流速测定方法及装置

IPC分类号 : G01F1/86,G01F1/00,G01P5/14,G06F15/00,G01N11/04

申请号

CN201280032810.4

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专利摘要

一种确定管道流体流动流速的方法100。所述方法100包括在所述管道中至少两个位置处测量所述流体的压力101，所述压力通过设置于所述管道上或管道中的传感器测量。流体的波速基于在所述管道中一个位置处测得的流体压力来确定102。流体的流速基于确定的波速并基于在所述管道的两个位置处测得的压力来确定106。一种用于确定流体流经管道的流速的装置被配置成，用于实施所述方法100。

权利要求

1.一种确定在管道中流动的流体流速的方法，包括：

在所述管道中至少两个位置处测量所述流体的压力，所述压力通过设置于所述管道上或管道中的传感器测量；

基于在所述管道中一个位置处测得的流体压力来确定流体的波速；以及

基于确定的波速并基于在所述管道中至少两个位置处测得的压力，来确定流体的流速。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括，如果确定的流速与预期的流速明显不同，则调节流体流经所述管道的流速。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述波速基于在所述管道中第一对位置处测得的压力确定，所述流速基于在所述管道中第二对位置处测得的压力确定。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一对位置与所述第二对位置是相同的，并且使用一对传感器确定波速和在两个位置处测得的压力。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一对位置与所述第二对位置不同，并且使用四个传感器。

6.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一对位置和第二对位置中仅一个位置相同，并且使用三个传感器。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述波速基于由传感器在一个位置处测得的压力确定。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括产生朝传感器传播的瞬态波，所述瞬态波由发生器产生，所述传感器用于感测所述瞬态波。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述流速基于在与波速相同位置处测得的压力和在不同位置处测得的压力确定，其中使用两个传感器。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述流速基于在与波速不同位置处测得的压力确定，并且使用所述发生器和三个传感器。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述流体的压力在沿所述管道长度的两个位置处使用两个传感器测得，所述传感器设置于所述管道上或管道中；并且所述流体的波速是基于在每个各自位置处测得的流体压力确定。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中所述波速是至少基于测得的流体压力，通过确定所述两个位置之间管道的传递函数而确定。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述传递函数是来自所述两个位置的压力测量值的比值。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述传递函数是来自所述两个位置的傅立叶变换压力测量值的比值。

15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所确定的波速被用在以下公式中以在不含液压元件的管道中的流量测定点处确定流体的流速：

$(\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{a 11} & p_{a 12} \\ p_{a 21} & p_{a 22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{1} \\ q_{1} \end{matrix}),$

$(\begin{matrix} h_{3} \\ q_{3} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{b 11} & p_{b 12} \\ p_{b 21} & p_{b 22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix})$

其中

q₃=流量测定点处随时间变化的流速，

q₁=第一传感器位置处随时间变化的流速，

q₂=第二传感器位置处随时间变化的流速，

h₃=流量测定点处随无因次时间变化的压头，

h₁=由第一传感器测得的随无因次时间变化的压头，

h₂=由第二传感器测得的随无因次时间变化的压头，

p_a11＝cosh(μl_a)，

p_a12＝-Z_csinh(μl_a)，

p_b21＝-sinh(μl_b)/Z_c，

p_b22＝cosh(μl_b)，

l_a=传感器之间的距离，

l_b=传感器和流量测定点之间的距离，

Z_c=管道的特性阻抗，且

μ=传播常数，

其中所述管道的特性阻抗Z_c和传播常数μ是所确定的波速和与流体流经管道的流态有关的阻力项R的函数。

16.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中所述流体在所述管道中流量测定点处的流速由以下公式确定，其中，在为确定流速而进行压力测量的位置之间具有n个液压元件，且在为确定流速而进行压力测量的位置之一和所述流量测定点之间具有m个液压元件，其中n和m是整数：

$(\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{a (n + 1), 11} & p_{a (n + 1), 12} \\ p_{a (n + 1), 21} & p_{a (n + 1), 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{an, 11} & e_{an, 12} \\ e_{an, 21} & e_{an, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{an, 11} & p_{an, 12} \\ p_{an, 21} & p_{an, 22} \end{matrix}] . . . [\begin{matrix} e_{a 1,11} & e_{a 1,12} \\ e_{a 1,21} & e_{a 1,22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{a 1,11} & p_{a 1,12} \\ p_{a 1,21} & p_{a 1,22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{1} \\ q_{1} \end{matrix})$

