專利名稱：一種測量極低流體流速的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明公開了一種測量流體流速的方法和裝置，特別涉及一種測量下限可至0.01m/s的方法和裝置。
在科學研究和在工程應用中，有時需要測量反應容器或管道中某一測點的流體(液體或氣體)流速。比較經典的方法主要是畢托管法。用畢托管測速和確定流量有嚴密的理論依據，構造簡單，使用方便，是一種成熟、可靠、使用方便的測量方法。畢托管一般由兩根同軸或平行焊接的管組成。其中一根管的末端為半球形，球形的頂端有一小孔，此管用來顯示測點流體的總壓強。另一根管的管壁上開設數個小孔，此管用來顯示測點流體的靜壓強。通過測量總壓強和靜壓強的差，就可以依據流體力學中的能量守恒方程計算流體的流速。但目前常見的測壓裝置多因為量程下限的限制，難以測量微小的壓差。因此，當流速很小時，例如當水的流速小于0.2m/s時，幾乎就無法測量。本發明提出一種利用畢托管原理和顯微讀數原理的測點流速測量方法，可使流速測量的下限和測量精度擴展到0.01m/s以下。(參考文獻《工程流體力學》，莫乃榕主編，華中理工大學出版社，2000年)本發明的方法如下以畢托管作為測點總壓強和靜壓強的探測裝置，以鉛垂放置的刻度測壓雙管管作為壓強的測量裝置，以讀數顯微作為精確讀取測壓管水頭的裝置。讀數顯微鏡安裝在帶萬向導軌系統和水平儀的底座上，以保證測量和顯微鏡對焦的精確度，并使操作簡便。測量時，將畢托管的探測段放置在測點處，并使畢托管的全壓孔正對流線的方向。刻度測壓雙管中的測量介質可以選用不影響被測量流體的液體或者與被測量流體相同，如水、水銀、各種油等。將畢托管與刻度測壓雙管相連接，測壓管須保持鉛垂。當壓差不要求精確至毫米液柱以下時，可以直接利用測壓雙管上的刻度讀取壓差。當要求的精確度更高時或者當流速極低時，則利用讀數顯微鏡讀取雙管的液位差。根據待測量流體的具體情況可以選擇不同型號的畢托管。可供選擇的畢托管一般有四種標準型、背靠型、防堵型和笛型。標準型畢托管用于懸浮物含量較低的流體流速的測量，背靠型和防堵型畢托管都是用在懸浮物含量較高的流體流速的測量，笛型畢托管主要是用來測量一定距離內的平均流速。測點的流速用下列公式計算ν=2ρ2ghρ1--------(1)]]>式中，ν為測點流速，m/s；ρ1為被測量流體的密度，kg/m3；ρ2為測壓管中測量介質的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；h為刻度測壓雙管的水頭差，m。
本方法的主要優點是可以測量測點的流速，測量精度高、測量的下限低，并且安裝和操作簡便。對于水而言，測量的精度和下限可以小于0.01m/s。另外，本方法所需裝置的造價也較低。
本發明的裝置如下如附圖所示，由畢托管1、刻度測壓雙管5、讀數顯微鏡4和讀數顯微鏡安裝平臺3組成。雙刻度測壓管的測量部分平行安裝在支架8上，支架8帶鉛垂調節系統，以保證測壓管與水平面垂直。刻度測壓雙管5為固定在一起的兩根平行的玻璃管，玻璃管的的內徑推薦為0.5～1.5cm，兩管的共用一個刻度體系，其上刻度至毫米。讀數顯微鏡的安裝平臺3具備水平調節系統和導軌系統。水平調節系統的作用是保證讀數顯微鏡的安裝平面與水平面平行。導軌的作用是使讀數顯微鏡可以在三維方向平動，以便于測量和顯微鏡對焦。根據實際情況，也可以將導軌系統設計為僅可在水平面內作二維平動或轉動，或者進一步簡化為僅可以在水平面內沿一維方向移動。根據實際需要可選擇不同精度的讀數顯微鏡，常見的讀數顯微鏡的讀數精度為0.0025mm。
本發明裝置的使用方法如下(1)將畢托管的探測端6安放在測點位置，使畢托管的全壓孔正對測點處的流線方向。
(2)用軟管2將畢托管的測壓端口7分別與刻度雙管5下端連接。
(3)調節刻度支架8，使刻度雙管5的測量部分垂直于水平面。
(4)調節底座3上的水平調節系統，使讀數顯微鏡3的安裝平面平行于水平面。
