CN101819052B - 一种装有双差压传感器的流量变送器及压差测量方法 - Google Patents

Abstract

一种具有两个压差传感器的差压式流量变送器，其特征是：外壳内设有一个由柱体和头部凸缘构成的活塞，由活塞的头部凸缘将大腔分割为高、低压区域，活塞上设有弹性组件；外壳上设有高压差测量模块(A)测孔和低压差测量模块(B)测孔，高压差测量模块(A)的高、低压测孔保证在弹性组件的压缩和弹出两死点位置分别位于高、低压区域；低压差测量模块(B)的高压测孔在弹性组件未压缩时，与高压区域联通；弹性组件被压缩至死点位置，活塞移动到头，该联通通道被断开。这种变送器能够自动根据压差大小切换低压差测量模块(B)的工作通道，改变其工作状态，达到保护低压差模块的目的，同时有效使用两个压差测量模块工作将能扩大测量量程。

Description

一种装有双差压传感器的流量变送器及压差测量方法

技术领域

本发明涉及一种流量测量设备，特别是一种采用高低双压差传感器的流量变送器。

背景技术

差压式流量计以其技术成熟、结构简单、稳定可靠、适用面宽等优点独具流量计榜首。但是，这种差压式流量计的根本问题是测量量程范围较窄。因为，流量同压差呈平方函数关系，如果流量是最小值的一百倍，那么压差就是最小值的一万倍，这样就限制了测量量程范围。通常现在1∶4或者1∶10已经很了不起了。据《流量计信息网》的自适应型差压式流量计的文献公开，据说能做到1∶20。但是实际工程中，常常需要的流量范围要达到1∶63。而现有压差式的流量计就不能满足宽量程测量要求；如果使用两个压差传感器，大流量时使用高压差传感器、小流量时使用低压差传感器，当然可以大大扩展量程，但是低压差传感器无法承受高压差工况，只能将两个传感器安装在两根管道上，然后用自动控制的方案，在大流量时使用安装大压差传感器的管道，小流量时则使用安装低压差传感器的管道。这是耗费很大又很复杂的工程。

发明内容

本发明的目的是克服背景技术所述的现在一股差压式流量计的缺陷，发明一种能够兼顾量程范围和精度的、能装两个传感器的差压式流量变送器。

本发明含有变送器外壳，外壳内有大腔、小腔，其特征是：所述外壳内配合大、小腔的孔径设有一个由柱体和头部凸缘构成的活塞，由活塞的头部凸缘将大腔分割为高、低压侧活塞，活塞上设有弹性组件，保证活塞未动作时的位置；并且，外壳上设有两个一组的高压差测量模块(A)的测孔和两个一组的低压差测量模块(B)的测孔。低压差测量模块(B)的高压测孔在活塞未动作时的死点位置，与高压区联通；活塞被压缩向小腔移动后的死点位置，该联通状态被断开；高压差测量模块(A)的测孔连接状态，则始终未变。

本发明变送器承受较低压差的时候，在弹性组件的作用下，活塞未动作，此时低压差测量模块(B)测孔中的一个孔(高压测孔)与高压区腔连通，另一个孔(低压测孔)与低压区连通，低压差测量模块(B)能够正常工作，测量到较高精度的数据；当变送器承受较高压差时，压力将弹性组件压缩，推动活塞运动，活塞当然只能向小腔方向移动，此时，低压差测量模块(B)的高压测孔，由于活塞的位移，切断了与高压区的连通，转而与低压区连通，保证低压差测量模块(B)不承受过高的压差，保护低压差测量模块(B)不损坏；同时，此时大腔上的高压差测量模块(A)的测孔，联通情况始终不变，一如既往测量着高压差数据。

这样，本发明的变送器在兼顾了测量精度的同时，更主要的是在同一根管道上实现了两个压差传感正常工作，拓宽了测量量程，为实际的生产应用克服了技术难题。

优选的，所述的低压差测量模块(B)的高压测孔通过活塞上的联通孔与高压区联通。也能够通过外壳上的联通孔与高压区联通。

弹性组件优选为弹簧，套装在活塞的大腔内、靠近低压区的部分上。当然也可装在活塞内部。

使用高、低压差两个测量模块测量压差的方法，是：在变送器中的大腔中设置一个含弹性组件的活塞，由活塞头部凸缘分割高、低压区域，流量变送器上设置高、低压差传感器模块各1个，每个模块具有2个测量孔；弹性组件在低压差不被压缩时，低压差测量模块(B)的两个测量孔中有一个与高压区域连通，高压差测量模块(A)的两个测量孔位于该高、低压区域，此时采用低压差测量模块取得的压差数据；当压差过高，克服弹性组件弹力使活塞移动至死点位置时，断开低压差测量模块(B)的测孔与高压区域的联通，与低压区连通，此时低压差测量模块被保护不工作，采用高压差测量模块取得的压差数据。

