一种直插式管道流体检测装置及其检测方法
阅读说明：本技术 一种直插式管道流体检测装置及其检测方法 (Direct insertion type pipeline fluid detection device and detection method thereof ) 是由 王松 吴玉宽 张博雯 于 2021-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直插式管道流体检测装置及其检测方法,属于工业流体在线测量领域。本发明的检测装置,包括直插式传感器和流体腔体,流体腔体安装于直插式传感器前端,且长度延伸至不小于直插式传感器的检测部件所至位置,流体腔体位于检测部件外侧,且流体腔体中设有供流体流通的通道。本发明克服现有技术中直插式流体传感器检测准确性不足、且安装应用不便的现状,通过在管道内部形成管道检测池,改变传感器附近的流体特性如流速、流向、液面高度等,以提升传感器测量精度。(The invention discloses a direct insertion type pipeline fluid detection device and a detection method thereof, and belongs to the field of industrial fluid online measurement. The detection device comprises an in-line sensor and a fluid cavity, wherein the fluid cavity is arranged at the front end of the in-line sensor, the length of the fluid cavity extends to a position which is not smaller than that of a detection component of the in-line sensor, the fluid cavity is positioned on the outer side of the detection component, and a channel for fluid to flow through is arranged in the fluid cavity. The invention overcomes the current situations of insufficient detection accuracy and inconvenient installation and application of the direct-insertion type fluid sensor in the prior art, and improves the measurement accuracy of the sensor by forming the pipeline detection pool in the pipeline and changing the fluid characteristics near the sensor, such as flow speed, flow direction, liquid level height and the like.)
技术领域
本发明涉及工业流体在线测量技术领域，更具体地说，涉及一种直插式管道流体检测装置及其检测方法，可以直接安装到管道上并改变传感器附近流场特性。
背景技术
工业信息化的发展导致大量在线监测需求的提出，工业流体如润滑油、化工原料的在线参数测量技术和产品目前已获得广泛应用。工业流体在线测量的传感器主要采用管道直插式和旁路式两种安装方式，其中直插式安装由于成本低，设备改造工作量少而获得用户的普遍认可。
但行业内目前普遍采用的直插式传感器，其安装方式在实际应用中存在以下问题：(1)管道中流体的流速等因素对测量准确性造成较大影响，由于传感器安装前无法知道管道内流体的流动参数，造成传感器测量的误差增大；(2)打孔工作量较大，打孔位置和角度确定后不能随便调整。如果传感器安装以后发现流体液面太低而使传感器工作不正常，则只能另外打孔安装，造成生产线停工，费用较大。采用在管道底部安装传感器的方式可以部分改善以上问题，但却带来了传感器不易装拆维护的新问题。因此，业内亟需一种可以适应所有不同流场特性的管道直插式检测装置。
