檢測流量和測定流速的裝置及測量方法

2023-05-05 14:55:31

專利名稱:檢測流量和測定流速的裝置及測量方法
本發明是關於在非旋轉系統中檢測介質的流量和/或測定其流速的裝置及其測量方法。
流質可為氣體、液體或可能存在的任何一種流質。
本發明可廣泛應用於工業、農業、氣象和供水管理以及有關上述領域的科研活動。事實上，凡是在需要檢測某種介質流動的地方，無論是為了防止介質的流動或是為了確保其供給，以及凡是需要測定或測量流質流速的地方，均可利用本發明。
在測定流速方面已有許多解決辦法。其中有一類解決辦法中使用了應用旋轉部件的流速檢測儀，該旋轉部件可為槳狀結構或為旋轉葉片結構，因受介質流動的作用而旋轉，其轉數(每分鐘轉數)與流速成正比。在另一類的解決方式中，檢測儀由一個可沿與流向相垂直的水平軸移位的壓力板構成。該壓力板面向流質的表面受到節流壓力的作用，這個力克服一定的重力或其它回復力使壓力板移位。
檢測儀的移位或位置可通過機械手段傳至顯示儀表或者形成氣壓信號或電信號，該信號可直接測定或經過適當處理而測定。
匈牙利公布的T/25356號專利申請中公開了一種屬於壓力板式的解決方法。該裝置包括一個延伸到流質中的節流部件，節流部件的平面與流向相垂直並被固定在支撐裝置的一端，支撐裝置的另一端有一個應變片壓力傳感器固定在一個可彈性變形的元件的外表面。
GB-PS 1，434，165中公開的裝置基於同樣的原理並包括一個固定在一彈性支撐件上的節流元件，該彈性支撐部件安裝在輸流管道的一個封閉的橫向支路中。
在按照HU-PS/173，784的裝置中，有一受流質作用的裝置，該裝置裝有可移動支承的葉片，葉片可方便地沿相互平行或同軸方向移動。有一個相應的構件阻礙但不阻止葉片在流質作用下的移位。
所有這些已為人所知的裝置都或多或少具有結構複雜的特點，因此容易出故障或損壞，尤其是在困難的工作情況下更是如此。因此這些裝置均不太適於長期可靠、連續地用來進行測量。已知的檢測儀由預定數目的節流或阻流部件構成，在只有一個節流或阻流部件的特定情況下，只能完成部分測量。測量的靈敏度尤其是在流速低的情況下不是很理想。
本發明所述裝置的結構旨在消除傳統結構中的不利性能，提供一種結構較為簡單，測量靈敏度大為增高的流量檢測儀表，該檢測儀表可在範圍較廣的工作條件下甚至在困難的情況下可靠、無故障地工作，該檢測儀還將旋轉部件和壓力板式的工作原理結合起來以檢測介質的流量和/或測量其流速。
所以，本發明在於檢測介質流量和/或測定其流速的裝置，它包括一個可在介質的作用下移位的靜止節流系統，用來檢測節流系統所受的力並提供輸出信號的傳感器裝置，必要時還可包括將傳感器的輸出信號放大和/或傳遞和/或顯示和/或進行記錄的組件。
按照本發明的裝置有下列特點，它有一個外殼，殼內的空間部分地或全部與流質相隔離，節流(或阻流)部件固定在節流系統中並適宜地裝配在殼內空間的外側，以便與同流向相一致的軸對稱。另外，本發明的裝置還包括一個固定節流(或阻流)部件的彈性支座和/或一個全部地或部分地補償作用於節流(或阻流)部件上的力的補償組件。
其優越處在於節流(或阻流)部件以密封方式與殼內空間相連，為了調節該裝置的靈敏度，節流(或阻流)部件的平面相對於流向是可調的。
其方便處在於彈性支座由延伸在節流(或阻流)部件和節流系統之間的片簧組成，平衡軸安裝在片簧的平面上。
在本裝置的另一實施例中，該裝置的補償部分是一彈性機構和/或一重量機構和/或一電磁裝置。
檢測傳感器和/或補償部分可恰當地裝配在殼內空間中，必要時還可以電絕緣的方式安裝。