$(\begin{matrix} h_{3} \\ q_{3} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{b (m + 1), 11} & p_{b (m + 1), 12} \\ p_{b (m + 1), 21} & p_{b (m + 1), 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{bm, 11} & e_{bm, 12} \\ e_{bm, 21} & e_{bm, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{bm, 11} & p_{bm, 12} \\ p_{bm, 21} & p_{bm, 22} \end{matrix}] . . . [\begin{matrix} e_{b 1,11} & e_{b 1,12} \\ e_{b 1,21} & e_{b 1,22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{b 1,11} & p_{b 1,12} \\ p_{b 1,21} & p_{b 1,22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix})$

其中

q₃=流量测定点处随时间变化的流速，

q₁=第一传感器位置处随时间变化的流速，

q₂=第二传感器位置处随时间变化的流速，

h₃=流量测定点处随无因次时间变化的压头，

h₁=由第一传感器测得的随无因次时间变化的压头，

h₂=由第二传感器测得的随无因次时间变化的压头，

p_x，11＝cosh(μl_x)，

p_x，12＝-Z_csinh(μl_x)，

p_x，21＝-sinh(μl_x)/Z_c，

p_x，22＝cosh(μl_x)，

$[\begin{matrix} e_{x, 11} & e_{x, 12} \\ e_{x, 21} & e_{x, 22} \end{matrix}]$ 是在x处液压元件的矩阵表达式E，

其中x表示管段a₁，a₂，…，a_n和b₁，b₂，…，b_m，

l_x=管段x的长度，

Zc=管道的特性阻抗，且

μ=传播常数，

其中所述管道的特性阻抗Z_c和传播常数μ是所确定的波速和与流体流经管道的流态有关的阻力项R的函数。

17.根据权利要求16所述的方法，其中对于流动损失型液压元件，所述矩阵E由下式给出：

其中Δ损失是与流动损失的幅值有关的变量。

18.根据权利要求16所述的方法，其中对于压头损失型液压元件，所述矩阵E由下式给出：

其中Δ损失是与压头损失的幅值有关的变量。

19.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中所述流体在流量测定点处的流速由以下公式确定，其中在进行压力测量的位置之间具有一个液压元件，且在进行压力测量的位置之一和所述流量测定点之间具有一个液压元件：

$(\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{a 2, 11} & p_{a 2, 12} \\ p_{a 2, 21} & p_{a 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{a 11} & e_{a 12} \\ e_{a 21} & e_{a 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{a 1,11} & p_{a 1,12} \\ p_{a 1,21} & p_{a 1,22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{1} \\ q_{1} \end{matrix})$

$(\begin{matrix} h_{3} \\ q_{3} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{b 2, 11} & p_{b 2, 12} \\ p_{b 2, 21} & p_{b 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{b 11} & e_{b 12} \\ e_{b 21} & e_{b 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{b 1,11} & p_{b 1,12} \\ p_{b 1,21} & p_{b 1,22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix}) .$

20.根据权利要求16-18中任一项所述的方法，其中所述流体在所述管道中流量测定点处的流速由以下公式确定，其中，在进行压力测量的位置之间具有两个液压元件，且在进行压力测量的位置之一和压力测定点之间具有一个液压元件：

$(\begin{matrix} h_{2} \\ q_{2} \end{matrix}) = [\begin{matrix} p_{a 3, 11} & p_{a 3, 12} \\ p_{a 3, 21} & p_{a 3, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{a 2, 11} & e_{a 2, 12} \\ e_{a 2, 21} & e_{a 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{a 2, 11} & p_{a 2, 12} \\ p_{a 2, 21} & p_{a 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{a 1,11} & e_{a 1,12} \\ e_{a 1,21} & e_{a 1,22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{a 1,11} & p_{a 1,12} \\ p_{a 1,21} & p_{a 1,22} \end{matrix}] (\begin{matrix} h_{1} \\ q_{1} \end{matrix})$

21.根据权利要求19所述的方法，其中在所述流量测定点处的流速可由以下公式确定：

$q_{3} = (\frac{u_{b 22}}{u_{a 12}}) Δh + (\frac{u_{b 21} u_{a 12}}{u_{a 12}} + \frac{u_{b 22} u_{a 11}}{u_{a 12}} - \frac{u_{b 22}}{u_{a 12}}) h_{2}$

其中

$u_{a} = [\begin{matrix} p_{a 2, 11} & p_{a 2, 12} \\ p_{a 2, 21} & p_{a 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{a 11} & e_{a 12} \\ e_{a 21} & e_{a 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{a 1,11} & p_{a 1,12} \\ p_{a 1,21} & p_{a 1,22} \end{matrix}]$