优选的连通、断开低压差测量模块(B)的高压测孔与高压区域的方法是：在活塞上对应高压测孔位置开环形凹槽破坏对高压测孔的密封，形成流体通道，经高压连通孔与高压区域连通；活塞移动后，环形凹槽位置不再对应高压测孔位置，恢复对高压测孔的密封。

本发明可用于孔板流量计等各种节流装置、均速管流量计、弯管流量计、楔形流量计、各种锥形流量计等，以扩大它们的量程范围。

附图说明

图1，本发明的实施例1活塞未动作(较低压差)时的结构图。

图2，本发明的实施例1活塞被压缩(较高压差)时的结构图。

图3，本发明的实施例2活塞未被压缩结构图。

图4，本发明的实施例2活塞被压缩结构图。

图5，本发明的实施例3活塞未被压缩结构图。

图6，本发明的实施例3活塞被压缩结构图。

图7，本发明实施例4(弹性组件为波纹管)结构图。

图8，本发明实施例5，弹簧在活塞内部。

图9，本发明用于匀速管流量计的应用例。

图10，本发明用于孔板流量计的应用例。

具体实施方式

本发明的变送器含有外壳1，外壳1含有不同孔径的大腔2和小腔3，大腔2上开有高压取压口21，小腔上开有低压取压口31，大腔2的孔径大于小腔3；并且在外壳1内还设有活塞6，活塞6的柱体61配合小腔3内壁；活塞的头部凸缘62配合大腔2的内壁，且活塞不完全填满大、小腔2、3，而是能在外壳1内轴向移动，以活塞头部凸缘62分割高低压区域。活塞6被固定在外壳1及活塞头部凸缘62上的弹性组件7支撑，保持相对位置。

外壳上开有2组测量孔，一组是高压差测量模块(A)测孔(高压测孔41和低压测孔42)，另一组是低压差测量模块(B)测孔(高压测孔51和低压测孔52)，至少有高压差模块(A)的高压测孔41与大腔2中头部凸缘62的高压侧连通。而低压差测量模块(B)的高压测孔51与大腔2的高压区域连通。

作为高、低压差测量模块(A、B)，比如可选用美国伦沛科公司的压差传感器芯片-MAP-D。也可选用Freescale(Motorola)全系列压力传感器(绝压/差压/表压)中一种使用的模块。

实施例1：如图1，活塞6的柱体61端部侧面与小腔3内壁为密封状态，柱体61其余部分不密封，弹性组件7为弹簧。弹簧没有被压缩，即活塞6没有移动时，对应小腔3上开的两个低压差测量模块(B)测孔51、52的位置，柱体61上设有一条环形密封台阶65，阻隔高低压测孔51、52。活塞6上开有高压连通孔63和低压连通孔64，高压连通孔63连接大腔2的高压侧和低压差测量模块(B)高压测孔51；低压连通孔64连接小腔3的活塞柱体61外侧和大腔2的低压侧。高压差测量模块(A)的高低压测孔41、42分别设在头部凸缘62的内外侧，距离须保证活塞6移动到弹性组件7的死点位置时、仍然位于头部凸缘62的两侧。

这样，当压差没有达到能够压动弹性组件7的情况下，活塞6没有移动。低压差测量模块(B)的高压测孔51通过高压连通孔63保持高压，柱体端面外侧的低压、通过低压连通孔64引入大腔2的低压侧，即头部凸缘62的内侧，低压测孔52因柱体61与小腔3内壁的未密封配合保持低压；而因为柱体上密封台阶65和头部凸缘62的密封作用，低压差测量模块(B)的高、低压测孔51、52、高压差测量模块(A)的高低压测孔41、42都能够各司其职。由于低压差测量模块(B)的存在，能够测量到低压差(即小流量)时的精确流量数据。

图2，当压差较高时，超过弹性组件7的弹力时——也就是可能压差过大、损坏低压差测量模块(B)的情况，活塞6被推动，向小腔方向位移，至弹簧死点位置。此时，高压差测量模块(A)的高低压测孔41、42依然在头部凸缘62的两侧，依旧正常工作；柱体61位移，活塞上的高压连通孔63断开了与低压差测量模块(B)高压测孔51的连接，直接被密封在小腔3内壁和密封台阶65之间，低压差测量模块(B)的高低压测孔51、52均与小腔3的低压侧连通，就保护了低压差测量模块(B)不会被高压差损坏。

当测量的高压变小，弹性组件7的弹力将活塞6弹回原位，恢复到图1所示的两个测量模块工作的状态，这就实现了自动切换。

实施例2：图3所示，高压差测量模块(A)的低压测孔42连通至小腔3柱体61的外侧；低压差测量模块(B)的低压测孔52也连通至此，高压测孔51引入小腔3内壁时分为2个孔，一个通过柱体表面凹槽66与开在外壳壳体上的高压连通孔63连接至高压差测量模块(A)的高压测孔41，另一个被密封台阶65堵住。柱体61上开有低压连通孔64。

