CN104165661A - 一种低压损差压式流量计及其标定方法和流量计量方法 - Google Patents

Abstract

一种低压损差压式流量计及其标定方法和流量计量方法，包括截断阀门、差压式压力传感器、控制电机、旋转编码器和控制系统，差压式压力传感器的两个接口分别与截断阀门进气口一侧的取压口和出气口一侧的取压口相连通，旋转编码器与控制电机的电机轴相连接或与截断阀门启闭件相连接，差压式压力传感器、控制电机和旋转编码器均与控制系统相连接，控制系统连接有显示器，应用本发明中的标定方法对差压式流量计进行启闭件处于不同开度时所对应的旋转编码器位置值、最大压差值和最小压差值进行关联标定以后，可以使得该差压式流量计的“压力损失”大为降低，起到节能的效果，并且计量的准确性非常高。

Description

一种低压损差压式流量计及其标定方法和流量计量方法

技术领域

本发明涉及一种流量计，特别是一种低压损差压式流量计及其标定方法和流量计量方法。

背景技术

差压式流量计大量的在工业流量测量领域使用， 是工业生产用来测量气体、液体流量的最常用的一种流量仪表。

现在使用的差压式流量计的“压损”与量程比有一定的关系，量程比越大，当流量接近该流量计的计量上限时，压损就越大。

压损是表示一个装置消耗能量大小的技术经济指标，显然，对计量仪器来说，尽量的减少压损是非常必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题， 本发明的目的是提供一种能满足：  在确定了最大计量流量Q_Max和最小计量流量Q_Min时，可将压差△P控制在要求的较低压损范围内的低压损差压式流量计，并提供标定该低压损差压式流量计的方法，和利用该低压损差压式流量计进行流量计量的方法。

    本发明为了解决上述技术问题而采用的技术方案是：一种低压损差压式流量计，包括截断阀门、差压式压力传感器、用于驱动截断阀门启闭件的控制电机、旋转编码器和控制系统，差压式压力传感器的两个接口分别与截断阀门进气口一侧的取压口和出气口一侧的取压口相连通，旋转编码器与控制电机的电机轴相连接或与截断阀门启闭件相连接，差压式压力传感器、控制电机和旋转编码器均与控制系统相连接，控制系统连接有显示器，在控制系统内储存有启闭件处于不同开度时所对应的旋转编码器位置值、最大压差值和最小压差值，控制系统能够通过控制电机调整启闭件的开度，从而将差压式压力传感器测得的压差调整至此开度对应的最大压差和最小压差之间，并根据其内部存储的该状态下差压式压力传感器测得的压差与流量之间的关系计算出流量值。

进一步地，还包括一个减速器，减速器的输入端通过联轴器Ⅱ与电机轴连接，减速器的输出端通过联轴器Ⅲ与截断阀门启闭件相连接。

进一步地，在控制电机驱动启闭件运行的行程范围内，设置有两个分别与启闭件全开启位置和全关闭位置对应的行程开关。

 一种低压损差压式流量计的标定方法，包括以下步骤：

一、确定该低压损差压式流量计要计量的最大流量Qmax和最小流量Qmin，限定该流量计要计量的流体系统中，流体压力 P的最大值Pmax和最小值Pmin，并限定该流量计两侧的最大压差值为C ；

二、 利用标准表法进行标定，具体方法如下：

1）、将标准流量表与流量调节阀以及待标定的流量计串联，再接通介质源；

2）、使待标定的流量计启闭件的开度处于全开启的位置，此时旋转编码器也位于一个相应的位置，然后调整流量调节阀，使得标准流量表测到的流量是最大流量Qmax，若此时差压式压力传感器测得的压差△P没有在（0.95-1）C的范围内，则启动控制电机，使得启闭件向开度减小的方向运动，直至压差△P增加到（0.95-1）C区间内，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅰ，该压差△P值即为开度Ⅰ时的最大压差值，记为：△Pmax1 ，此时，旋转编码器位于一个相应的位置；

