一气孔道(86)；中空轴的中部具有开孔段，所述开孔段范围内的轴侧壁沿程间隔开设有若干圈环向布置的气孔；所述支撑杆(91)中开设有第二气孔道(84)，所述内层管体(851)上开设有一圈第一通孔，所述外层管体(852)上开设有一圈第二通孔；第二气孔道(84)的进口始终连通外层管体(852)上的一圈第二通孔，第二气孔道(84)的出口连通所述调节气腔(87)；内层管体(851)上的一圈第一通孔处于所述开孔段的轴向区间中；内层管体(851)通过相对于外层管体(852)转动，能够使所有第一通孔和第二通孔完全重合连通第一气孔道(86)和第二气孔道(84)之间的气路，也能够使所有第一通孔和第二通孔完全错开保持调节气腔(87)封闭；/n在流速测量过程中通过对第一气孔道(86)进行抽气或鼓气，经由所述开孔段、完全重合的第一通孔和第二通孔以及第二气孔道(84)构成的气路改变调节气腔(87)的体积调整其浮力，使第二套管(85)与中心轴(83)之间能无接触的相对转动；所述转速测量装置用于测量第二套管(85)的转速，以用于将转速转换为流速。/n...

【技术特征摘要】
1.一种薄膜张缩式的微流速测量装置，其特征在于，包括文丘里测流管和转子流速测量装置(8)；
所述文丘里测流管由入口段(1)、渐缩段(2)、喉管段(3)、渐扩段(4)、出口段(5)顺次连接而成，且所述喉管段(3)的侧部设有凹形壳体(7)，凹形壳体(7)的内腔作为测流腔(9)，凹形壳体(7)的开口连通喉管段(3)；测流腔(9)上设有至少一个排气阀(6)；
所述转子流速测量装置(8)包括第一套管(89)、第二套管(85)和转速测量装置，第二套管(85)同轴设于第一套管(89)内部且两者之间通过若干支撑杆(91)保持相对固定；所述第二套管(85)为由内层管体(851)和外层管体(852)贴合嵌套而成的双层管体，所述中心轴(83)贯穿第二套管(85)的内层管体(851)且中心轴(83)外壁与内层管体(851)内壁之间保留有缝隙，转子流速测量装置(8)通过中心轴(83)整体架设于测流腔(9)中；环绕所述第一套管(89)外壁固定有若干叶轮片(82)，且部分叶轮片(82)伸入所述喉管段(3)中，剩余叶轮片(82)位于测流腔(9)内，伸入所述喉管段(3)中的叶轮片(82)在喉管段(3)内流体推动下推动第一套管(89)和第二套管(85)整体转动；第一套管(89)和外层管体(852)的之间夹持的环形腔体两端对称固定有一层圆环形的弹性薄膜(88)，且每层弹性薄膜(88)封闭其所在位置的环形腔体横截面；第一套管(89)、外层管体(852)和两层弹性薄膜(88)共同构成封闭的调节气腔(87)，且两层弹性薄膜(88)能随调节气腔(87)内部气压的变化内缩或外扩，以改变调节气腔(87)的体积大小；
所述中心轴(83)为一端封闭另一端开口的中空轴，其内部空腔作为第一气孔道(86)；中空轴的中部具有开孔段，所述开孔段范围内的轴侧壁沿程间隔开设有若干圈环向布置的气孔；所述支撑杆(91)中开设有第二气孔道(84)，所述内层管体(851)上开设有一圈第一通孔，所述外层管体(852)上开设有一圈第二通孔；第二气孔道(84)的进口始终连通外层管体(852)上的一圈第二通孔，第二气孔道(84)的出口连通所述调节气腔(87)；内层管体(851)上的一圈第一通孔处于所述开孔段的轴向区间中；内层管体(851)通过相对于外层管体(852)转动，能够使所有第一通孔和第二通孔完全重合连通第一气孔道(86)和第二气孔道(84)之间的气路，也能够使所有第一通孔和第二通孔完全错开保持调节气腔(87)封闭；
在流速测量过程中通过对第一气孔道(86)进行抽气或鼓气，经由所述开孔段、完全重合的第一通孔和第二通孔以及第二气孔道(84)构成的气路改变调节气腔(87)的体积调整其浮力，使第二套管(85)与中心轴(83)之间能无接触的相对转动；所述转速测量装置用于测量第二套管(85)的转速，以用于将转速转换为流速。


2.如权利要求1所述的薄膜张缩式的微流速测量装置，其特征在于，所述的每层弹性薄膜(88)通过两个同轴的固定环(90)进行夹持固定，其中外圈的固定环(90)环绕固定于第一套管(89)内壁面，内圈的固定环(90)环绕固定于第二套管(85)外壁面，两个固定环(90)以及两个固定环(90)之间夹持的弹性薄膜(88)构成一个完整的密封面。


3.如权利要求1所述的薄膜张缩式的微流速测量装置，其特征在于，所述的弹性薄膜(88)为乳胶膜。


4.如权利要求1所述的薄膜张缩式的微流速测量装置，其特征在于，所述的转速测量装置包括光信号发射器(11)、光信号接收器(12)、信号分析仪(13)和流速显示仪(14)，所述凹形壳体(7)上开设有透明窗(10)，所述叶轮片(82)上设有光信号反射器(81)，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅晟威，陈玉清，陈少庆，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42