CN103674326B - 温度计量仪、流量计及温度计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够廉价地计量流体的平均温度的温度计量仪、具备该温度计量仪的流量计及温度计量方法。本发明的流量计(10)具备连接在管(80)的途中的圆筒状的计量管(11)，通过流量计量部(14)对计量管(11)内的流体的流量进行计量，通过温度传感器(20)及压力传感器(32)对计量管(11)内的流体的温度及压力进行计量。该温度传感器(20)配置成，在计量管(11)的内径为2r时，对距计量管(11)的中心轴相隔的位置的流体的温度进行计量。

Description

温度计量仪、流量计及温度计量方法

技术领域

本发明涉及对在管内流动的流体的温度进行计量的温度计量仪、具备该温度计量仪的流量计及温度计量方法。

背景技术

作为现有的流量计，已知有将在管内流动的流体的实测流量换算成规定温度、规定压力下的流量的技术(例如，专利文献1)。在这种流量计中，通过温度传感器对管内的流体的温度进行计量，并基于其计量结果进行流量的换算。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-187506号公报(段落[0003])

发明要解决的问题

另一方面，在暴露于外部空气的配管被导入到使用了空调的房间等的情况下，若在管内流动的流体和管的管壁之间产生温度差，则在管的径向上流体温度会产生分布。在这种情况下进行上述换算时，需要流体的平均温度，但若为了在管内的多个部位计量温度而设置多个温度传感器，则会产生成本增加的问题。

发明内容

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供能够廉价地计量流体的平均温度的温度计量仪、具备该温度计量仪的流量计及温度计量方法。

本申请的发明人着眼于在圆筒形的管内流动的流体与管的管壁之间存在温度差时，该管内的流体的径向的温度相对于距管的中心轴的距离以二次曲线的方式变化的情况，获得了管的内径为2r时，距管的中心轴相隔的位置的流体的温度与管内的流体的径向上的平均温度，即面平均温度恰好一致的见解。因此，本申请的发明人完成了以下的发明。

即，本申请的技术方案1的发明的温度计量仪的特征在于，所述温度计量仪具有：计量管，其连接在内部流通流体的管的途中，内侧截面形状呈圆形；温度传感器，其对计量管的内径为2r时距计量管的中心轴相隔的位置的流体的温度进行计量来作为流体的平均温度。

技术方案2的发明的流量计的特征在于，所述流量计具备技术方案1所述的温度计量仪。

技术方案3的发明在技术方案2所述的流量计的基础上，其特征在于，所述流量计具备：压力传感器，其对计量管内的流体的压力进行计量；换算处理部，其基于温度传感器的计量结果和压力传感器的计量结果，将实测流量换算成预先设定的基准温度、基准压力下的流体的流量。

技术方案4的发明在技术方案3所述的流量计的基础上，其特征在于，所述流量计具备：外侧套筒，其从外侧包围计量管，在与计量管之间形成压力计量室；孔口，其设置在计量管的管壁上，将计量管的内侧的流体向压力计量室导入，压力传感器被配置成对压力计量室内的流体的压力进行计量。

技术方案5的发明在技术方案4所述的流量计的基础上，其特征在于，温度传感器呈棒状，穿过在计量管的管壁上贯通形成的传感器插通孔，温度传感器与传感器插通孔的内侧面之间的间隙作为孔口。

技术方案6的发明在技术方案2～5中任一项技术方案所述的流量计的基础上，其特征在于，流量计对计量管中的比温度传感器靠上游侧的流量进行计量。

技术方案7的发明的流量计在技术方案2～6中任一项技术方案所述的流量计的基础上，其特征在于，流量计为超声波流量计。

技术方案8的发明的温度计量方法，使用该温度计量方法对在内侧截面形状为圆形的管内流动的流体的温度进行计量，其特征在于，对管的内径为2r时距管的中心轴相隔的位置的流体的温度进行计量来作为流体的平均温度。

发明效果

[技术方案1、8的发明]

在技术方案1的温度计量仪中，在与管连接的计量管的内径为2r时，对距计量管的中心轴相隔的位置的温度进行计量。另外，在技术方案8的温度计量方法中，在管的内径为2r时，对距管的中心轴相隔的位置的温度进行计量。根据技术方案1、8的发明，仅通过一个温度传感器就能够对计量管内或管内的流体的平均温度进行计量，由此，能够廉价地对流体的平均温度进行计量。

[技术方案2、3、7的发明]

