一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，具体通过谢才公式得到流量与过流面积、水力半径和水力坡降的关系，再通过管道中布置的上下两个压力传感器测得的压力计算得到水深，用水深表示过流面积和水力半径，同时水力坡降计算公式与谢才公式联立得到关于流量的非线性方程，最终通过二分法求解得到流量。本发明专利技术概念原理清晰，结构配置简单，适用性强，能够利用谢才公式和当前测量精度较高的压力传感器，在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。本发明专利技术创新地将谢才公式与水力坡降的表达式联立，其中用压力传感器测得的压力算得水深进而得到过水断面面积和水力半径，最终通过二分法求解表达式得到流量，在如何高效、精准地测量非满流管道流量方面提供了独特见解。非满流管道流量方面提供了独特见解。非满流管道流量方面提供了独特见解。

【技术实现步骤摘要】
一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种针对非满管流的管道流量的测量方法，具体涉及一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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

[0004]本专利技术的技术目的在于：克服现有对非满管流量测量的不足，创新地将理论公式与压力传感器的优势相结合，提出了一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法及装置。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，通过联立谢才公式与水力坡降计算公式得到关于流量的非线性方程，再通过二分法求解流量，从而实现非满流的流量测量，其中过水断面面积和水力半径通过压力传感器测得的压力计算得到。装置由压力传感器和数据采集仪器组成。
[0007]本专利技术的依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，其特征在于通过压力传感器测量压力算出水深进而得到过水断面面积和水力半径，再通过联立谢才公式和水力坡降计算公式构造关于流量的非线性方程，通过二分法求解从而实现非满流的流量测量。
[0008]进一步地，本专利技术能够利用压力传感器测量管道中压力，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和水力半径；再将谢才公式与水力坡降计算公式联立得到关于流量的非线性方程，通过二分法求解得到非满管流流量。该方法原理操作简单，精度较好，具有较高的研究及应用
价值。
[0009]本专利技术的测量装置，包括压力传感器和数据采集仪器。
[0010]与现有技术相比，本专利技术创新提出一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法。本专利技术有以下优点：(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，得到过水断面面积和水力半径，再联立谢才公式和水力坡降计算公式得到关于流量的非线性方程，通过二分法求解得到流量；(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。
[0011]总体来说，本专利技术的有益效果：首先，本专利技术通过压力传感器得出过水断面面积和水力半径，联立谢才公式和水力坡降计算公式再通过二分法求解，实现非满流管道内流量的精准测量。并且，本专利技术中，压力传感器体积小，精度高，可以实时读取管道压力情况，数据采集仪器可以实时地将压力信息采集到电脑上，本方法实现了对非满管流流量简单方便的测量。
[0012]综上所述，本专利技术旨在通过压力传感器测量压力算出过水断面面积和水力半径，再联立谢才公式和水力坡降计算公式，最终通过二分法计算得到流量，本专利技术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。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的示意图。
具体实施方式
[0014]一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，通过压力传感器测量压力算出过水断面面积和水力半径，再联立谢才公式和水力坡降计算公式，最终通过二分法计算得到流量，从而实现非满流的流量测量。
[0015]作为本专利技术的一个具体实施例，一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法的实现过程如下：
[0016]1)谢才公式得流量计算公式
[0017]谢才公式：
[0018][0019]式中，V为管道流速，C为谢才系数，R为水力半径，n为粗糙度系数，J为水力坡降。
[0020]根据式(1)可得流量计算公式：
[0021][0022]式中，Q为流量，A为过流面积，R为水力半径，A和R都是水深h的函数。
[0023]2)压力垫片测管道压力
[0024]在半径为r的管道底部安装压力垫片，通过数据传输线接到数据采集仪上，记录该管道测点处的实时压力情况。在管道中沿水流方向布置两个压力传感器分别标记为G1和G2，G1在上游G2在下游，根据压力传感器G1和G2测到的压强P1和P2，可计算出1、2两个测点处的水
深分别为根据h1和h2可计算出1、2两个测点处的过流面积分别为A1和A2(公式3)，水力半径分别为R1和R2(公式4)。
[0025][0026][0027]式中，A为过流断面面积，r为管道半径，h为测点处水深，R为水力半径。
[0028]3)流量的计算
[0029]水力坡降J的计算公式：
[0030][0031]式中，i为管子的坡度，v1和v2因此J也是流量的函数。将式(5)带入式(2)中，得到式(2)是一个关于流量的非线性方程，进而求解得到流量。
[0032]举例说明如下，在一次实际工况(g＝9.81)中测得半径为0.05m，坡度为1％得有机玻璃管道(n＝0.009)中G1和G2压力传感器测得的压力分别为P1＝1.6m和P2＝1.34m，由可得h1＝0.060m、h2＝0.050m，由公式3可得A1＝0.005m2、A2＝0.004m2，由公式4可得R1＝0.018m、R2＝0.015m。由质量守恒可得Q1＝Q2＝Q，因此公式5可以表示如下，
[0033][0034]带入公式2中可得，
[0035][0036]因为流量一定非负一定为正，故求解得Q＝3.303
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，其特征是：通过压力传感器测量压力算出水深进而得到过水断面面积和水力半径，再通过联立谢才公式和水力坡降计算公式构造关于流量的非线性方程，通过二分法求解从而实现非满流的流量测量。2.根据权利要求1所述的一种依托谢才公式和压力传感器的非满管流流量测量方法，其特征是：利用压力传感器测量管道中压力...

【专利技术属性】
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，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：