CN104807522B - 高温气体流量测量标准装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高温气体流量测量标准装置及其检测方法。现有标准表法的气体流量标准装置很少考虑被检表在实际工作场合下，所检气体温度并非常温，忽略了气体流量计对不同温度气体的响应，使得测量结果并不十分准确。本发明包括流量调节装置、温度调节装置、流量检测装置，所述流量检测装置安装于所述温度调节装置上游，被检表安装于所述温度调节装置下游，所述流量调节装置安装于整体装置上游，采用正压法产生流量。本发明能够考虑到气体流量计在常温气体下检定，高温气体下使用的问题，分析流量计在不同气体温度的工作特性，更加全面客观地评价流量计的特性，提高了测量结果的准确性。

Description

高温气体流量测量标准装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种标准装置，具体涉及一种高温气体流量测量标准装置及其检测方法。

背景技术

在对气体流量计标定的过程中，通常使用的标定介质为常温空气，且被检流量计处于常温环境中。然而在一些实际生产场合中，气体流量计所测量的气体介质温度较高，且流量计所处环境温度高于常温，测量介质温度和工作环境温度的改变将会致使流量计中金属件膨胀、传感器误差变大等问题，使得流量计在常温下标定的性能参数不再适用于高温场合，直接影响流量计的测量结果，因此，需要一个能标定流量计在高温气体下的工作特性的标准装置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种高温气体流量测量标准装置及其检测方法。

为解决以上问题，本发明采用了以下技术手段：

高温气体流量测量标准装置，包括流量调节装置、标准流量装置、管道气体加热装置和流量计检定装置。

所述的流量调节装置包括风机、变频器、电动调节阀、空气过滤器、冷却室，所述风机安装于空气过滤器下游，与变频器相连，风机转速受变频器控制，所述电动调节阀安置安装于整个装置下游，所述空气过滤器安装于气体入口下游，所述第一冷却室安装于风机下游，所述第二冷却室安装于电动调节阀上游。

所述的标准流量装置采用容积式流量计，安装于第一冷却室下游。

所述的管道气体加热装置包括加热管段、电热丝、管道隔热材料、功率控制器、温度传感器、压力传感器，所述管道隔热材料包裹于加热管段外，所述电热丝安置于加热管段内，与功率控制器相连，所述的温度传感器分别安装于加热管道上、下游，所述的压力传感器安装于加热装置上游。

所述的流量计检定装置包括环境温度控制室、温度调节器、风扇、温度传感器、压力传感器；其中被检气体流量计安装于环境温度控制室中，连接于管道气体加热装置下游，所述风扇安装于环境温度控制室顶部，所述温度调节器安装于环境温度控制室底部，所述压力传感器安装于被检气体流量计上游，所述温度传感器安装于被检气体流量计下游。

进一步说，所述的标准装置中的气体介质是空气。

进一步说，所述的容积式流量计是罗茨流量计。

进一步说，所述的标准装置所能达到的流量范围为5～200m³/h，管道内气体及环境温度控制室工作温度范围为常温～600℃。

用于高温气体流量测量标准装置的检测方法，包括以下步骤：

1）根据被检气体流量计的流量范围，设定不同的流量测试点。

2）保持环境温度控制室温度不变，通过调节管道气体加热装置的输出功率改变流通空气的温度，建立由常温至600℃的温度测试点，记录被检气体流量计的数据。

3）保持管道内介质温度不变，通过调节安装于环境温度控制器底部的温度调节器，改变被检流量计周围环境的温度，建立由常温至600℃的温度测试点，记录被检气体流量计的数据。

4）将不同介质温度、外界环境温度下被检气体流量计测得的流量数据与标准流量装置测得的流量数据相比较，分析被检流量计在温度影响下的工作特性。

本发明的有益效果在于：解决了气体流量计在常温下标定，高温下使用而造成的测量结果不准确的问题，充分考虑了气体流量计在实际使用中温度对其的影响，包括流量计所测介质的温度和流量计工作所处的环境温度，使气体流量计的标定更加全面准确。

附图说明

图1为本发明的控制系统原理图。

图2为本发明的装置结构图。

图3为本发明的管道气体温度控制原理框图。

图4为本发明的流量控制原理框图。

图中：1、气体入口，2、空气过滤器，3、风机，4、第一冷却室，5、第一压力传感器，6、第一温度传感器，7、标准表，8、第二压力传感器，9、第二温度传感器，10、管道气体加热装置，11、第三温度传感器，12、环境温度控制室、13、被检气体流量计，14、风扇，15、第三压力传感器，16、第四温度传感器，17、温度控制器，18、第二冷却室，19、电动调节阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的控制系统由上位机部分、下位机部分、数据采集部分和执行器部分组成。所述上位机为PC，采用LabVIEW软件编写控制程序，可在人机交互界面设定温度值、流量值，控制装置运行和停止，上位机通过以太网协议实现与下位机之间数据的接收、发送，可根据所测数据生成对被检流量计的检定报告。所述的下位机部分包括可编程控制器PLC、AD模块和DA模块。AD模块将温度传感器、压力传感器、流量计输出的模拟信号转化为数字信号传输至可编程控制器PLC，实现数据的采集。DA模块将数字信号转化为模拟控制信号输出，实现对执行器的控制。所述数据采集部分包括温度传感器、压力传感器、标准流量计和被检流量计，输出信号为标准4～20mA的模拟信号。所述执行器部分包括电动调节阀、变频器、功率控制器和温度调节器，变频器通过接收PLC所输出的PWM信号，输出不同PWM信号，控制风机的转速，电动调节阀通过接收电流模拟信号调节开度，二者共同作用实现对流量的控制，功率控制器与温度调节器通过接收标准4～20mA的模拟信号，分别控制流出加热管段的气体温度和环境温度控制室内的温度。