$u_{b} = [\begin{matrix} p_{b 2, 11} & p_{b 2, 12} \\ p_{b 2, 21} & p_{b 2, 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} e_{b 11} & e_{b 12} \\ e_{b 21} & e_{b 22} \end{matrix}] [\begin{matrix} p_{b 1,11} & p_{b 1,12} \\ p_{b 1,21} & p_{b 1,22} \end{matrix}]$

$u_{a 11} = \cosh (μ_{a 2} l_{a 2}) \cosh (μ_{a 1} l_{a 1}) + ((- \frac{2 Δ H_{0}}{Q_{0}}) \cosh (μ_{a 2} l_{a 2}) - Z_{ca 2} \sinh (μ_{a 2} l_{a 2})) (- \frac{1}{Z_{ca 1}} \sinh (μ_{a 1} l_{a 1}))$

$u_{a 12} = \cosh (μ_{a 2} l_{a 2}) (- Z_{ca 1} \sinh (μ_{a 1} l_{a 1})) + ((- \frac{2 Δ H_{0}}{Q_{0}}) \cosh (μ_{a 2} l_{a 2}) - Z_{ca 2} \sinh (μ_{a 2} l_{a 2})) \cosh (μ_{a 1} l_{a 1})$

$u_{b 21} = (- \frac{1}{Z_{cb 2}} \sinh (μ_{b 2} l_{b 2})) \cosh (μ_{b 12} l_{b 1}) + ((\frac{2 Δ H_{0}}{{Z_{cb 2} Q}_{0}}) \sinh (μ_{b 2} l_{b 2}) + \cosh (μ_{b 2} l_{b 2})) (- \frac{1}{Z_{cb 1}} \sinh (μ_{b 1} l_{b 1}))$

$u_{b 22} = (- \frac{1}{Z_{cb 2}} \sinh (μ_{b 2} l_{b 2})) (- Z_{cb 1} \sinh (μ_{b 1} l_{b 1})) + ((- \frac{2 Δ H_{0}}{{Z_{cb 2} Q}_{0}}) \sinh (μ_{b 2} l_{b 2}) + \cosh (μ_{b 2} l_{b 2})) \cosh (μ_{b 1} l_{b 1})$

Δh=h₂-h₁，

h₃=流速测定点处随无因次时间变化的压头，

h₁=由第一传感器测得的随无因次时间变化的压头，

h₂=由第二传感器测得的随无因次时间变化的压头，

l_al=第一换能器和第一液压元件之间的距离，

l_a2=第二换能器和第一液压元件之间的距离，

l_bl=第二换能器和第二液压元件之间的距离，

l_b2=第二液压元件和流速测定点之间的距离，

Z_cx=管段x的特性阻抗，

μ_x=管段x的传播常数，

其中x表示管段a₁，a₂,和b₁，b₂，

Q₀=时间平均的平均排出量，

H₀=时间平均的平均压头，且

q₃=流量测定点处随时间变化的流速。

22.根据权利要求15-21中任一项所述的方法，还包括至少基于确定的流体波速和与流态有关的阻力项R来确定流体流经管道的流态和流体在管道中流量测定点处的流速。

23.根据权利要求22所述的方法，其中至少基于流体的雷诺数Re在层流或湍流中确定稳定或非稳定流速的流态。

24.根据权利要求23所述的方法，其中当流体的雷诺数小于约2000时，所述流体被确定为层流，当流体的雷诺数大于约2000时，所述流体被确定为湍流。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述管道的阻力项R基于流态在稳定或非稳定层流的阻力项和稳定或非稳定湍流的阻力项之间确定。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述稳定层流的阻力项R_s基于以下公式：

$R_{S} = \frac{32 v}{g {AD}^{2}}$

其中

g=重力加速度，

υ=运动粘度，

A=管道截面积，且

D=管道直径。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述稳定湍流的阻力项R_s是基于以下公式：

$R_{S} = \frac{fQ}{gD A^{2}}$

其中

g=重力加速度，

f=摩擦因数，

Q=时间平均的平均排出量，

A=管道截面积，且

D=管道直径。

28.根据权利要求25所述的方法，其中对于非稳定流速，所述管道的阻力项R为稳定层流或稳定湍流的阻力项与由下式给出的非稳定流速的附加阻力项R_u的组合：

$R_{U} = \frac{4 jω}{gA} \int_{0}^{\infty} e^{(- \frac{jω D^{2}}{4 v} τ)} W (t) dτ$