图4，活塞6移动以后，密封台阶65堵住了原本高压测孔51与高压连通孔6的通道，打开了高压测孔51与大腔2低压侧的连接，这时低压差测量模块(B)的高低压孔51、52都承受低压。

实施例3：图5，柱体62与小腔3内壁是密封配合，柱体62上开有一条环形槽，高压连通孔63通过该环形槽与低压差测量模块(B)的高压测孔51连通；低压连通孔64与高压差模块(A)的低压测孔42连通，弹性组件7未工作时，被柱体62密封。此时低压差测量模块(B)的高压测孔51承受自高压连通孔63引入、经环形槽过来的活塞头部凸缘62外侧的高压。

图6，压差过大，弹性组件7被压缩至死点位置，环形槽将低压连接孔64与低压差测量模块(B)的高压测孔51连通，保护低压差测量模块(B)。

实施例4：如图7所示，各测量孔的设置与实施例3相同，弹性组件7选用的是可伸缩的波纹管。

实施例5：如图8所示，大、小腔2、3变成相同尺寸，弹簧从外部移到活塞7内部，其工作情况同实施例2相同。

图9是本发明用于均流管流量计应用例。如图所示，均流管10安装于主管道9，均速管10前后形成压力差，高低压分别用管道引入本发明变送器的大、小腔2、3，变送器外部设置有平衡阀11。本发明可以根据均速管前后压差变化，自动切换工作模式，保证精度的同时也保护测量感应器不轻易受损。

图10是本发明应用于孔板流量计的情形，变送器安装在孔板流量计的取压口上部，孔板12前的高压同本发明流量变送器的高压取压口21相通；孔板12后的低压同本发明变送器的低压取压口31相通。

实际上如上两个应用例子那样，本发明的流量变送器可用于各种节流装置、楔形流量计、锥形流量计、弯管流量计等各种以压差作为测量参数的装置。

Claims (8)

1.一种具有两个压差传感器的差压式流量变送器，含有外壳（1），外壳内有大腔（2）、小腔（3），其特征是：大腔中配合设有一个由柱体（61）和头部凸缘（62）构成的活塞（6），由活塞的头部凸缘（62）将大腔（2）分割为高、低压侧，活塞上设有弹性组件（7）；外壳上设有两组压差传感器，传感器具有测孔：高压差测量模块（A）的测孔（41、42）和低压差测量模块（B）的测孔（51、52），高压差测量模块（A）的两个测孔保证在弹性组件的压缩和弹出两死点位置分别位于活塞头部凸缘（62）两侧；低压差测量模块（B）的高压测孔（51）在弹性组件未压缩时，与大腔（2）的高压侧连通；弹性组件（7）被压缩至死点位置，活塞（6）移动到头，该连通通道被断开。

2.按照权利要求1所述的流量变送器，其特征是所述的柱体（61）上设有低压连通孔（64），将低压引入大腔（2）的低压侧。

3.按照权利要求1所述的流量变送器，其特征是所述的低压差测量模块（B）的高压测孔（51）通过贯穿活塞头部凸缘（62）和柱体（61）的高压联通孔（63）与大腔（2）的高压侧连通。

4.按照权利要求1所述的流量变送器，其特征是所述的低压差测量模块（B）的高压孔（51）通过外壳上的高压连通孔（63）与高压测量模块（A）的高压孔（41）连通。

5.按照权利要求1~4任一条所述的流量变送器，其特征是所述的弹性组件（7）为弹簧。

6.按照权利要求1~4任一条所述的流量变送器，其特征是所述的弹性组件（7）为可伸缩波纹管。

7.差压式流量变送器使用高、低压差双测量模块测量压差的方法，其特征是：在变送器中的大腔（2）中设置一个含弹性组件（7）的活塞（6），由活塞的头部凸缘（62）分割高、低压区域，流量变送器上设置两组压差测量传感器的测孔：高压差测量模块（A）的测量孔和低压差测量模块（B）的测量孔，并配合设置高、低压差两个测量传感器；弹性组件（7）在低压差不被压缩时，低压差测量模块（B）的两个测量孔中有一个与高压区域连通，高压差测量模块（A）的两个测量孔位于该高、低压区域，此时，流量变送器采用低压差测量模块取得的压差数据；当压差过高，克服弹性组件弹力使活塞移动至死点位置时，断开低压差测量模块（B）的测孔与高压区域的连通，而与低压区连通，此时低压差测量模块被保护不工作，流量变送器采用高压差测量模块取得的压差数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是所述的连通、断开低压差测量模块（B）的高压测孔（51）与高压区域的方法是：在活塞（6）上对应高压测孔（51）位置开环形凹槽（66）破坏对高压测孔（51）的密封，形成流体通道，经高压连通孔（63）与高压区域连通；活塞移动后，环形凹槽（66）位置不再对应高压测孔位置，恢复对高压测孔的密封。

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