目前对于管道流体的检测应用已经非常成熟，亦出现丰富的相关专利技术，如中国专利申请号：2014204517845，发明创造名称为：管道流体监测器，该申请案包括壳体、设于壳体内的控制器，还包括分别与控制器电连接的检测用传感器、一个用于接收其他管道流体监测器发送来的信息的声纳传感器和一个用于发送其所在管道流体监测器的信息的声纳传感器；两个声纳传感器的声纳收发部分相背布置。该申请案是通过采用声纳传感器来传输数据，避免多种外界环境的影响，且也是通过可钻孔形式插入安装至管道内，但同样面对上述提到的应用缺陷。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中直插式流体传感器检测准确性不足、且安装应用不便的现状，拟提供一种直插式管道流体检测装置及其检测方法，本发明的检测装置，通过在管道内部形成管道检测池，改变传感器附近的流体特性如流速、流向、液面高度等，以提升传感器测量精度，并能够根据实际管道尺寸和流体特性修改对应设置，以获得不同效果的管道检测池，为传感器正常测量提供较好的流体环境；其次，本发明的装置可以方便的从管道的安装孔进入和取出，使用方便，有效减少打孔工作量。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种直插式管道流体检测装置，包括直插式传感器和流体腔体，流体腔体安装于直插式传感器前端，且长度延伸至不小于直插式传感器的检测部件所至位置，流体腔体位于检测部件外侧，且流体腔体中设有供流体流通的通道。
更进一步地，直插式传感器从接触被测流体的前端部分向后依次包括检测部件、螺纹部件、圆筒部件和压台，其中圆筒部件和压台之间安装有密封圈，各部分的直径由前向后依次增大。
更进一步地，流体腔体包括连接体和固定挡流板；连接体用于与直插式传感器配合安装连接，固定挡流板与连接体边缘连接向下延伸，且延伸长度不少于直插式传感器的检测部件所至位置。
更进一步地，还包括活动挡流板，活动挡流板安装于流体腔体上并分布于直插式传感器的检测部件周围，活动挡流板具有打开和闭合状态，两个状态的切换通过直插式传感器在管道中的上下移动实现；使用时至少一组挡流板与管道内流体方向夹角不为0。
更进一步地，活动挡流板转动配合安装在固定挡流板上，活动挡流板在闭合和打开状态下，其位置分别与固定挡流板具有夹角θ1和θ2，θ1<θ2，且θ2打开状态下对应的挡流截面面积大于θ1对应的挡流截面面积。
更进一步地，活动挡流板通过旋转轴铰接安装在固定挡流板至少一侧，活动挡流板与固定挡流板呈层叠式平行安装，可以绕旋转轴转动并实现相对打开或闭合，当活动挡流板逐渐接触管道内壁时，逐渐向侧边打开；当活动挡流板脱离管道内壁时，则因自重逐渐下垂闭合，与固定挡流板之间夹角逐渐缩小。
更进一步地，活动挡流板通过铰链安装在固定挡流板至少一侧，可以绕固定挡流板开合转动，且铰链的最大转动角度不超过180°。
更进一步地，活动挡流板前端还设有控制机构，控制机构先于活动挡流板接触管道内壁，且控制机构能够在管道内壁的接触力作用下打开，脱离管道内壁时能够在重力或弹力作用下闭合，进而带动活动挡流板的打开或闭合状态切换。
更进一步地，控制机构包括通过铰链连接的双臂结构或V形弹簧丝，活动挡流板分别对称设置在固定挡流板的两侧，控制机构的两端对应连接在两侧的活动挡流板上。
本发明的一种直插式管道流体检测方法，利用上述检测装置进行检测，包括以下过程：
S1、将直插式传感器的活动挡流板或控制机构向内转动，使得活动挡流板相对固定挡流板处于闭合状态；
S2、将直插式传感器从管道上的安装孔向下装入管道，并使得活动挡流板与管道的轴线方向平行；
S3、继续向下移动直插式传感器，使得活动挡流板或控制机构下端与管道内壁接触；
S4、活动挡流板或控制机构下端与管道内壁接触后，继续向下施加推力，使得活动挡流板打开；
S5、转动直插式传感器，使活动挡流板与管道的轴线方向垂直，拧紧直插式传感器安装在管道上，即形成管道检测池；
S6、检测结束后，向上移动直插式传感器，活动挡流板在重力或控制机构作用下逐渐闭合，继续上提直插式传感器，当活动挡流板接触管道上的安装孔边缘时，活动挡流板完全闭合，可以从管道安装孔中顺利取出；
或者：
当直插式传感器上仅具有固定挡流板时，安装直插式传感器使固定挡流板与管道的轴线方向垂直，拧紧直插式传感器安装在管道上，即形成管道检测池；检测结束后，向上移动直插式传感器取出即可。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)目前实践中工业管道上往往是通过打孔安装传感器，安装孔的位置、数量和尺寸有严格的要求，而安装孔数量太多和尺寸过大都会影响管道的强度，对生产安全产生威胁；实际应用中，由于打孔时并不清楚管道内的流体参数如液面高度或流速，传感器安装后可能会由于液面过低而无法工作，导致需要重新打孔，增加成本并给管道安全带来隐患，本发明则克服了上述问题。
(2)本发明的检测装置通过采用挡流板设计，可以使安装有流体腔体的传感器顺利通过较小尺寸的安装孔进入管道内部，在传感器前后形成较大面积的挡流面，从而改变传感器测量的流体环境，提升测量效果。