在此，在如技术方案2的发明那样将温度计量仪用作流量计的一部分时，可以使用温度传感器的计量结果对流量计量部的计量结果进行修正或进行流量计量部的校正，也可以如技术方案3的发明那样，采用如下的结构：所述流量计具备：对计量管内的所述流体的压力进行计量的压力传感器；以及基于温度传感器的计量结果和所述压力传感器的计量结果将流量计量部的计量结果换算成预先设定的基准温度、基准压力下的流体的流量的换算处理部。根据前者的结构，提高了流量计的计量精度，根据后者的结构(技术方案3的发明)，提高了流量换算的精度。需要说明的是，流量计既可以应用差压式流量计、电磁流量计、涡流流量计、容积式流量计，也可以如技术方案7的发明那样采用超声波流量计。

[技术方案4的发明]

在技术方案4的发明中，由于压力传感器对导入计量管的外侧的压力计量室的流体的压力进行计量，所以能够抑制压力计量受到动压力的影响的情况。

[技术方案5的发明]

根据技术方案5的发明，利用将温度传感器导入计量管内的传感器插通孔，能够将计量管内的流体导入压力计量室。

[技术方案6的发明]

根据技术方案6的发明，即使因温度传感器而在计量管内引发紊流，也能够防止该紊流的影响波及到流量计量。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的流量计的主要部分的结构的剖视图。

图2是流量计的框图。

图3是用于对温度分布的确认实验进行说明的图。

图4是表示温度分布的确认实验的结果的图表。

图5是相对于距计量管的中心轴的距离对在计量管内流动的空气的温度进行标绘的标会图。

图6是表示根据实验结果求出的平均温度测定点的图表。

图7是表示变形例的温度计量仪的主要部分的结构的剖视图。

附图标记说明如下：

10 流量计

11 计量管

13 传感器插通孔

14 流量计量部

20 温度传感器

21 温度计量仪

30 外侧套筒

32 压力传感器

33 换算处理部

80 管

具体实施方式

以下，使用图1～图5对本发明的一个实施方式进行说明。图1中示出本实施方式的流量计10。流量计10具备连接在供流体(例如，空气或民用燃气)流动的管80的途中的计量管11，该计量管11的内侧作为用于使计量对象的流体流过的计量流路12。另外，计量管11呈圆筒状，其内径为2r。

在计量管11的中间部设有对在计量流路12中流动的流体的流量进行计量的流量计量部14。流量计量部14既可以是对在计量流路12中流动的流体的速度(流速)进行计量的部件，也可以是对流量直接进行计量的部件。需要说明的是，在本实施方式中，流量计量部14的结构为，具备在与计量管11的中心轴倾斜的方向上对置而夹着计量流路12的一对超声波收发波器(未图示)，通过在这一对超声波收发波器之间收发超声波来对流体的流速进行计量。

流量计10设有从外侧包围计量管11的外侧套筒30，由计量管11和外侧套筒30围成的环状空间作为压力计量室31。另外，在计量管11的管壁11H上设有未图示的孔口，经由该孔口将计量流路12内的流体导入压力计量室31，由此计量流路12的压力与压力计量室31的压力相同。并且，在外侧套筒30上安装有对压力计量室31内的流体的压力进行计量的压力传感器32。

另外，在外侧套筒30的管壁30H上安装有本发明的温度传感器20。该温度传感器20的结构为，呈朝向计量管11侧延伸的棒状，且在前端具有温度检测部。并且，温度传感器20穿过在计量管11的管壁11H上贯通形成的传感器插通孔13而突入到计量流路12内。需要说明的是，计量流路12内的流体还会通过传感器插通孔13而导入到压力计量室31中。

在此，在本实施方式中，温度传感器20贯通计量管11的传感器插通孔13，温度传感器20的前端部配置在距计量管11的中心轴(图1中由单点划线表示的轴)相隔的位置。即，温度传感器20对距计量管11的中心轴相隔位置的流体的温度进行计量。

需要说明的是，传感器插通孔13形成在计量管11中的比流量计量部14靠下游侧的管壁11H上，温度传感器20配置在比流量计量部14靠下游侧的位置。由此，即使在因温度传感器20而产生紊流的情况下，也能够防止流量计量部14受到该紊流的影响。

如图2所示，流量计10设有将流量计量部14计量出的流量(实测流量)换算成预先设定的基准温度、基准压力(例如，0度、1个气压或27度、1个气压)下的流量的流量换算部33。具体而言，换算处理部33根据流量计量部14、压力传感器32及温度传感器20的计量结果，基于波义耳-查理定律进行换算。换算处理部33的换算结果由显示监控器34显示。需要说明的是，换算处理部33既可以与外侧套筒30一体地设置，也可以与外侧套筒30分体地设置。

以上为关于本实施方式的流量计10的结构的说明。需要说明的是，如上所述，本实施方式的流量计10采用的是通过温度传感器20对计量管11内的流体的温度进行计量的结构。即，在本实施方式中，通过温度传感器20和计量管11构成本发明的“温度计量仪”，流量计10采用的是将“温度计量仪”作为一部分的结构。

接着，对温度传感器20及流量计10的作用效果进行说明。本实施方式的温度传感器20及流量计10对距计量管11的中心轴相隔的位置的流体的温度进行计量。在此，如下述[管内温度分布的确认实验]所示，在计量管11内的流体的温度于径向上存在分布时，配置有温度传感器20的位置的流体的面平均温度与距计量管11的中心轴相隔的位置的温度恰好一致。因此，根据温度传感器20及流量计10，仅通过一个温度传感器就能够对计量管11内的流体的平均温度进行计量，从而能够廉价地对流体的平均温度进行计量。

[温度分布的确认实验]

如图3所示，在本实验中，在输送作为流体的空气的输送管90的下游侧连接有圆筒状的试验用计量管70。试验用计量管70配置在气温保持在25度的试验室内。另外，在试验用计量管70的上游侧设有固定在60度的环境的恒温槽91，通过使输送管90通到该恒温槽91内而将输送管90内的空气的温度调整到60度。输送管90输送的空气的流量可由设置在恒温槽91的上游侧的阀92调整。

在试验用计量管70的上游侧，即试验用计量管70与输送管90之间的连接部分配置有第一温度计93，该第一温度计93对刚刚进入试验用计量管70的空气的温度进行计量。需要说明的是，通过将配置在恒温槽91与第一温度计93之间的输送管90及试验用计量管70用隔热材料95进行覆盖，从而第一温度计93能够计量与穿过恒温槽91的输送管90内的流体的温度大致相同的温度。

另外，在从第一温度计93向下游侧离开800mm的位置配置有第二温度计94，由第一温度计93和第二温度计94计量的温度的数据保存在记录器96中，并由计算机97进行处理。需要说明的是，试验用计量管70的内径为80mm，若将该内径设为2r，则从第一温度计93到第二温度计94的距离为20r。

在本实验中，通过第二温度计94对试验用计量管70内的温度分布进行测定。具体而言，将第二温度计94的温度检测部距试验用计量管70的中心轴的距离固定在0mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、以及40mm，按各距离测定温度，由此测定出温度分布。

[实验结果]

在图4中，将空气的流量在5m³/h～90m³/h的范围内变化时的第一温度计93的测定结果(该图的T1)和第二温度计94的测定结果(该图的T2)做成表格来示出。另外，图5中示出各流量下的试验用计量管70内的温度分布。根据图5可知，试验用计量管70内的流体的温度分布无论在哪种流量下都以二次曲线的方式变化。

在此，在将距试验用计量管70的中心轴的距离设为x，将系数设为A、B，将试验用计量管70内的流体的温度T用下述式(1)近似表示时，试验用计量管70的中心轴周围的温度的累计值Tv用下述式(2)来表示。

数1

T＝Ax²+B……(1)

数2

$Tv={\∫}_0^{r}2\mathrm{\π}x\·Tdx={\∫}_0^{r}2\mathrm{\π}x({\mathrm{Ax}}^2+B)dx\mathrm{......}\left(2\right)$

在此，对于式(2)来说，由于系数A和系数B未知，所以如果不在距试验用计量管70的中心轴的距离不同的两点计量温度，则无法确定式(2)。但是，如以下所示，即使不确定式(2)，仅通过在一点测定温度也能够求出平均温度。

即，若将温度与试验用计量管70内的平均温度一致的位置(以下，称为“平均温度测定点”。)的距试验用计量管70的中心轴的距离设为t，则下述式(3)成立。

数3

T_V＝πr²(At²+B)……(3)

并且，若解开式(2)及式(3)，则在此，如上所述，由于试验用计量管70的内径2r＝80mm，所以平均温度测定点在距试验用计量管70的中心轴约28.3mm的位置。

如此，若能够由式(1)近似表示试验用计量管70内的流体的温度，则仅通过在平均温度点测定温度就能够求出流体的平均温度。因此，对于基于式(1)的近似而算出的平均温度测定点，进行了与根据上述实验结果而求出的平均温度测定点的比较。

图6示出根据图4所示的实验结果在各流量下求出平均温度测定点的结果。该平均温度测定点通过以下的步骤求出。即，首先，在各流量下求出第二温度计的测定结果(T2)的平均值，提取包含该平均值的区域(距试验用计量管70的中心轴的距离为恒定的范围的区域)。例如，若在流量为5m³/h的情况下，则平均值为41.7度，是在距管中心的距离为25mm时的温度42.7度与距管中心的距离为30mm时的温度39.8度之间的中间值，所以区域为25mm～30mm。

