阅读说明：本技术 宽量程流量稳定性测试装置 (Wide-range flow stability testing device ) 是由 安清源 马洪虎 张伟治 杨康奋 程满满 张欣 于 2020-06-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种宽量程流量稳定性测试装置,包括流量稳定性测试部件,流量稳定性测试部件包括：光信号发射器、光信号接收器、图像识别器；光信号发射器,用于发出光信号并穿透锥形管的一侧壁后,被浮子遮挡一部分,继续穿过锥形管的另一侧壁后投影到光信号接收器,光信号在光信号接收器上形成一影斑；光信号接收器,用于接收影斑,其中影斑会随着流体的流量大小在光信号接收器上上下波动；图像识别器,所述图像识别器用于对所述影斑的垂直位置量进行识别,并对所述垂直位移量进行分析处理。本发明是一种能够准确分析流量稳定性的宽量程流量稳定性测试装置。(The invention discloses a wide-range flow stability testing device, which comprises a flow stability testing component, wherein the flow stability testing component comprises: the device comprises an optical signal transmitter, an optical signal receiver and an image recognizer; the optical signal transmitter is used for transmitting an optical signal, penetrates through one side wall of the conical tube, is partially shielded by the floater, continuously penetrates through the other side wall of the conical tube and then is projected to the optical signal receiver, and the optical signal forms a shadow spot on the optical signal receiver; the optical signal receiver is used for receiving the shadow spots, wherein the shadow spots can fluctuate up and down on the optical signal receiver along with the flow of the fluid; and the image recognizer is used for recognizing the vertical position quantity of the shadow spots and analyzing and processing the vertical displacement quantity. The invention relates to a wide-range flow stability testing device capable of accurately analyzing flow stability.)

宽量程流量稳定性测试装置

技术领域

本发明涉及流体流量测量技术领域，尤其涉及一种能够准确分析流量稳定 性的宽量程流量稳定性测试装置。

背景技术

1.一般流量测试应用中用的是浮子流量计，浮子流量计具有结构简单、工作 可靠、适用范围广、测量准确、安装方便等特点。浮子流量计又称变面积式流 量计，由从下向上逐渐扩大的锥形管和置于锥形管中且可以沿管的中心线上下 自由移动的浮子组成，当被测流体从锥形管下端流入时，浮子自身的重力与流 体对浮子的动压力、浮子在流体中的浮力之和逐渐趋于平衡，浮子就在某一位 置上稳定。浮子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系， 以此来测量被测流体的流量值。

2.目前市面上的浮子流量计为了流量显示方便，在浮子和指示器中内置磁 钢，当内置磁钢的浮子随着被测流体上下移动时，会带动指示器中的磁钢旋转， 从而指示仪表盘上的流量值。由于此方法中指示器的内置磁钢会对浮子的内置 磁钢产生一个磁耦合力，导致浮子与导向杆之间存在摩擦力，使浮子的自由运 动受限，造成指示器指示流量不准确。若浮子流量计周围空间有铁磁性物体， 会严重影响被测流体流量的测量精度。

3.由于环境干扰、安装不当以及流体特性等影响因素，被测流体的流量输出 信号亦会有一定程度的波动，从而导致测量示值不稳定，引起测量误差。

4.在流量存在不稳定时，浮子会上下浮动，由于浮子体积较小，且浮动幅度 有限，肉眼难以识别，无法准确的分析出流量的稳定性(波动)。

因此，亟需一种能够准确分析流量稳定性的宽量程流量稳定性测试装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够准确分析流量稳定性的宽量程流量稳定性测 试装置。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：提供一种宽量程流量稳定 性测试装置，用于监测流经管路中的流体的流量稳定性，包括：锥形管，所述 锥形管包括壳体及设置在所述壳体内部的浮子，还包括流量稳定性测试部件， 所述流量稳定性测试部件包括：