(3)本发明的一种直插式管道流体检测装置，整体结构设计简单，应用方便，且可靠性较高，且便于实现从管道上部的安装和拆卸。
附图说明
图1为本发明的直插式管道流体检测装置的应用状态结构示意图；
图2为本发明的检测装置的外形结构示意图；
图3为本发明中流体腔体的侧视结构示意图；
图4为本发明中平行转动的流体腔体结构示意图；
图5为本发明中开合式流体腔体的结构示意图；
图6为本发明中开合式流体腔体的俯视结构示意图；
图7为本发明中带有控制机构的流体腔体结构示意图。
示意图中的标号说明：
100、直插式传感器；200、流体腔体；300、活动挡流板；400、管道；500、控制机构；101、检测部件；102、螺纹部件；103、圆筒部件；104、压台；105、密封圈；201、连接体；202、固定挡流板；203、螺纹孔；301、旋转轴；302、铰链。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1-图4所示，本实施例的一种直插式管道流体检测装置，包括直插式传感器100和流体腔体200，流体腔体200安装于直插式传感器100前端，且长度延伸至不小于直插式传感器100的检测部件101所至位置，流体腔体200位于检测部件101外侧，且流体腔体200中设有供流体流通的通道。
本实施例中直插式传感器100可以是测量流体粘度、颗粒等参数的传感器，具体可根据实际检测需求对应应用，且传感器的具体选择应用，以及使用时与管道400之间的安装固定等均属于行业内现有技术，在此不再赘述。
具体地，如图2所示，直插式传感器100从接触被测流体的前端部分向后依次包括检测部件101、螺纹部件102、圆筒部件103和压台104，其中圆筒部件103和压台104之间安装有密封圈105，各部分的直径由前向后依次增大。如图3所示，流体腔体200包括连接体201和固定挡流板202；连接体201用于与直插式传感器100配合安装连接，具体地，连接体201中部开设有螺纹孔203，用于与直插式传感器100上的螺纹部件102相配合连接安装，固定挡流板202与连接体201边缘刚性连接并向下延伸，固定挡流板202可设于检测部件101的前后位置，且延伸长度不少于直插式传感器100的检测部件101所至位置。
本实施例中连接体201可采用四方柱体或圆柱体结构均可，固定挡流板202亦可采用平板结构或弧形面板结构等，实际应用中当管道400内流体液面仍然较高，且流动速度较快，直接利用固定挡流板202抵靠管道400内壁，使直插式传感器100的检测部件101完全没入流体，且至少有一块固定挡流板202与流体流动方向夹角不为0，固定挡流板202即可以起到改变传感器附近流场特性的作用，以改变检测部件101附近的流体特性如流速、流向或液面高度等，以充分保障检测部件101的检测准确性。
实施例2
本实施例的一种直插式管道流体检测装置，基本结构同实施例1，更进一步地，本实施例中在固定挡流板202基础上，还设置有活动挡流板300，活动挡流板300安装于流体腔体200上并分布于直插式传感器100的检测部件101周围，活动挡流板300具有打开和闭合状态，两个状态的切换通过直插式传感器100在管道400中的上下移动实现；同样地，使用时至少一组活动挡流板300与管道400内流体方向夹角不为0。
本实施例中活动挡流板300转动配合安装在固定挡流板202上，活动挡流板300在闭合和打开状态下，其位置分别与固定挡流板202具有夹角θ1和θ2，其中夹角θ1对应流体腔体200进出管道400安装孔时，活动挡流板300闭合状态下与固定挡流板202之间的夹角如图4所示，θ2对应于直插式传感器100在管道400里工作时活动挡流板300打开状态下与固定挡流板202之间的夹角如图1所示，且θ1<θ2，θ2打开状态下对应的挡流截面面积大于θ1对应的挡流截面面积。
具体可如图1所示，活动挡流板300通过旋转轴301铰接安装在固定挡流板202至少一侧，本实施例中为两侧均可设有活动挡流板300；旋转轴301垂直安装于固定挡流板202上，活动挡流板300与固定挡流板202呈层叠式平行安装，可以绕旋转轴301转动并实现相对打开或闭合，当活动挡流板300逐渐接触管道400内壁时，逐渐向侧边打开；当活动挡流板300脱离管道400内壁时，则因自重逐渐下垂闭合，与固定挡流板202之间夹角逐渐缩小。
本实施例中活动挡流板300可设置为直脊边向外的刀片状结构，其一条边设为与管道400内壁曲率相似的曲线形状，使得张开状态下能有效增大挡流截面面积，且活动挡流板300底部与管道400内壁又不完全贴合，能够保留一定间隙供流体中部分杂质等物质顺畅通过；旋转轴301则安装于活动挡流板300中线远离曲边的边缘位置，活动挡流板300与曲边相对的角被削去，使得重心与中线重合或位于未削角的半边区域，便于后续能够在自重作用下相对向内下垂闭合。即当活动挡流板300通过旋转轴301自由悬挂在固定挡流板202上时，活动挡流板300和固定挡流板202可以完全重合，此时二者之间的夹角为θ1＝0°，如图4所示。