接着，在提取的区域中，将测定温度相对于距试验用计量管70的中心轴的距离进行一次近似，在该近似表达式的测定温度中代入上述的第二温度计的测定结果(T2)的平均值，从而求出平均温度测定点。

如图6所示，无论在哪种流量下，平均温度测定点所存在的区域均为距试验用计量管70的中心轴25mm～30mm。另外还可以确认：根据一次近似求出的平均温度测定点在距试验用计量管70的中心轴26.1mm～27.8mm的范围内，与将试验用计量管70内的温度用二次式近似表示时的理论值恰好一致。

需要说明的是，在该确认实验中，导入试验用计量管70的空气的温度(60度)与设置试验用计量管70的试验室的温度(25度)的温度差比较大，但在温度差小的情况下也推测温度分布可由二次式近似表示。另外，试验用计量管70的内径2r为80mm，但在内径比80mm小的情况下也推测温度分布可由二次式近似表示。

[其他实施方式]

本发明并不限定于所述实施方式，例如，以下说明的实施方式也包含在本发明的技术范围内，再有，即使下述情况以外，也可以在不脱离宗旨的范围内进行各种变更来加以实施。

(1)在上述实施方式中，通过流量计10的一部分构成了本发明的“温度计量仪”，但也可以采用如下结构：如图7所示，将温度计量仪21与流量计10V分体地设置，将上述温度计量仪21和流量计10V与管80连接，根据各自的计量结果，由换算处理部33(参照图2)换算流量。具体而言，如图7所示，流量计10V具有与管80连接的计量管11V，温度计量仪21具有与管80连接的计量管22，上述计量管11V及计量管22串联连接。流量计10V通过流量计量仪14对在计量管11V的内侧形成的计量流路12中流动的流体的流量进行计量。温度计量仪21通过温度传感器20对计量管22的内径为2r时距计量管22的中心轴相隔的位置的温度进行计量。

(2)在上述实施方式中，虽然示出了将本发明的温度传感器20用于流量计10的例子，但例如也可以用于对配管内的流体的温度进行监控的监视装置。

(3)在上述实施方式中，流量计10采用了使用温度传感器20的测定结果而将实测流量换算成规定压力、规定温度下的流量的结构，但例如在流量计10为差压式流量计的情况下，也可以采用使用温度传感器20的测定结果对流量计量部14的实测流量进行修正的结构。

(4)本发明的流体既可以为气体，也可以为液体(例如水)。

(5)在上述实施方式及变形例(2)中，对与管80连接的计量管11、22内的流体的温度进行了计量，但也可以对管80内的流体的温度进行计量。具体而言，可以在管80的管壁上贯通形成孔，在该孔中插入温度传感器20，对距管80的中心轴相隔的位置的温度进行计量。

Claims (8)

1.一种温度计量仪，其特征在于，

所述温度计量仪具备：

计量管，其连接在内部流通流体的管的途中，内侧截面形状呈圆形；

温度传感器，其对所述计量管的内径为2r时距所述计量管的中心轴相隔的位置的所述流体的温度进行计量来作为所述流体的平均温度。

2.一种流量计，其特征在于，

所述流量计具备权利要求1所述的温度计量仪。

3.根据权利要求2所述的流量计，其特征在于，

所述流量计具备：

压力传感器，其对所述计量管内的所述流体的压力进行计量；

换算处理部，其基于所述温度传感器的计量结果和所述压力传感器的计量结果，将实测流量换算成预先设定的基准温度、基准压力下的所述流体的流量。

4.根据权利要求3所述的流量计，其特征在于，

所述流量计具备：

外侧套筒，其从外侧包围所述计量管，在与所述计量管之间形成压力计量室；

孔口，其设置在所述计量管的管壁上，将所述计量管的内侧的所述流体向所述压力计量室导入，

所述压力传感器被配置成对所述压力计量室内的所述流体的压力进行计量。

5.根据权利要求4所述的流量计，其特征在于，

所述温度传感器呈棒状，穿过在所述计量管的管壁上贯通形成的传感器插通孔，

所述温度传感器与所述传感器插通孔的内侧面之间的间隙作为所述孔口。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的流量计，其特征在于，

所述流量计对所述计量管中的比所述温度传感器靠上游侧的流量进行计量。

7.根据权利要求2所述的流量计，其特征在于，

所述流量计为超声波流量计。

8.一种对在内侧截面形状为圆形的管内流动的流体的温度进行计量的温度计量方法，其特征在于，

对所述管的内径为2r时距所述管的中心轴相隔的位置的所述流体的温度进行计量来作为所述流体的平均温度。