设于所述锥形管两相对侧的光信号发射器及光信号接收器、图像识别器， 其中所述光信号发射器、光信号接收器及所述锥形管均呈竖直方向设置；

所述光信号发射器，用于发出光信号并穿透所述锥形管的一侧壁后，被所 述浮子遮挡一部分，继续穿过所述锥形管的另一侧壁后投影到所述光信号接收 器，所述光信号在所述光信号接收器上形成一影斑，其中所述光信号发射器是 发出点光源光信号的发射器，所述影斑是由所述光信号被所述浮子遮挡之后在 所述光信号接收器上形成的影斑；

所述光信号接收器，用于接收所述影斑，其中所述影斑会随着流体的流量 大小在所述光信号接收器上上下波动；

图像识别器，所述图像识别器用于对所述影斑的垂直位置量进行识别，并 对所述垂直位移量进行分析处理。还包括显示装置，对所述垂直位移量进行分 析处理包括对所述垂直位移量通过显示装置进行输出。所述光信号发射器还配 置有光信号发射器驱动组件，所述光信号发射器驱动组件包括：伺服电机、螺 旋杆及安装台，所述安装台连接于所述螺旋杆上，所述伺服电机与所述螺旋杆 连接，所述伺服电机通过所述螺旋杆以驱动所述安装台上下移动，所述光信号 发射器安装于所述安装台上，并随所述安装台一起上下移动。

所述光信号接收器还配置有光信号接收器驱动组件，所述光信号接收器驱 动组件包括：调节杆固定架、调节杆、安装支架，所述调节杆与所述安装支架 及调节杆固定架螺纹连接，所述调节杆可用于调节所述安装支架靠近或远离所 述锥形管，所述光信号接收器安装于所述安装支架上，并随所述安装支架一起 靠近或远离所述锥形管。

与现有技术相比，本发明宽量程流量稳定性测试装置中，具有以下有益效 果：

本发明使用影斑识别技术进行连续测量，使光源与浮子处于同一水平位置， 浮子会阻挡光源发射出的光线而在光信号接收器上形成影斑影斑的中心位置可 视为浮子的垂直位移，并把此垂直位移量通过图像识别器进行识别并进行分析 处理，还可以通过显示装置实时显示出对应流量值，灵敏度高，工作可靠，此 外流量值还可通过存储器进行存储。

本发明使用误差补偿控制系统修正测量中的误差，提高浮子流量计的总精 度水平。

通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释 本发明的实施例。

附图说明

图1所示为本发明宽量程流量稳定性测试装置的一个实施例的示意图。

图2所示为本发明投影光路的一个几何视图。

图3a所示为本发明投影光路的另一个几何视图。

图3b所示为本发明投影光路的又一个几何视图。

具体实施方式

现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元 件。如上所述，如图1所示，本发明提供的技术方案是，提供一种宽量程流量 稳定性测试装置，用于监测流经管路中的流体的流量稳定性，其中流量计主体 结构包括：锥形管16，所述锥形管16内部的浮子15，还包括流量稳定性测试 部件，所述流量稳定性测试部件包括：

设于所述锥形管16两相对侧的光信号发射器14及光信号接收器6、图像识 别器17，其中所述光信号发射器14、光信号接收器6及所述锥形管16均呈竖 直方向设置；

需要说明的是，本发明是基于传统浮子流量计的测量原理为基础进行研究 和设计的，因此，所述锥形管16的结构于传统浮子流量计的锥形管结构相同， 所述锥形管16需要竖直方向设置，才能确保流体流量测量的准确性。而光信号 发射器14及光信号接收器6均呈竖直方向设置，在本实施例中，光信号发射器 14能够在竖直方向上下移动。

参考图1，所述光信号发射器14，用于发出光信号并穿透所述锥形管16的 一侧壁后，被所述浮子15遮挡一部分，继续穿过所述锥形管16的另一侧壁后 投影到所述光信号接收器6，所述光信号在所述光信号接收器6上形成一影斑， 可以想象由于所述锥形管16整体形状是呈圆柱体状，所述光信号接收器6上形 成的影斑，是一个近似椭圆的形状，所述光信号接收器6可以是一块幕布，影 斑在幕布上成像。其中所述光信号发射器14是发出点光源的光信号的发射器， 所述影斑是由所述光信号被所述浮子15遮挡一部分之后在所述光信号接收器6 上形成的影斑；