3）、控制系统根据标准流量表测得的最大流量Qmax的种类，将其值以及差压式压力传感器检测到的压差△P的最大值△Pmax1代入公式

A₀ = Qm / (2×ρ×ΔP)^1/2——（1′）                                   

   或  A₀′= Qv / (2×ΔP/ρ)^1/2——（2′），

计算得到A₀或A₀′的值，记为A₀₁或A₀₁′，

公式中，A₀、A₀′为当量通孔面积，ρ为流体密度，Qv为体积流量，Qm为质量流量；

4）、在保持启闭件开度Ⅰ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器测得的压差值即为启闭件位于开度Ⅰ时的最小压差值，记为：△Pmin1 ；

5）、将步骤3得到的启闭件位于开度Ⅰ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax1、当量通孔面积值A₀₁或A₀₁′，以及步骤4得到的最小压差值△P min1存储到控制系统中，并相互关联；

6）、保持流量调节阀不变，启动控制电机，使得启闭件向减小“开度”的方向运动，当压差△P增大到（0.95-1）C区间时，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅱ，此时，旋转编码器对应一个新的位置，该压差△P即为开度Ⅱ时的最大压差，记为：△Pmax2  ；

将此时标准流量表测得的流量值Q和差压式压力传感器检测到的启闭件在开度Ⅱ时的压差ΔP的最大值△Pmax2代入公式（1′）或（2′），计算得到开度Ⅱ时当量通孔面积A₀或A₀′的值，记为 A₀₂或 A₀₂′；

7）、在保持启闭件在开度Ⅱ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P值减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器检测到的压差△P即为启闭件位于开度Ⅱ时的最小压差记为：△Pmin2  ；

8）、将步骤6）得到的启闭件位于开度Ⅱ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax2、当量通孔面积值A₀₂或A₀₂′，以及步骤7得到的最小压差值△P min2存储到控制系统中，并相互关联；

  9）按照上述步骤6）—8）的方法重复操作并记录数据，直至标准流量表测得的流量Q为该低压损差压式流量计的最小流量Qmin。

进一步地，步骤一中，C / Pmin≤0.04。

利用一种低压损差压式流量计进行流量计量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、将所述低压损差压式流量计安装在所要测量的流体系统的管道中，并接通控制电源；

二、控制系统调出该低压损差压式流量计的最小流量Qmin所对应的旋转编码器位置，并由控制电机驱动启闭件运行至该位置；

三、当管道中产生流量，该流量计开始进行计量：如果压差式压力传感器检测到的压差△P不在此开度时对应的最小压差和最大压差之间，控制系统则通过控制电机调整启闭件的开度，当调整至一个已经储存的旋转编码器位置点时，检测启闭件在对应开度时的压差△P，如果压差△P仍不在相应开度所对应的最小压差和最大压差之间，则继续调整启闭件的开度；直至压差△P处于相应开度所对应的最小压差和最大压差之间后，由控制系统将此时的旋转编码器位置所关联的当量通孔面积值A₀ 或A₀′，以及检测到的压差△P值，代入公式Qm = A₀×(2×ρ×ΔP)^1/2或Qv = A₀′×(2×ΔP/ρ)^1/2，从而得到此时的流量Qm 或 Qv，并通过显示器进行显示，其中ρ为流体密度。

有益效果：

1、使用本发明 对本差压式流量计的标定后， 可使得该差压式流量计 “压力损失”大为减小，起到节能的效果。

2、优选(ΔP/ Pmin) ≤0.04 ，可压缩系数（ε）的变化可忽略，使得计量的准确性进一步的提高。

附图说明

 图1为本发明结构部分的第一种实施例示意图。

图2为本发明结构部分的第二种实施例示意图。

图中，1、旋转编码器，2、联轴器Ⅰ，3、控制电机，4、联轴器Ⅱ，5、减速器，6、联轴器Ⅲ，7、截断阀门，8、进气口，9、差压式压力传感器，10、出气口，11、控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例一：