本發明包括一種應用-平衡的，非旋轉式節流/阻流系統檢測介質流量和/或測量流速的方法。該方法的特點在於通過測量與平衡軸相垂直的流質的節流/或阻流作用力的分力所產生的扭矩得到測量結果，或通過測量扭矩所導致的(可能具有彈性)的變形而得出結果。
本發明所提出的解決辦法基於下列發現，即以旋轉部件式和壓力板式裝置的結合併帶有一種可在流質作用下移位的平衡靜止節流系統為基礎的裝置既有兩種原方式各自的優越性，還有其它優越性。本發明所述的解決辦法提高了測量的靈敏度，這一優越性在流速非常低的情況下顯得尤為突出。另外，量程也有所擴大，甚至可達1∶100。節流或阻流系統的節流或阻流部件的數目和尺寸可以按照需要而製作。
就該裝置而論，節流或阻流系統的移位很難測出，而且若使用一補償組件則其位移實際上可完全消除，也就是說，實際上該裝置使用了一個靜止的節流/阻流系統，人們只需測量流動介質的節流/阻流作用力造成的與平衡軸成直角的分扭矩或該扭矩造成的(可為彈性的)形變。另外，該裝置相對於其它方向的節流分力而言是一剛性裝置，因此實際上不存在可能影響測量的其它形變。假定節流/阻流系統的平衡軸偏離了流向15°-20°，測量中的偏差或誤差只有2-3%，也就是說，完全在常用測量儀器的誤差範圍之內。
本發明裝置的適當選用的實施例可用於地下採礦，用來檢測氣流，連續測量空氣流速的瞬時值，以及用來在特定情況下從地面上遙測記錄這些數值。下面參考附圖並通過純舉例的方式對該實施例做更詳盡的描述。
圖1是本裝置的縱剖面圖。
圖2是沿Ⅱ-Ⅱ線所示的平面取出的橫截面。
根據圖1和圖2所示，本裝置有一個節流系統1，帶有四個節流(或阻流)部件2，這些部件由片簧構成的彈性連接件3連接在節流系統1的底板5上。片簧的平面安裝在其與各自的應變片傳感器相連接的連接處附近。這些傳感器裝配在適當的電路中，共同組成了本裝置的檢測信號輸出部分14。彈性支架3，片簧底板5以及檢測信號輸出部分14，全部密封裝配在殼體7的內部空間8中，圖1中有不到。節流系統1的底板5與殼體7剛性連接。殼體7經中間部件10與本裝置的外殼11相連，以使本裝置得以剛性懸浮在所需的高度，例如在礦井巷道中，並取與流向相一致的方向。本裝置還有一個氣流導板12裝配在包括節流(或阻流)部件2的節流系統1一邊，在其相對的另一邊另有一個氣流導板13用於那個方向的測量。
在所示實施例中，該節流系統1中的平衡軸9與整個裝置中節流系統1的對稱軸相一致。
由應變片壓力傳感器組成的輸出部分14與圖中未示出的記錄組件相連接，記錄組件包括一放大器，信號傳送器，顯示器並可能包括一信號處理部分。
上述裝置有下列作用流質，例如空氣，撞擊節流(或阻流)部件2，撞擊的結果使氣流方向改變，流動空氣的衝力也發生改變，氣流的撞擊對節流(或阻流)部件2產生了與流動方向一致的作用力。作用力的一個分力與平衡軸9平行並將一定量的扭矩傳至節流(或阻流)系統1。其餘的分作用力並不會使彈性支架3產生幹擾變形。
由於扭矩的作用，使片簧產生彈性變形，而這一形變又使輸出部分14產生了相應的輸出信號。
檢測輸出裝置14的輸出信號傳入適當增益的放大器中，放大器將信號放大到所需的程度。該信號可在任何所需的顯示器上顯現，進行模擬顯示或數字顯示，也可輸入記錄裝置中。相應放大後的信號也可被傳至很遠的距離之外，以供進行其它數據或信號處理。例如信號可輸入遙控系統和/或由計算機進行處理。在圖示例中未示出補償器。