如图2所示，所述风机3安装于空气过滤器下游，与变频器相连，风机转速受变频器控制，所述电动调节阀19安置安装于整个装置下游。考虑到空气中存在的灰尘、微粒、水蒸气等对流量测量结果的影响，在气体入口1后设置空气过滤器2。考虑到风机工作将会使流出风机的气体温度发生变化以及高温气体不可直接排入大气等因素，在风机下游安装第一冷却室4，在电动调节阀上游安装第二冷却室18。高精度罗茨表7测得的流量数据作为真实空气流量，传输至PLC和上位机保存，用于被检表工作性能分析。管段气体加热装置10安装于高精度罗茨表下游，通过加热管段中安装的电热丝将气体加热至设定温度，加热段管道外侧安装有隔热材料以减少热量损失。加热管段上游安装有第二温度传感器9、第二压力传感器8，下游安装有第三温度传感器11，实时采集空气流过加热管段前的温度和压力以及流出加热管段的温度，以此作为控制和调节功率控制器输出功率的依据。加热后的高温空气随后流经安装于环境温度室12中的被检气体流量计13。环境温度控制室的温度独立于管道温度，并与实验环境隔离，由温度调节器17控制，室内顶端安装有风扇14，用于加快室内空气流动，使温度分布均匀。被检气体流量计上游安装有第三压力传感器15，下游安装有第四温度传感器16，用于获取被检表上游压力和下游温度。

如图3所示为本发明的温度控制原理框图，通过安装于加热管段前后的温度传感器分别将流入和流出加热管段的气体温度传输至PLC。根据预设的温度值，通过对管道体积、气体介质的比热容、管段热量损失等情况的分析计算，PLC通过PID算法计算将控制信号作用于功率控制器，通过多次温度反馈和控制，最终保证流出加热管段的气体温度达到所设温度值。

如图4所示为本发明的流量控制原理框图，通过安装于气体入口后的罗茨流量计测量安装于装置下游风机转动产生的流量，将数据传输至PLC。根据预设的流量值，通过对管径、管道长度等因素的分析计算，PLC通过PID算法计算将控制信号作用于变频器和电动调节阀。变频器受PLC控制，输出PWM信号控制风机的转速，电动调节阀受PLC控制改变开度，二者共同作用改变管道内流量。当流量达到预设值并保持稳定后，通过PLC锁定变频器的输出信号。

Claims (5)

1.高温气体流量测量标准装置，其特征在于：包括流量调节装置、标准流量装置、管道气体加热装置和流量计检定装置；

所述的流量调节装置包括风机（3）、变频器、电动调节阀（19）、空气过滤器（2）、第一冷却室（4）、第二冷却室（18），所述空气过滤器安装于气体入口下游，气体从气体入口依次流过空气过滤器（2）、风机（3）、第一冷却室（4），所述风机安装于空气过滤器下游，与变频器相连，风机转速受变频器控制，所述电动调节阀（19）和第二冷却室（18）安置安装于整个装置下游，第二冷却室安装于所述电动调节阀上游；

所述的标准流量装置采用容积式流量计（7）作为标准流量计，其中第一压力传感器（5）、第二温度传感器（6）、容积式流量计（7）依次安装于第一冷却室下游；

容积式流量计（7）的下游依次为第二压力传感器（8）、第二温度传感器（9）、管道气体加热装置（10）、第三温度传感器（11），其中管道气体加热装置（10）包括加热管段、电热丝、管道隔热材料、功率控制器，所述管道隔热材料包裹于加热管段外，所述电热丝安置于加热管段内，与功率控制器相连；

流量检定装置位于第三温度传感器（11）的下游，所述的流量计检定装置包括环境温度控制室（12）、温度控制器（17）、风扇（14）、第四温度传感器（16）、第三压力传感器（15）；其中被检气体流量计（13）安装于环境温度控制室（12）中，所述风扇安装于环境温度控制室顶部，所述温度调节器安装于环境温度控制室底部，所述第三压力传感器（15）安装于环境温度控制室（12）中并位于被检气体流量计上游，所述第四温度传感器（16）安装于环境温度控制室（12）中并位于被检气体流量计下游。

2.如权利要求1所述的高温气体流量测量标准装置，其特征在于：所述的标准装置中的气体介质是空气。

3.如权利要求1所述的高温气体流量测量标准装置，其特征在于：所述的容积式流量计是罗茨流量计。

4.如权利要求1所述的高温气体流量测量标准装置，其特征在于：所述的标准装置所能达到的流量范围为5～200m³/h，管道内气体及环境温度控制室工作温度范围为常温～600℃。

5.用于权利要求1所述的高温气体流量测量标准装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据被检气体流量计的流量范围，设定不同的流量测试点；

2）保持环境温度控制室温度不变，通过调节管道气体加热装置的输出功率改变流通空气的温度，建立由常温至600℃的温度测试点，记录被检气体流量计的数据；

3）保持管道内介质温度不变，通过调节安装于环境温度控制室 底部的温度控制器，改变被检流量计周围环境的温度，建立由常温至600℃的温度测试点，记录被检气体流量计的数据；

4）将不同介质温度、外界环境温度下被检气体流量计测得的流量数据与标准流量装置测得的流量数据相比较，分析被检流量计在温度影响下的工作特性。