如图1所示，一种低压损差压式流量计，包括截断阀门7、差压式压力传感器9、用于驱动截断阀门启闭件的控制电机3、旋转编码器1和控制系统11，差压式压力传感器9的两个接口分别与截断阀门进气口8一侧的取压口和出气口10一侧的取压口相连通，旋转编码器1与控制电机3的电机轴通过联轴器Ⅰ2相连接。

差压式压力传感器9、控制电机3和旋转编码器1均与控制系统11相连接，控制系统11连接有显示器（图中未显示），在控制系统11内储存有启闭件处于不同开度时所对应的旋转编码器位置值、最大压差值和最小压差值，控制系统11能够通过控制电机调整启闭件的开度，从而将差压式压力传感器9测得的压差调整至此开度对应的最大压差和最小压差之间，并根据其内部存储的该状态下差压式压力传感器9测得的压差与流量之间的关系计算出流量值。

本低压损差压式流量计 可以将控制电机3直接通过联轴器与截断阀门7的启闭件直接相连接， 也可以经过一个减速器与启闭件相连接，如图所示减速器的输入端通过联轴器Ⅱ4与电机轴连接，减速器5的输出端通过联轴器Ⅲ6与截断阀门7启闭件相连接。

为了进一步保证对启闭件的准确限位，在控制电机3驱动启闭件运行的行程范围内，设置有两个分别与启闭件全开启位置和全关闭位置对应的行程开关。

实施例二：

本实施例中，如图2所示，旋转编码器1通过与减速器5的输出轴通过联轴器Ⅰ而固定连接，即在本实施例中，旋转编码器1通过直接检测截断阀门7的启闭件的位置，并将该检测信号传递给控制系统11，从而构成闭环检测。

本实施例的其余部分与实施例一大致相同。

对本低压损差压式流量计进行标定的方法，包括以下步骤：

一、确定该低压损差压式流量计要计量的最大流量Qmax和最小流量Qmin，限定该流量计要计量的流体系统中，流体压力 P的最大值Pmax和最小值Pmin，并限定该流量计两侧的最大压差值为C ；

二、 利用标准表法进行标定，具体方法如下：

1）、将标准流量表与流量调节阀以及待标定的流量计串联，再接通介质源；

2）、使待标定的流量计启闭件的开度处于全开启的位置，此时旋转编码器也位于一个相应的位置，然后调整流量调节阀，使得标准流量表测到的流量是最大流量Qmax。

因为实际应用中，压差是不可能为零的，又因为本低压损差压式流量计预先限定了压差的最大值为C，因此本标定方法，将压差△P 限制在闭区间[（0.05-0.1 ）C ，（0.95-1）C ]内。

若此时差压式压力传感器测得的压差△P没有在（0.95-1）C的范围内，则启动控制电机，使得启闭件向开度减小的方向运动，直至压差△P增加到（0.95-1）C区间内，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅰ，该压差△P值即为开度Ⅰ时的最大压差值，记为：△Pmax1 ，此时，旋转编码器位于一个相应的位置；

3）、控制系统根据标准流量表测得的最大流量Qmax的种类，将其值以及差压式压力传感器检测到的压差△P的最大值△Pmax1代入公式

A₀ = Qm / (2×ρ×ΔP)^1/2——（1′）                                   

   或  A₀′= Qv / (2×ΔP/ρ)^1/2——（2′），

计算得到A₀或A₀′的值，记为A₀₁或A₀₁′，

公式中，A₀、A₀′为当量通孔面积，ρ为流体密度，Qv为体积流量，Qm为质量流量；A₀′=A₀ =α×ε×A，α为流量系数，ε为可压缩系数，A 为截断阀门位于某一开度时的通孔面积。

     4）、在保持启闭件开度Ⅰ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器测得的压差值即为启闭件位于开度Ⅰ时的最小压差值，记为：△Pmin1 ；