關於附圖中未示出的補償器的純舉例性的實施例講解如下在一定情況下，補償器可為一個連接在節流/阻流系統1上的移動線圈。由於節流/阻流系統1承受扭矩的結果，該移動線圈也力圖轉動。通過適當的檢測儀，例如一個裝有發光二極體、光電電晶體和光敏電阻等的光學檢測儀，可產生一個輸出信號，該信號在所需角度範圍內是角位移的一個單調連續函數。該輸出信號隨後被送入適當的高增益電子放大器中，該放大器的輸出為電流源型。如果將輸出電流以適當的相位輸入移動線圈，則移動線圈承受的作用力會使移動線圈沿著節流/阻流系統1承受的扭矩的相反方向移動，這種方法可使移動角動的程度很小以至於實際上可將其看作靜止不動。在這種情況下，可以方便地將電流或與之成比例的電壓值作為輸出信號，並將其施加在移動線圈上。
本發明提出的解決辦法的主要優點綜述如下1.該裝置的測量靈敏度和跟蹤信號的能力要優於相同用途的傳統裝置。
2.節流/阻流部件的平衡性使驅動或起動的臨界值變低。
3.實際上本裝置只裝有固定部件，結構簡單，因此其生產成本，使用和維修費用低廉。
4.本裝置可廣泛應用，甚至可在困難的工作條件下應用，並可連續工作，幾乎不需任何維修，而且工作可靠。
5.本解決辦法適於追蹤流速非常低時流量的變化。例如，本裝置適用於檢測所需要的或任何意外的氣流並適於在工作場所，階梯教室和會議廳，在空調場所、冷藏庫、貯藏器以及工農業用途的不同場合調節氣流。
6.本發明所述裝置及測量方法可進一步用來測量流動情況並測定河流及其它大水量的流速分布情況。同時還可用於特別低的垂直流速中，例如用於水的自動靜化程序之中。
權利要求
1.檢測介質流動和/或測定其流速的裝置，該裝置包括一可在流質的作用下移位的靜止節流/阻流系統、檢測節流/阻流系統承受的作用力的信號傳感器、一個非必備的用於放大和/或傳遞和/或顯示和/或處理傳感器的信號的記錄組件；該裝置的特點為它包括內部空間(8)全部或部分地與流質隔離的一殼體(7)，平衡裝置在一個與流向一致的軸(9)上的節流/阻流部件(2)，該節流/阻流部件(2)固定在節流/阻流系統(1)上並適宜地安裝在內部空間(8)的外側，另外還包括一個彈性支架(3)和/或一個全部或部分補償節流/阻流部件(2)承受的作用力的補償組件。
2.按照權利要求
1所述的裝置，其特點在於其節流/阻流部件(2)與內部空間(8)密封連接。
3.按照權利要求
1或2所述的裝置，其特點在於彈性支架(3)在節流/阻流部件(2)和節流系統(1)的底板(5)之間裝有片簧，平衡軸(9)裝在片簧的平面上。
4.按照權利要求
1至3中任何一項所述的裝置，其特點在於補償組件是一個彈簧機構和/或重量機構和/或一個電磁裝置。
5.按照權利要求
1至4中任何一項所述的裝置，其特點在於檢測傳感器(14)和/或補償組件安裝在內部空間(8)中，必要時以電絕緣的方式安裝。
6.按照權利要求
1至5中任何一項所述的裝置，其特點在於節流/阻流部件的平面可相對於流向作調整。
7.根據權利要求
1至6中任何一項所述的裝置，用一平衡的、非旋轉系統檢測介質的流量和/或測定流速的方法，其特點在於測量垂直於平衡軸的流質的節流/阻流作用力的分量的扭矩或測量該扭矩造成的(可能是彈性的)形變。
專利摘要
一流量計，包括殼體7，7裝有可旋轉的葉片2，2彈性連接在片簧3上，3上裝有應變片壓力傳感器14。傳感器14的輸出信號送到一補償組件，至少部分地補償流質施加在節流/阻流系統1上的力。系統1包括部件2和3。
文檔編號G01F1/28GK85103658SQ85103658
公開日1986年12月3日 申請日期1985年5月21日
發明者伊斯特萬·拉克茲克, 奧託·魯考尼特斯, 伊斯特萬·託思 申請人:塔塔巴尼亞斯曾巴尼亞克公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan