CN101504300A - 一种差压流量计 - Google Patents

Abstract

一种差压流量计，属于流体计量仪表，解决现有流量计结构复杂、成本昂贵的问题，用于流体的流量测量。本发明包括节流管、贴片式压力传感器、贴片式温度传感器以及信号处理电路，节流管为内孔具有隔板的圆筒，隔板中心开有锥形、倒锥形或者抛物面形的孔，贴片式压力、温度传感器分别安装在隔板两侧腔室内；贴片式压力、温度传感器输出信号送至信号处理电路进行处理；信号处理电路，包括压力信号处理模块、温度信号处理模块、积算模块及电源。本发明可针对不同流体，在信号处理电路中选用补偿公式，提高测量精度；并通过远程控制模块或数显模块实现远程化、智能化读表，整体体积小，结构简单易安装，零部件加工成本低。

Description

一种差压流量计

技术领域

本发明属于流体计量仪表，尤其涉及一种带有温度补偿功能的差压式流体计量装置。

背景技术

流量计广泛应用于石油、化工、冶金、以及日常生活等领域。随着国家西气东输工程的进行，油气田事业的发展以及城市天然气及煤气的大面积普及，流量测试范围从简单的液态流体扩展到天然气、石油以及其他形态流体的测量。流量计有许多种类，差压流量计是其中的一种最经典并且运用最广泛的流体计量仪表。

从一般结构上看，目前市场销售的差压流量计可分为以下两类：第一类为带引流管的差压式流量计；另一类不带引流管的差压式流量计。前者的优点在于维护与更换时不影响流体的正常传输，但其结构零件多，体积相对较大，不易安装，压力在引流管中的损失比较大，故计量误差相对较大；后者结构紧凑，但因留给传感器安装的位置较小，通常都不安装温度传感器，而将温度、压力对流体密度的影响和节流件的特性等都归结成一个经验系数，初次标定后就不再变化。事实上流体的流量受诸多环境因素的影响，众所周知，流体温度、压力发生变化时，其密度也随之变化，尤其是受温度的影响较大，同时，差压式流量计节流装置的结构对流体压力的影响也比较大，需要就近测量压力差能得到较为准确的结果，因此，上述两类结构均存在一定的计量误差。针对差压流量计的集成化和智能化和高精度计量的应用需求，国内外已有相当多的研究成果与应用实例，如实用新型专利“温、压一体化智能差压流量计(ZL02244278.2)”就是一种带有带温度补偿流量计，但其内部结构采用涡流式流量传感器；实用新型专利“一种智能流量计(ZL200620104194.0)”其内部采用的是流量变换器测量流体，两者均价格较昂贵，且不易加工；实用新型专利“一体化智能差压流量计(ZL0222484.5)”采用的是具有引流管的结构，带来压力损失；已受理的发明专利申请书“智能型气体流量计(申请号02117499.7)”专门针对气体的流量测量，不适应于多种流体的测量。

发明内容

本发明提供一种差压流量计，解决现有流量计结构复杂、成本昂贵的问题，用于流体的流量测量。

本发明的一种差压流量计，包括节流管、传感器以及信号处理电路，所述节流管为内孔具有隔板的圆筒，其外管壁上开有用于安装信号处理电路的槽，隔板中心开有锥形、倒锥形或者抛物面形的孔；其特征在于：

所述传感器包括贴片式压力传感器及贴片式温度传感器，所述贴片式压力传感器分别安装在隔板两侧腔室内，所述贴片式温度传感器安装在隔板一侧或者两侧腔室内；所述贴片式压力传感器和贴片式温度传感器输出信号送至信号处理电路进行处理；

所述的信号处理电路，包括压力信号处理模块、温度信号处理模块、积算模块及电源；

所述的压力信号处理模块，根据所设定的工作频率定时采样贴片式压力传感器的输出电压，并进行AD转换，再与基准电压比较，获得压力值；

所述的温度信号处理模块，根据所设定的工作频率定时采样贴片式温度传感器的输出电压，并进行AD转换，再与基准电压比较，获得温度值；

所述的积算模块，根据压力、温度信号处理模块得到的压力、温度值，进行流量积算和补偿积算，依据下述公式，给出计量结果；

$Q=C_d{\mathrm{\αA}}_2\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\mathrm{\ρ}(1-A_2/A_1)}},$

式中：Q为流体的流量，单位kg/h；p₁和p₂分别为隔板左右两侧的压力值，单位Pa；ρ为流体密度，单位kg/m³；

A₁和A₂分别为隔板左右两侧流体的截面积，单位m²；

温压补偿系数 $\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{p_1}{T_1}\×\frac{T_2}{p_2}},$

流量系数C_d根据隔板上孔的长径比β，查找计量测试技术手册的典型节流装置流量系数变化图得到。

所述的差压流量计，其特征在于：

所述每个贴片式压力传感器和贴片式温度传感器之上装有套筒，防止流体对其冲刷而脱落；所述每个贴片式温度传感器的套筒上还焊接有防护帽，进一步保证传感器的可靠工作。

所述的差压流量计，其进一步特征在于：

所述的信号处理电路还具有远程控制模块，接收远程控制信号，改变信号处理电路的工作频率，并将所述积算模块的计量结果进行远程传输；远程控制模块采用满足IEEE802.15协议的无线射频信号传输芯片，实现无线远程信号传输；或者采用具有RS485接口的传输芯片，实现有线连接的远程信号传输。

本发明可针对气体、流动性强的液体以及流动性弱的液体等不同特质的流体选用不同的节流管，利用贴片式温度传感器实现流量测试的温度补偿，通过两组贴片式压力传感器来实现差压运算，在信号处理电路中选用不同的节流管所对应的补偿公式，提高测量精度；并通过远程控制模块或数显模块实现差压流量计的远程化、智能化读表，整体体积小，结构简单易安装，零部件加工成本低；

附图说明

图1为本发明的内部结构剖视图；

图2为本发明信号处理电路结构示意图；

图3为《计量测试技术手册》的典型节流装置流量系数变化图；

图4为本发明局部结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括节流管1、传感器以及信号处理电路3，所述节流管1为内孔具有隔板的圆筒，其外管壁上开有用于安装信号处理电路3的槽，隔板中心开有锥形、倒锥形或者抛物面形的孔；传感器包括贴片式压力传感器2及贴片式温度传感器10，贴片式压力传感器2分别安装在隔板两侧腔室内，贴片式温度传感器10安装在隔板一侧或者两侧腔室内；贴片式压力传感器和贴片式温度传感器输出信号送至信号处理电路3进行处理。

信号处理电路3通过节流管1外管壁上槽内的电路板安装基座5与节流管1固接。节流管1上隔板的节流孔可采用孔板式、文丘里式、喷嘴式等多种差压实现装置。

节流管1通过螺栓固接在被测流体输入管道4和被测流体输出管道6之间。

如图2所示，信号处理电路，包括压力信号处理模块、温度信号处理模块、积算模块及电源，还可以具有远程控制模块或者本地数显模块；

信号处理电路的压力信号处理模块、温度信号处理模块、积算模块采用高性能低功耗单片机系统实现，电源可采用纽扣电池，正常情况下，其工作时间大于一年，安装尺寸不大于25mm×30mm。

远程控制模块采用低功耗近距离无线射频信号传输芯片，工作频率高，抗干扰能力强，如CC2340无线射频芯片，可实现远程读表的功能，或采用RS485模块实现远距离有线传输。不仅如此，本发明也可将远程控制模块替换为本地数显模块，实现本地直接数字显示。

具体测试及信号处理与传输过程如图2所示，上下游贴片式压力传感器感应流体的压力值，并通过导线将流体上下游压力信号传输到信号处理电路中；贴片式传感器分别感应上下游流体的温度，通过导线传送到信号处理电路，信号处理电路依照事先确定的工作频率，对压力和温度进行测量；为使压力和温度转化结果中的噪声效应降至最低，可以采用“过采样”技术，获取较多的冗余数据，并进行平滑处理及平均。本次测量计算结果送至积算模块，根据所选定的补偿公式：

$Q=C_d\mathrm{\α}{A}_2\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\mathrm{\ρ}(1-A_2/A_1)}},$

对流体的实际流量进行求解运算，公式中流量系数Cd根据隔板上孔的长径比β，查找计量测试技术手册的典型节流装置流量系数变化图得到。计量测试技术手册可参阅林宗虎.《计量测试技术手册》，第六卷[z].北京：中国计量出版社，1996，11；有关流量系数变化图，由该手册第40页～63页所提供的各种取压方式所对应的流量系数表绘制而成，见图3。图中，β值在各条曲线上方给出，横轴是流体的雷诺数Re，纵轴为流量系数C_d。其积算出来的数字量通过远程控制模块中的低功耗近距离无线射频信号传输芯片将信号传送到远方的控制室中显示，实现流量计控制的远程化、智能化管理，或通过本地数显模块直接在流量计上显示，整个电路由电池供电，正常工作时间大于一年。

图4表示贴片式压力传感器及贴片式温度传感器安装及密封结构的局部视图。其中，贴片式压力传感器2及贴片式温度传感器10安装尺寸不大于3mm×3mm；每个贴片式压力传感器和贴片式温度传感器之上装有套筒7，套筒7与节流管1的管壁焊接，套筒7内填充密封胶9，实现对贴片式压力传感器2及贴片式温度传感器10的固定及密封；所述每个贴片式温度传感器的套筒7上还焊接有防护帽8。

Claims (3)

1.一种差压流量计，包括节流管、传感器以及信号处理电路，所述节流管为内孔具有隔板的圆筒，其外管壁上开有用于安装信号处理电路的槽，隔板中心开有锥形、倒锥形或者抛物面形的孔；其特征在于：

所述传感器包括贴片式压力传感器及贴片式温度传感器，所述贴片式压力传感器分别安装在隔板两侧腔室内，所述贴片式温度传感器安装在隔板一侧或者两侧腔室内；所述贴片式压力传感器和贴片式温度传感器输出信号送至信号处理电路进行处理；

所述的信号处理电路，包括压力信号处理模块、温度信号处理模块、积算模块及电源；

所述的压力信号处理模块，根据所设定的工作频率定时采样贴片式压力传感器的输出电压，并进行AD转换，再与基准电压比较，获得压力值；

所述的温度信号处理模块，根据所设定的工作频率定时采样贴片式温度传感器的输出电压，并进行AD转换，再与基准电压比较，获得温度值；

所述的积算模块，根据压力、温度信号处理模块得到的压力、温度值，进行流量积算和补偿积算，依据下述公式，给出计量结果；

$Q=C_d{\mathrm{\αA}}_2\sqrt{\frac{2(p_1-p_2)}{\mathrm{\ρ}(1-A_2/A_1)}},$

式中：Q为流体的流量，单位kg/h；p₁和p₂分别为隔板左右两侧的压力值，单位Pa；ρ为流体密度，单位kg/m³；

A₁和A₂分别为隔板左右两侧流体的截面积，单位m²；

温压补偿系数 $\mathrm{\α}=\sqrt{\frac{p_1}{T_1}\×\frac{T_2}{p_2}},$

流量系数C_d根据隔板上孔的长径比β，查找计量测试技术手册的典型节流装置流量系数变化图得到。

2.如权利要求1所述的差压流量计，其特征在于：

所述每个贴片式压力传感器和贴片式温度传感器之上装有套筒；所述每个贴片式温度传感器的套筒上还焊接有防护帽。

3.如权利要求1或2所述的差压流量计，其进一步特征在于：

所述的信号处理电路还具有远程控制模块，接收远程控制信号，改变信号处理电路的工作频率，并将所述积算模块的计量结果进行远程传输；远程控制模块采用满足IEEE802.15协议的无线射频信号传输芯片，实现无线远程信号传输；或者采用具有RS485接口的传输芯片，实现有线连接的远程信号传输。

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