参考图1，所述图像识别器用于对所述影斑的垂直位置量进行识别，并对所 述垂直位移量进行分析处理；不难理解的是，在近似点光源照射到一个圆形的 浮子上时，所述光信号接收器6上会形成中间具有影斑的光斑。

参考图1，所述图像识别器用于对所述影斑的垂直位置量进行识别，并对所 述垂直位移量进行分析处理。本发明只通过研究影斑在所述光信号接收器6在 竖直方向的垂直位移量，即影斑在所述光信号接收器6的垂直位移量，来表征 流体流量的稳定性。

在本实施例中，所述图像识别器包括一个摄像头，较佳者是广角摄像头17， 广角摄像头17可以是普通的广角摄像头，还可以是微型广角摄像头。如图1所 示，所述广角摄像头17安装在安装支架6A上，位于所述光信号接收器6的后 侧，能够从所述光信号接收器6的后侧检测到影斑，所述影斑是光信号发射器 14所发射出的光信号被浮子15遮挡一部分之后，在光信号接收器6上成像形成 的影斑，流体的流速大小变化会造成浮子15的上下波动，因此，影斑也随着在 光信号接收器6上下波动，在此影斑上下波动的幅度大小称之为垂直位移量。

参考图1，还包括显示装置12，对所述垂直位移量进行分析处理包括对所 述垂直位移量通过显示装置12进行输出。所述光信号发射器14还配置有光信 号发射器驱动组件，所述光信号发射器驱动组件包括：伺服电机10、螺旋杆13 及安装台(图上未示)，所述安装台连接于所述螺旋杆13上，所述伺服电机10 与所述螺旋杆13连接，所述伺服电机10通过所述螺旋杆13以驱动所述安装台 上下移动，所述光信号发射器14安装于所述安装台上，并随所述安装台一起上 下移动。如果浮子15的上下波动幅度不大时，即是保持在浮子15的中线位置 处小幅度波动时，所述光信号发射器驱动组件是不需要参与工作的，如果浮子 15的上下波动幅度大于一个设定值，则此时所述光信号发射器驱动组件需要为 了跟随浮子15而进行运动，而使得所述光信号发射器14处于所述浮子15的中 线位置处。

参考图1，所述光信号接收器6还配置有光信号接收器驱动组件，所述光信 号接收器驱动组件包括：调节杆固定架5、调节杆4、安装支架6A，所述调节 杆4与所述安装支架6A及调节杆固定架5螺纹连接，所述调节杆4可用于调节 所述安装支架6A靠近或远离所述锥形管16，所述光信号接收器6安装于所述 安装支架6A上，并随所述安装支架6A一起靠近或远离所述锥形管16。所述安 装支架6A是一个矩形框架，正对所述锥形管16的一面是一个用于安装矩形幕 布的矩形面，矩形幕布安装于矩形框架上，并正对所述锥形管16。下文将会解 释所述安装支架6A靠近或远离所述锥形管16有何用途。

下文通过结合图1、2、3a、3b详细说明本发明的实现原理：说明本发明的 原理之前，首先来解释一下下文将会出现的技术术语：

1.y₀为影斑的理论中心值(即为图3a中影斑的几何中心)，即对应流量示值， 其中流量示值是行业熟知的技术术语；

2.y₃为影斑的极下值；

3.y₄为影斑的极左值或极右值；

4.y₅为影斑的几何中心值；

5.y₆为影斑的极上值；

上述技术术语中：极下值：是指影斑最下端对应的y坐标的y值；极左值 或极右值：是指影斑最左端或最右端对应的y坐标的y值，极上值：是指影斑 最上端对应的y坐标的y值；

