CN106382965A - 一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统以及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统以及方法，该系统由涡街流量计、压力传感器、温度传感器、无线传输数据自动采集系统和终端数据分析处理系统五部分组成。可实现对不同温度和压力状态的蒸汽均能准确计量，采用修正值输入运算系统和蒸汽密度运算数学模型进一步提高计量准确度，并能进行无线传输组网，实现数据的进一步运用和共享，满足供用热企业的高层次管理要求。

Description

一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统以及方法

技术领域

本发明涉及一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，使用该计量系统能够满足国家强制性标准GB17167-2006《用能单位能源计量器具配备和管理通则》和计量行政部门对贸易用计量器具准确度的要求以及相关供用热企业双方对贸易交接公平公正的需求。

背景技术

目前，传统的用涡街流量计、压力传感器、温度传感器和流量积算仪四部分组成的蒸汽流量计量系统，现已广泛使用，存在的问题主要有：

1、系统的合成准确度由四部分组成部件的准确度确定，无法进行修正提高，选配不当，甚至不能满足国家标准要求；

2、受不同运算方式和功能的各类流量积算仪的限制，不能满足对不同温度和压力状态的蒸汽均能准确计量流量的要求；

3、现有蒸汽流量计量系统大多功能单一，不能组网，不能实现进行数据的自动分析和处理以及进一步运用的功能。

发明内容

本发明目的是要提供一种能进行的无线传输的高准确度的蒸汽流量计量系统。该系统可实现对不同温度和压力状态的蒸汽均能准确计量，采用修正值输入运算系统和蒸汽密度运算数学模型进一步提高计量准确度，并能进行无线传输组网，实现数据的进一步运用和共享，满足供用热企业的高层次管理要求。

本发明的技术方案是：

一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，它包括终端数据分析处理单元和若干个数据采集单元，各数据采集单元分别安装在待计量管路上，通过通信网络与终端数据分析处理单元进行通信，各数据采集单元均包括涡街流量计、压力传感器、温度传感器和无线数据采集模块，所述的涡街流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在待计量管路上，分别获取涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值，所述的涡街流量计、压力传感器、温度传感器的信号输出端与无线数据采集模块的信号输入端相连，所述的无线数据采集模块通过通信网络与终端数据分析处理单元进行通信，上传涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值，供终端数据分析处理单进行计量统计。

本发明的无线数据采集模块包括处理器和通信模块，所述的通信模块采用GPRS模块、3G模块或者4G模块中的一种或多种。

本发明的涡街流量计、压力传感器和温度传感器的前端装有截止阀，后端装有用于调节流量的调节阀。

一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，它采用基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，它包括以下步骤：

S1、将涡街流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在待计量管路上，分别获取涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值并且发送至无线数据采集模块；

S2、无线数据采集模块接收上述数据后通过通信网络发送至终端数据分析处理单元；

S3、在终端数据分析处理单元中，根据采集的压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型，获取流体密度ρ_f；

S4、根据流体密度ρ_f和涡街流量计输出频率f采用下述公式获取蒸汽瞬时质量流量值q_m：

$q_m=3.6\frac{f}{k_t}\×{\mathrm{\ρ}}_f$

其中：q_m为蒸汽瞬时质量流量值，单位是：kg/h；f是涡街流量计输出频率，单位是：Hz；k_t为工作状态下涡街流量计的流量系数，1/m³；ρ_f为流体密度，单位是：kg/m³；

S5、根据蒸汽瞬时质量流量值q_m，对时间积分得出一段时间的蒸汽质量值。

本发明的步骤S3还包括，在终端数据分析处理单元中，首先对无线数据采集模块发送的蒸汽瞬时压力值和温度值进行修正，之后获取流体密度ρ_f：

压力值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用压力值为Ps_i,i＝1,2,...n的标准压力作为信号源，测得压力变送器的示值为P_i,i＝1,2,...n，获取修正值△P_i,i＝1,2,...n，即为P_i-Ps_i,i＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的压力值选择对应量程范围的修正值△P，得到修正后的示值；

P′＝P+(-△P)

其中，P′为修正后示值；P为待修正设备的显示值；△P为显示值所在量程范围内的修正值；

温度值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用温度值为Ts_j,j＝1,2,...n的标准温度作为信号源，测得温度传感器的示值为T_j,j＝1,2,...n，获取修正值△T_j,j＝1,2,...n，即为T_j-Ts_j,j＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的温度值选择对应量程范围的修正值△T，得到修正后的示值；

T′＝T+(-△T)

其中，T′为修正后示值；T为待修正设备的显示值；△T为显示值所在量程范围内的修正值。

本发明的步骤S3还包括，在终端数据分析处理单元中，首先对无线数据采集模块发送的涡街流量计输出频率进行修正，之后带入S4获取蒸汽瞬时质量流量值q_m，输出频率修正步骤如下：

在待修正涡街流量计的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用频率为fs_k,k＝1,2,...n的标准频率作为信号源，测得涡街流量计的示值为f_k,k＝1,2,...n，获取修正值△f_k,k＝1,2,...n，即为f_k-fs_k,k＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的频率值选择对应量程范围的修正值△f，得到修正后的示值；

f′＝f+(-△f)

其中，f′为修正后示值；f为待修正设备的显示值；△f为显示值所在量程范围内的修正值。

本发明的步骤S3中，根据采集的压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型，获取流体密度ρ_f具体为：根据压力值和温度值查表获取蒸汽密度值，对于处于查表法表上所列举的压力值或温度值之间的压力值或温度值我们采用最小二乘法进行拟合得出。

本发明的表采用《计量测试技术手册》第6卷力学(三)附录表4、表5和表6。

本发明的有益效果：

本发明的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统能够采用终端计算机的强大计算能力和数据存储能力实现把经过校准后的涡街流量计、压力传感器、温度传感器三个传感器的测量点的修正值输入运算系统，进行实时修正的运算，从而实现提高蒸汽流量计量系统的准确度。

本发明的终端数据分析处理系统能够根据采集的瞬时蒸汽体积流量值、压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型计算得出瞬时蒸汽质量流量值，再通对时间的积分可以得出一段时间蒸汽质量值。

本发明的终端数据分析处理系统利用无线传输技术可以组网，实现数据的自动分析和处理以及进一步运用的功能。

附图说明

图1是本发明的结构图。

图2是本发明的原理框图。

图3是本发明的终端数据分析处理流程图。

图中：1、涡街流量计；2、压力传感器；3、温度传感器；4、无线数据采集模块；5、截止阀；6、调节阀；7、终端数据分析处理单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，它采用基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，它包括以下步骤：

S1、将涡街流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在待计量管路上，分别获取涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值并且发送至无线数据采集模块；

S2、无线数据采集模块接收上述数据后通过通信网络发送至终端数据分析处理单元；

S3、在终端数据分析处理单元中，首先对无线数据采集模块发送的蒸汽瞬时压力值和温度值进行修正，之后根据修正的压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型，查表获取蒸汽密度值，对于处于查表法表上所列举的压力值或温度值之间的压力值或温度值我们采用最小二乘法进行拟合得出(采用《计量测试技术手册》第6卷力学(三)附录表4、表5和表6)。

压力值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用压力值为Ps_i,i＝1,2,...n的标准压力作为信号源，测得压力变送器的示值为P_i,i＝1,2,...n，获取修正值△P_i,i＝1,2,...n，即为P_i-Ps_i,i＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的压力值选择对应量程范围的修正值△P，得到修正后的示值；

P′＝P+(-△P)

其中，P′为修正后示值；P为待修正设备的显示值；△P为显示值所在量程范围内的修正值；

温度值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用温度值为Ts_j,j＝1,2,...n的标准温度作为信号源，测得温度传感器的示值为T_j,j＝1,2,...n，获取修正值△T_j,j＝1,2,...n，即为T_j-Ts_j,j＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的温度值选择对应量程范围的修正值△T，得到修正后的示值；