其中

u=运动粘度，

g=重力加速度，

A=管道截面积，

D=管道直径，

$j = \sqrt{- 1},$

ω=角频率，

W=权重函数，并

τ=无因次时间（其中t*是卷积积分所用的时间）。

29.根据权利要求28所述的方法，其中非稳定层流的权重函数W为：

当τ小于或等于0.02时，且

当τ大于0_.02时，

其中

m_i＝{0.282095，-1.25，1.057855，0.9375，0.396696，-0.351563}，i＝1，...，6，且

n_i={26.3744,70.8493,135.0198,218.9216,322.5544},i=1,...，5。

30.根据权利要求28所述的方法，其中非稳定湍流的权重函数W是：

$W (τ) = \frac{1}{2 \sqrt{πτ}} e^{(- \frac{1}{C *} τ)}$

其中

C*=剪切衰减系数，所述剪切衰减系数是雷诺数Re的函数，由下式给出：

$C * = \frac{7.41}{{Re}^{κ}}$

其中

$κ = \log_{10} (\frac{14.3}{{Re}^{0.05}}) .$

31.根据权利要求15-30中任一项所述的方法，还包括至少基于所确定的流体波速和所述管道类型特征，确定流体所流经管道的类型以及所述流体在流量测定点处的流速，所述管道类型特征包括管道的特性阻抗Z_c和传播常数μ。

32.根据权利要求31所述的方法，其中如果所述管道类型不是塑料的，则所述管道的特性阻抗Z_c和传播常数μ由下式给出：

$Z_{c} = \frac{μ a^{2}}{jωgA},$

$μ = \sqrt{- \frac{ω^{2}}{a^{2}} + \frac{jgAωR}{a^{2}}},$

其中

$j = \sqrt{- 1},$

ω=角频率，

g=重力加速度，

A=管道截面积，

R=管道的阻力项，且

a=确定的波速。

33.根据权利要求31所述的方法，其中如果所述管道类型是塑料的，则所述管道的特性阻抗Z_c和传播常数μ由下式给出：

$μ = \sqrt{jωA (\frac{g}{a^{2}} + \frac{2 CJ}{1 + jωτ}) (\frac{jω}{gA} + R)}$

$Z_{c} = - \sqrt{\frac{jω}{gA} + R} / \sqrt{jωA (\frac{g}{a^{2}} + \frac{2 CJ}{1 + jωτ})}$

其中

$j = \sqrt{- 1},$

ω=角频率，

g=重力加速度，

A=管道截面积，

R=管道的阻力项，

a=确定的波速，

J和τ=粘弹性管道材料的参数

C=ρgφD/2e=中间常系数

φ=管道约束系数，

e=管道壁厚度，且

ρ=流体密度。

34.根据权利要求1-33中任一项所述的方法，还包括：

确定所确定的第一对传感器之间的流体流速的第一组信号特征，

确定所确定的第二对传感器之间流体流速的第二组信号特征，和

比较所确定的第一组信号特征和第二组信号特征，以校正所述流体流速的任何误差。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一对传感器和第二对传感器包括一个共同的传感器。

36.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一对传感器中的传感器与所述第二对传感器中的传感器不同。

37.根据权利要求34-36中任一项所述的方法，其中所确定的第一组信号特征和第二组信号特征包括流速的相位值和幅度值。

38.一种用于确定流体流经管道的流速的装置，包括：

至少两个传感器，设置在所述管道上或管道中用以在所述管道的至少两个位置处测量流体的压力；

连接至所述传感器的处理器，所述处理器用于基于在所述管道的至少一个位置处测得的流体压力来确定流体波速，所述处理器还用于基于所确定的波速和在所述管道中的两个位置处测得的压力来确定流体的流速。

39.根据权利要求38所述的装置，其中所述装置被布置成，如果确定的流速与预期的流速明显不同，则调节流体流经管道的流速。

40.根据权利要求38或39所述的装置，其中所述装置用于基于由传感器在管道的第一对位置处测得的压力来确定波速，并且所述处理器用于基于在管道的第二对位置处测得的压力来确定流速。

41.根据权利要求40所述的装置，其中所述第一对位置与所述第二对位置相同，并在这两个位置处各设置一个传感器。

42.根据权利要求40所述的装置，其中所述第一对位置与所述第二对位置不同，并且在这四个位置处各设置一个传感器。

43.根据权利要求40所述的装置，其中所述第一对位置中只有一个位置与所述第二对位置相同，并且在这三个位置处各设置一个传感器。

44.根据权利要求38-43中任一项所述的装置，其中所述处理器用于基于由第一传感器在一个位置处测得的压力来确定波速。

45.根据权利要求44所述的装置，还包括一个发生器，用于产生朝第一

流速测定方法及装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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