(5)如果對水頭差的測量精度達到毫米級即可滿足需要時，直接從刻度雙管上讀出兩測壓管的水頭差。
(6)如果對水頭差的測量精度要求達到毫米級以下，則按照以下步驟i.當水頭差大于1mm時，先利用測壓管上的刻度讀出每一測壓管內的水頭至整數毫米，再用讀數顯微鏡讀出不足1毫米的部分，即可計算兩管內的水頭差。
ii.當水頭差小于1mm時，先將讀數顯微鏡與一個測壓管內的彎月形液面對焦，并使讀數顯微鏡內的讀數叉絲與彎月面相切。然后將讀數顯微鏡在水平面內平動并與另一測壓管內的彎月形液面對焦，移動讀數顯微鏡內的讀數叉絲與該測壓管內的彎月形液面相切，記錄叉絲移動的距離，即為兩測壓管的水頭差。
(7)根據公式(1)計算測點的流速。
實施例測量氣升式反應器內的流速分布，反應器內的流體為水。結合
如下由于被測量的介質為懸浮物濃度較低的水，因此選用標準型的畢托管作為總水頭和靜水頭的探測裝置。讀數顯微鏡的安裝平臺具萬向導軌系統，可使讀數顯微鏡在三維方向平動。讀數顯微鏡的讀數精度為0.0025mm。本例中流速小于0.1m/s。結合
如下(1)將畢托管的探測端6安放在測點位置，使畢托管的全壓孔正對測點處的流線方向。
(2)用軟管2將畢托管的測壓端口7分別與刻度雙管5下端連接。
(3)操作刻度支架8，使刻度雙管5的測量部分垂直于水平面。
(4)操作底座3上的水平調節系統，使讀數顯微鏡3的安裝平面平行于水平面。
(5)操作萬向導軌系統3和讀數顯微鏡4的對焦系統，使讀數顯微鏡與一個測壓管內的彎月形液面對焦，并使讀數顯微鏡內的讀數叉絲與其彎月面相切。
(6)操作萬向導軌系統3僅允許讀數顯微鏡在水平面內平動，并操作讀數顯微鏡4的對焦系統，使讀數顯微鏡與另一測壓管內的彎月形液面對焦。
(7)移動讀數顯微鏡內的叉絲使其與彎月形液面相切，記錄叉絲移動的距離，即為兩測壓管的水頭差。
(8)根據公式(1)計算測點的流速。
(9)移動畢托管1使其探測端至另一待測點，重復上述(1)～(8)的步驟測定測點流速。
權利要求
1.一種測量容器或管道內測點流速的方法，其特征在于，測量液體流速的下限至0.01m/s以下，測量氣體流速的下限至0.1m/s以下。
2.如權利1所說的方法，其特征在于，采用畢托管的原理探測測點總壓強和靜壓強，采用刻度測壓雙管法測量畢托管總壓和靜壓，采用讀數顯微鏡法使得對測壓管內的水頭高度的測量精度達到0.001mm或更高精度。
3.一種測量容器或管道內測點流速的裝置，其特征在于，包括畢托管、刻度測壓雙管和顯微讀數系統。
4.如權利要求3所說的畢托管，其特征在于，可以根據待測流體的性質，選擇標準型、S型、防堵型和笛型畢托管。
5.如權利要求3所說的刻度測壓雙管，其特征在于，可通過調節系統將刻度測壓雙管的測量部分校準至與水平面垂直。
6.如權利要求3所說的刻度測壓雙管，其特征在于，其測量部分固定在一起并擁有同一個刻度體系。
7.如權利要求3所說的顯微讀數系統，其特征在于，讀數顯微鏡安裝在一具水平校準系統的平臺上，并使讀數顯微鏡物鏡的光學軸線與水平面平行。
8.如權利要求7所說的讀數顯微鏡的安裝平臺，其特征在于，具有導軌系統，可使讀數顯微鏡在三維方向平動。
9.如權利要求8所說導軌系統，其特征在于，可以設計為使讀數顯微鏡僅在水平面內沿一維方向移動，或者在水平面內沿二維方向平動或轉動。
全文摘要
本發明提出一種測量容器或管道內測點流體流速的方法和裝置。本發明的方法是利用畢托管作為測點總壓強和靜壓強的探測裝置，利用刻度測壓雙管作為壓差的測量裝置，利用讀數顯微鏡作為測壓管內水頭的讀取裝置。測量的精度，對于液體可至0.01m/s以下，對于氣體可至0.1m/s以下。本發明的裝置中包括一個畢托管，一個刻度測壓雙管系統和一個顯微讀數系統。
文檔編號G01P5/165GK1508548SQ0215545
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月13日 優先權日2002年12月13日
發明者范彬, 欒兆坤, 鹿道強, 賈智萍, 范 彬 申請人:中國科學院生態環境研究中心