5）、将步骤3得到的启闭件位于开度Ⅰ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax1、当量通孔面积值A₀₁或A₀₁′，以及步骤4得到的最小压差值△P min1存储到控制系统中，并相互关联；

6）、保持流量调节阀不变，启动控制电机，使得启闭件向减小“开度”的方向运动，当压差△P增大到（0.95-1）C区间时，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅱ，此时，旋转编码器对应一个新的位置，该压差△P即为开度Ⅱ时的最大压差，记为：△Pmax2  ；

将此时标准流量表测得的流量值Q和差压式压力传感器检测到的启闭件在开度Ⅱ时的压差ΔP的最大值△Pmax2代入公式（1′）或（2′），计算得到开度Ⅱ时当量通孔面积A₀或A₀′的值，记为 A₀₂或 A₀₂′；

7）、在保持启闭件在开度Ⅱ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P值减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器检测到的压差△P即为启闭件位于开度Ⅱ时的最小压差记为：△Pmin2  ；

8）、将步骤6）得到的启闭件位于开度Ⅱ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax2、当量通孔面积值A₀₂或A₀₂′，以及步骤7得到的最小压差值△P min2存储到控制系统中，并相互关联；

  9）、按照上述步骤6）—8）的方法重复操作并记录数据，直至标准流量表测得的流量Q为该低压损差压式流量计的最小流量Qmin。

 为了使本低压损差压式流量计的测量结果更加准确，优选步骤一中，C / Pmin≤0.04。

比如：当需要要计量的流体系统中， 最大流量 Qmax =2.5 m ³ /h 、最小流量Qmin =0.025  m ³ /h，流体压力 P的最大值Pmax=1500帕，和最小值Pmin=800帕，使用优选方案使 该流量计两侧的最大压差值C满足 C / Pmin≤0.04，得到C值为32帕，从而区间 [（0.05-0.1 ）C ，（0.95-1）C ]即为[（1.6—3.2）帕 ， （30.4-32）帕]，然后使用本发明上述的标定方法可得到最大压损为32帕的流量计，与现有技术中同类规格的流量计（最大压差为200帕左右）相比，最大压差小了很多，大大地减小了“压损”，节约了能源。

 利用上述的一种低压损差压式流量计进行流量计量的方法， 包括以下步骤：

一、将所述低压损差压式流量计安装在所要测量的流体系统的管道中，并接通电源；

二、控制系统调出该低压损差压式流量计的最小流量Qmin所对应的旋转编码器位置，并由控制电机驱动启闭件运行至该位置；

三、当管道中产生流量，该流量计开始进行计量：如果压差式压力传感器检测到的压差△P不在此开度时对应的最小压差和最大压差之间，控制系统则通过控制电机调整启闭件的开度，当调整至一个已经储存的旋转编码器位置点时，检测启闭件在对应开度时的压差△P，如果压差△P仍不在相应开度所对应的最小压差和最大压差之间，则继续调整启闭件的开度；直至压差△P处于相应开度所对应的最小压差和最大压差之间后，由控制系统将此时的旋转编码器位置所关联的当量通孔面积值A₀ 或A₀′，以及检测到的压差△P值，代入公式Qm = A₀×(2×ρ×ΔP)^1/2或Qv = A₀′×(2×ΔP/ρ)^1/2，从而得到此时的流量Qm 或 Qv，并通过显示器进行显示，其中ρ为流体密度。显示器可以既显示此刻的流量（L/S）又显示流量总量（L）。

根据上述流量计的计量过程，对启闭件的某一个“开度”，若流量变化较大，导致压差△P的值相应变化，当超出所关联对应的最大压差值和最小压差时， 需要花费一段时间“寻找”已经储存的对应的启闭件开度（即对应的已储存的旋转编码器“位置”），一直到检测到的压差△P的值，处于对应启闭件开度下的最大压差值和最小压差之间，这样就延缓了计量与显示的时间，从而会产生计量误差。

为减少由此产生的计量误差，可在机械方面和数据处理方面进行弥补。

机械方面：实施例二中，采用旋转编码器直接与启闭件的驱动件连接的方式可以达到减少计量误差的目的。

另外，在使用减速器的应用中，也可通过采用无间隙减速器的方式来进一步减少计量误差。使用无间隙减速器可以使截断阀门的启闭件在当前位置直接顺时针或逆时针的转动以调整截断阀门启闭件的开度，而不需要为了消除减速器的回程间隙而重新返回至启闭件的起始位（可称为零位），从而进一步加快了“寻找并确定”所测得的压差△P位于某一开度（对应于旋转编码器的一个位置）所对应的最大压差值和最小压差之间的速度。

    数据处理方面：当流量Q变化后，直到“找到”满足压差△P在某个开度对应的最大压差值和最小压差之间时的这段时间的流量总量（一段时间内流经管道某一截面的流体的数量），可按照启闭件在这个开度（或者说旋转编码器在这个“位置”）计算得到的流量值和找到这个“位置”所用的这段时间 的“乘积”或“乘积的二分之一”进行计算，累加到“总计流量总量”之中。

可根据下游流体用具所用的启闭方式，确定流量变化是“陡然升起或下降”的形式还是“逐渐升起或下降”的形式，以选择进行该数据的处理方法。

如果下游流体用具所用的开关阀门 是电磁阀，就可以认为流量变化是“陡然升起或下降”形式，流量总量可 取现在的“流量”与“寻找的时间” 的 “乘积”。

如果下游流体用具所用的开关阀门是手动阀，就认为是“逐渐升起或下降”的形式，流量总量就取现在的“流量”与“寻找的时间” 的“乘积的二分之一”。

其它方面，如：温度变化（可以用温度传感器进行检测），引起密度的变化以及介质变换（引起的密度变化）的数据处理等，均同一般的差压式流量计 的处理方法。

Claims (6)

1.一种低压损差压式流量计，其特征在于：包括截断阀门（7）、差压式压力传感器（9）、用于驱动截断阀门启闭件的控制电机、旋转编码器（1）和控制系统（11），差压式压力传感器（9）的两个接口分别与截断阀门进气口（8）一侧的取压口和出气口（10）一侧的取压口相连通，旋转编码器（1）与控制电机（3）的电机轴相连接或与截断阀门启闭件相连接，差压式压力传感器（9）、控制电机（3）和旋转编码器（1）均与控制系统（11）相连接，控制系统（11）连接有显示器，在控制系统（11）内储存有启闭件处于不同开度时所对应的旋转编码器位置值、最大压差值和最小压差值，控制系统（11）能够通过控制电机调整启闭件的开度，从而将差压式压力传感器（9）测得的压差调整至此开度对应的最大压差和最小压差之间，并根据其内部存储的该状态下差压式压力传感器（9）测得的压差与流量之间的关系计算出流量值。

2.根据权利要求1所述的一种低压损差压式流量计，其特征在于：还包括一个减速器，减速器的输入端通过联轴器Ⅱ与电机轴连接，减速器的输出端通过联轴器Ⅲ与截断阀门启闭件相连接。

3.根据权利要求1所述的一种低压损差压式流量计，其特征在于：在控制电机驱动启闭件运行的行程范围内，设置有两个分别与启闭件全开启位置和全关闭位置对应的行程开关。

4.权利要求1所述的一种低压损差压式流量计的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、确定该低压损差压式流量计要计量的最大流量Qmax和最小流量Qmin，限定该流量计要计量的流体系统中，流体压力 P的最大值Pmax和最小值Pmin，并限定该流量计两侧的最大压差值为C ；

二、 利用标准表法进行标定，具体方法如下：

1）、将标准流量表与流量调节阀以及待标定的流量计串联，再接通介质源；

2）、使待标定的流量计启闭件的开度处于全开启的位置，此时旋转编码器也位于一个相应的位置，然后调整流量调节阀，使得标准流量表测到的流量是最大流量Qmax，若此时差压式压力传感器测得的压差△P没有在（0.95-1）C的范围内，则启动控制电机，使得启闭件向开度减小的方向运动，直至压差△P增加到（0.95-1）C区间内，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅰ，该压差△P值即为开度Ⅰ时的最大压差值，记为：△Pmax1 ，此时，旋转编码器位于一个相应的位置；

