[发明专利]一种实验教学用带测压管显示的数显流量计及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及实验量测领域，具体涉及一种实验教学用带测压管显示的数显流量计及测量方法。

背景技术

水力学及流体力学是工科院校许多专业的一门主要专业基础课。现代水力学是建立在实验、理论、计算三大支柱上的，因此，实验是教学环节中不可或缺的内容。

其中，实验教学用小型管道水流的小流量、小压差、高精度数显流量测量装置，目前处于空白状态。以小型台式流体力学水力学教学仪器为例，由于其管径通常在30毫米以下，流量5-300ml/s，流量往往很小，传统上通常用重量计时法或体积计时法手工测量为主。若配备市面上常规的现代量测仪器时，在实验教学应用中却有很多问题，以典型的压差式流量仪为例：

压差式流量仪的压差式信号发生器(例文丘里、孔板等)所产生的流量信号压差大多数仅为0.1-80厘米水柱，而现有流量仪是通过水管连通管将传感器与压差信号发生器的测压点直接相连通，传感器的压力是通过水体传送的，传感器端是密封的，内有空气阻隔，连通管中的有压水柱不能直接作用在传感器的压力芯片上，又由于传感器内的压力传递通道很细小，因而在液气交界面上产生很大的表面张力，其值可达到1-5厘米水柱，甚至更大，使流量信号的压力误差达10％以上，会造成中低端流量误差达10％-30％，因而此类流量仪无法用于有高精度要求的教学实验装置上。

现在市场上也有供应小管径的涡轮流量计等非压差式流量仪，但是目前这类型流量计1％-2％以上精度的流量测量范围，是其满度的70％-100％，在30％以下都是不适用的，而常用小型台式流体力学水力学教学仪器实验流量范围正好处在30％以下，所以也是无法选用。因而长期以来对于小型台式流体力学教学仪器的高精度流量计处于市场的空白状态。

同时，作为水力学及流体力学实验过程中最为常用的压强量测仪器之一的测压管，是该类实验教学仪器中必备的测量装置。在该领域实验仪器配置中，根据每种实验需求，为了同时量测实验管道或水箱中多个部位的压力信号，会将多个测压管按同一水平高度并排安装固定在测压架上，构成一组排式多测压管测压计，这种传统测压装置能够通过压力传递方式，用测压管水柱高度非常形象的显示出各个测压点压强大小，具备很好的教学效果。当然，如何应用排式多测压管测量实验管道中的多个压强水头也是学生需要掌握的基本测压方法。作为教学实验应用的压差式流量仪，若是能将压差式流量信号发生器2端压力信号高精度的转换为流量在表头显示的同时，再用测压管水柱同步显示出压强值，那就能与传统测压工具集成在一起，具备更好的教学效果。

但是要像上述这样将传统排式测压管与高精度适用于低流量测量的压差式流量计相结合，并能集成为一整套现场测控型创新实验装置，还有很多问题需要解决，比如实时调零问题、多测压管的自动排气问题。

实时调零问题：像这类电测仪表，常常需要实时校验零点，如电子秤称重后，去掉重物就能校验其零点，而且这种仪器的零点相当稳定。然而，对于管流而言，由于实验过程中受温度和流体压力场的影响，因而零点并不是很稳定的。传统的流量计在需要调零或校验零点的时候，往往需要在管道充满水流的情况下进行关闸，使管内水流静止不动。这对于教学实验来说会中途停止实验操作，重新回到实验开始的状态下，重新进行实验，非常不方便。因此，能够在实验过程中，不需要关机的情况下，实时地调零或校验零点非常重要。

多测压管的自动排气问题：在应用测压管水柱测量测压点压强时，测压管底部与测压点之间的连通管上常有气泡或气柱滞留，会造成测压管的测量误差，为此必须对连通管的滞留气泡排掉，学科上称此为测压管排气。其方法是利用洗耳球(吹气球)对每根测压管打气排水，然后利用测点的水压力自流流入测压管内，使其连通细管中的气泡随水流带走，直至连通管和测压管中液面以下充满连续的液体。这个排气操作对单管还行，但对多管的测压计，尤其是数十根的测压管来说，实验者往往觉得难以承受。为了实现自动电控排气，方便操作，同时为将来整个实验装置能实现面向MOOC的远程网络实验的功能，本发明人曾尝试用气泵进行电排气的方法，来解决这一难题，但是需要对每一根测压管设置一台小气泵，才能实现多测压管的同步排气功能。这是因为每根测压管测点压力是不一样的，有些测压管测点压力很低，甚至接近大气压，在此情况下，如果采用多管一泵的方式排气的话，那么只要有其中一根或几根测压管的测压端口排出气流，就会造成气路短路，气路的主通道上压力骤减，造成其他测压管都排不了水，因而达不到同步排气效果。所以想要使用多管一泵的方式排气，还要设计特殊的结构，巧妙运用流体力学原理才能解决。

发明内容