本发明实现的原理如下：

1.通过法兰连接将浮子流量计垂直安装在管道中，若陀螺垂直仪2指示垂 直度有偏差，即可通过调整球型底座9和下连接法兰7的相对位置，直至陀螺 垂直仪指示浮子流量计在管道中完成垂直安装。根据浮子流量计的测量原理， 若需要浮子流量计进行高精度地进行测量，则需要将浮子流量计垂直安装。

2.被测流体经过浮子流量计时，浮子15随流量大小呈上下移动，当浮子自 身的重力与流体对浮子的动压力、浮子在流体中的浮力三者的合力相等时，浮 子便稳定在某一高度上。光信号接收器6在流量变化过程中接收浮子产生的“投 影”图像位移变化，经过广角摄像头17拍摄出“投影”图像进行AI图像处理， 计算出浮子在锥形管中的高度与所通过的流量的对应关系，浮子的高度就是流 量大小的量度，通过流量显示器12将被测流体的流量值显示出来。

3.参考图2，测量流量稳定性时，影斑上下浮动，其影斑浮动的相对位移差 值可视为流量的波动性，且可以通过光信号接收器驱动组件(调节杆4、调节杆 固定架5、光信号接收器6)来调节光信号接收器6与浮子15之间的距离d1来 改变测量的精度，在一定条件下，当d1值越大时，影斑高度H越大，其波动时 的上下相对位移就越大，测量的精确度也就越高。可以计算出其流量波动的流 量稳定性δ＝(y_0max-y_0min)/(2*y₀)*100％。因此，此处解释了所述安装支架6A靠近 或远离所述锥形管16的作用。

4.使光信号发射器14与浮子15在同一水平的方法：当浮子15上升一定高 度时，光信号发射器14与浮子15的中线位置基本在同一水平位置，参考图2， 此时影斑的理论高度H＝y₂-y₁＝2*(y₀-y₁)＝2*tanθ*(d1+d2)， 而控制光信号发射器14与浮子15在同一水平位置的装置是伺服电机10，控制 系统上作一个判定：若影斑高度的实测值：H1不符合95％H≤H1≤105％H，伺 服电机10控制光信号发射器14上下移动，直至实测值H1符合95％H≤H1≤105％H，此时伺服电机10停止运转(注：95％和105％为电机控制系数，此系 数可根据实际情况制定，理论上为100％时，浮子与光源最接近水平，此时精确 度最高)。

5.影斑实测值H1误差修正：光信号发射器14与浮子15不在同一水平时的 误差可令y0值为影斑的中心值，即浮子15的高度值以及对应流量示值，系统 设置电机控制系数即95％≤R％≤105％；

a)参考图3a、3b，当y5＝y4即时，光信号发射器14的水平位 置与浮子同一水平位置，无误差；

b)参考图3b，当y5＞y4即时，

光信号发射器14的水平位置低于浮子流量示值误差＝实测值H1-理论值： H＝(y₆-y₃)-(y₂-y₁)＝R％*(y₂-y₁)-(y₂-y₁)＝(R％-1)*2tanθ*(d₁+d₂)

c)当y5＜y4即时，图像原理和图3b是一样的，光信号发射器 14高于浮子，流量示值误差＝理论值H-实测值 H＝(y₂-y₁)-(y₆-y₃)＝(y₂-y₁)-R％*(y₂-y₁)＝(1-R％)*2tanθ*(d₁+d₂)

需要说明的是：锥形管对光的折射产生的误差修正，可采集影斑位移值、 实量值与理论值的系数比等值进行数据拟合，作出误差修正曲线，在一定条件 上，其微小的误差也可视为系统误差，在技术可接受范围之内。

公式：1.光束相切浮子的夹角2.“投影”高度理论值H＝2* (y0-y1)＝2*tanθ*(d1+d2)3.流量稳定性δ＝(y_0max-y_0min)/(2*y₀)*100％

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明 之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖 的范围。