3）、控制系统根据标准流量表测得的最大流量Qmax的种类，将其值以及差压式压力传感器检测到的压差△P的最大值△Pmax1代入公式

A₀ = Qm / (2×ρ×ΔP)^1/2——（1′）  

   或  A₀′= Qv / (2×ΔP/ρ)^1/2——（2′），

计算得到A₀或A₀′的值，记为A₀₁或A₀₁′，

公式中，A₀、A₀′为当量通孔面积，ρ为流体密度，Qv为体积流量，Qm为质量流量；

4）、在保持启闭件开度Ⅰ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器测得的压差值即为启闭件位于开度Ⅰ时的最小压差值，记为：△Pmin1 ；

5）、将步骤3）得到的启闭件位于开度Ⅰ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax1、当量通孔面积值A₀₁或A₀₁′，以及步骤4）得到的最小压差值△P min1存储到控制系统中，并相互关联；

6）、保持流量调节阀不变，启动控制电机，使得启闭件向减小“开度”的方向运动，当压差△P增大到（0.95-1）C区间时，控制电机停止，保持启闭件这个开度，记为：开度Ⅱ，此时，旋转编码器对应一个新的位置，该压差△P即为开度Ⅱ时的最大压差，记为：△Pmax2  ；

将此时标准流量表测得的流量值Q和差压式压力传感器检测到的启闭件在开度Ⅱ时的压差ΔP的最大值△Pmax2代入公式（1′）或（2′），计算得到开度Ⅱ时当量通孔面积A₀或A₀′的值，记为 A₀₂或 A₀₂′；

7）、在保持启闭件在开度Ⅱ不变的条件下，调整流量调节阀，使流量Q逐渐减小，压差△P也会逐渐减小，当压差△P值减小到（0.05-0.1）C区间内时，停止调整流量调节阀，此时差压式压力传感器检测到的压差△P即为启闭件位于开度Ⅱ时的最小压差记为：△Pmin2  ；

8）、将步骤6）得到的启闭件位于开度Ⅱ时的旋转编码器位置、最大压差值△Pmax2、当量通孔面积值A₀₂或A₀₂′，以及步骤7）得到的最小压差值△P min2存储到控制系统中，并相互关联；

  9）按照上述步骤6）—8）的方法重复操作并记录数据，直至标准流量表测得的流量Q为该低压损差压式流量计的最小流量Qmin。

5.根据权利要求4所述的低压损差压式流量计的标定方法，其特征在于：步骤一中，C / Pmin≤0.04。

6.利用权利要求1所述的一种低压损差压式流量计进行流量计量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

一、将所述低压损差压式流量计安装在所要测量的流体系统的管道中，并接通电源；

二、控制系统调出该低压损差压式流量计的最小流量Qmin所对应的旋转编码器位置，并由控制电机驱动启闭件运行至该位置；

三、当管道中产生流量，该流量计开始进行计量：如果压差式压力传感器检测到的压差△P不在此开度时对应的最小压差和最大压差之间，控制系统则通过控制电机调整启闭件的开度，当调整至一个已经储存的旋转编码器位置点时，检测启闭件在对应开度时的压差△P，如果压差△P仍不在相应开度所对应的最小压差和最大压差之间，则继续调整启闭件的开度；直至压差△P处于相应开度所对应的最小压差和最大压差之间后，由控制系统将此时的旋转编码器位置所关联的当量通孔面积值A₀ 或A₀′，以及检测到的压差△P值，代入公式Qm = A₀×(2×ρ×ΔP)^1/2或Qv = A₀′×(2×ΔP/ρ)^1/2，从而得到此时的流量Qm 或 Qv，并通过显示器进行显示，其中ρ为流体密度。