如图1所示，当直插式传感器100在管道400内向下移动时，活动挡流板300在旋转轴301推力和管道400内壁的阻力作用下，分别向两侧方向转动。当固定挡流板202下端与管道400内壁接触后，活动挡流板300向两侧完全打开，此时活动挡流板300和固定挡流板202之间的夹角为θ2＝90°，此时流体腔体200停止移动。同理，实践中活动挡流板300的形状可以采用多种设计，能够有效满足挡流截面面积需要以及下垂闭合状态需要即可，在此不作限定也不再尽述。
实施例3
本实施例的一种直插式管道流体检测装置，基本结构同实施例2，所不同的是，本实施例中，如图5所示，活动挡流板300是通过铰链302安装在固定挡流板202至少一侧，具体也是在固定挡流板202两侧边缘均安装有活动挡流板300，活动挡流板300可以绕固定挡流板202开合转动，且铰链302的最大转动角度不超过180°。
本实施例中当活动挡流板300闭合时，最佳状态下与固定挡流板202之间的夹角θ1＝0°，此时检测装置能够通过管道400安装孔安装，当活动挡流板300打开时，与固定挡流板202之间的夹角θ2＝90°。同理，活动挡流板202的下壁亦可设为与管道400内壁的曲率相似的曲线形状，同时不完全贴合保留一定间隙。
实施例4
本实施例的一种直插式管道流体检测装置，基本结构同上述实施例，更进一步地，活动挡流板300前端还设有控制机构500，控制机构500会先于活动挡流板300接触管道400内壁，且控制机构500能够在管道400内壁的接触力作用下打开，脱离管道400内壁时能够在重力或弹力作用下闭合，进而带动活动挡流板300的打开或闭合状态切换。
本实施例中控制机构500包括通过铰链连接的双臂结构或V形弹簧丝，活动挡流板300分别对称设置在固定挡流板202的两侧，控制机构500的两端对应连接在两侧的活动挡流板300上。
具体如图7所示，固定挡流板202的两侧均设有活动挡流板300，控制机构500为通过铰链连接的双臂结构，双臂结构的两端与活动挡流板300的末端通过旋转轴连接，形成一个活动的平行四边形。当活动挡流板300与固定挡流板202之间的夹角为0时，双臂之间的夹角最小，直插式传感器100可以通过管道400上的安装孔进入管道内部。当直插式传感器100在管道400中向下移动时，双臂结构的铰链连接部首先会接触管道400底部内壁，双臂结构与活动挡流板300构成的平行四边形在管道400内壁的阻挡下发生变形，双臂之间的夹角增大，一直到固定挡流板202下边缘碰到管道400内壁，此时双臂之间的夹角最大，活动挡流板300处于完全打开状态。当需要取出直插式传感器100时，向上移动传感器，双臂结构与活动挡流板300构成的平行四边形在重力作用发生变形，双臂之间的夹角减小，进而带动活动挡流板300闭合。
本实施例的一种直插式管道流体检测方法，利用上述实施例中的检测装置进行检测，包括以下过程：
当仅具有固定挡流板202时，则将直插式传感器100从管道400上的安装孔向下装入管道400，并使得固定挡流板202与管道400的轴线方向垂直；继续向下移动直插式传感器100，使得固定挡流板202下端与管道400内壁接触，拧紧直插式传感器100上的锁紧螺母，使其安装在管道400上，即形成管道检测池；检测结束后，松开锁紧螺母向上移动直插式传感器100取出即可。
当具有活动挡流板300或控制机构500时，则首先将活动挡流板300初始处于闭合状态，如最佳状态下活动挡流板300与固定挡流板202之间夹角θ1＝0°；
将直插式传感器100从管道400上的安装孔向下装入管道400，并使得活动挡流板300与管道400的轴线方向平行；
继续向下移动直插式传感器100，使得活动挡流板300或控制机构500下端与管道400内壁接触；
继续向下施加推力，使得活动挡流板300管道400内壁的阻力作用下转动打开或通过控制机构500打开，如此时活动挡流板300与固定挡流板202之间夹角θ2＝90°；然后转动直插式传感器100，具体可转动90°，使活动挡流板300与管道400的轴线方向垂直，拧紧直插式传感器100安装在管道400上，即形成管道检测池；
检测结束后，当需要从管道400中取出直插式传感器100时，向上移动直插式传感器100，活动挡流板300在重力或控制机构500作用下逐渐闭合，继续上提直插式传感器100，当活动挡流板300接触管道400上的安装孔边缘时，活动挡流板300受到管道400安装孔内壁的挤压而完全闭合，可以从管道400安装孔中顺利取出。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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