T′＝T+(-△T)

其中，T′为修正后示值；T为待修正设备的显示值；△T为显示值所在量程范围内的修正值；

在终端数据分析处理单元中，对无线数据采集模块发送的涡街流量计输出频率进行修正，输出频率修正步骤如下：

在待修正涡街流量计的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用频率为fs_k,k＝1,2,...n的标准频率作为信号源，测得涡街流量计的示值为f_k,k＝1,2,...n，获取修正值△f_k,k＝1,2,...n，即为f_k-fs_k,k＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的频率值选择对应量程范围的修正值△f，得到修正后的示值；

f′＝f+(-△f)

其中，f′为修正后示值；f为待修正设备的显示值；△f为显示值所在量程范围内的修正值。

S4、根据流体密度ρ_f和修正后的涡街流量计输出频率f采用下述公式获取蒸汽瞬时质量流量值q_m：

$q_m=3.6\frac{f}{k_t}\×{\mathrm{\ρ}}_f$

其中：q_m为蒸汽瞬时质量流量值，单位是：kg/h；f是涡街流量计输出频率，单位是：Hz；k_t为工作状态下涡街流量计的流量系数，1/m³；ρ_f为流体密度，单位是：kg/m³；

S5、根据蒸汽瞬时质量流量值q_m，对时间积分得出一段时间的蒸汽质量值。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，其特征是它包括终端数据分析处理单元和若干个数据采集单元，各数据采集单元分别安装在待计量管路上，通过通信网络与终端数据分析处理单元进行通信，各数据采集单元均包括涡街流量计、压力传感器、温度传感器和无线数据采集模块，所述的涡街流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在待计量管路上，分别获取涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值，所述的涡街流量计、压力传感器、温度传感器的信号输出端与无线数据采集模块的信号输入端相连，所述的无线数据采集模块通过通信网络与终端数据分析处理单元进行通信，上传涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值，供终端数据分析处理单进行计量统计。

2.根据权利要求1所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，其特征是：所述的无线数据采集模块包括处理器和通信模块，所述的通信模块采用GPRS模块、3G模块或者4G模块中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，其特征是：在涡街流量计、压力传感器和温度传感器的前端装有截止阀，后端装有用于调节流量的调节阀。

4.一种基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，它采用权利要求1-2之一所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量系统，其特征是它包括以下步骤：

S1、将涡街流量计、压力传感器、温度传感器依次安装在待计量管路上，分别获取涡街流量计输出频率、蒸汽瞬时压力值和温度值并且发送至无线数据采集模块；

S2、无线数据采集模块接收上述数据后通过通信网络发送至终端数据分析处理单元；

S3、在终端数据分析处理单元中，根据采集的压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型，获取流体密度ρ_f；

S4、根据流体密度ρ_f和涡街流量计输出频率f采用下述公式获取蒸汽瞬时质量流量值q_m：

$q_m=3.6\frac{f}{k_t}\×{\mathrm{\ρ}}_f$

其中：q_m为蒸汽瞬时质量流量值，单位是：kg/h；f是涡街流量计输出频率，单位是：Hz；k_t为工作状态下涡街流量计的流量系数，1/m³；ρ_f为流体密度，单位是：kg/m³；

S5、根据蒸汽瞬时质量流量值q_m，对时间积分得出一段时间的蒸汽质量值。

5.根据权利要求4所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，其特征是：步骤S3还包括，在终端数据分析处理单元中，首先对无线数据采集模块发送的蒸汽瞬时压力值和温度值进行修正，之后获取流体密度ρ_f：

压力值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用压力值为Ps_i,i＝1,2,...n的标准压力作为信号源，测得压力变送器的示值为P_i,i＝1,2,...n，获取修正值△P_i,i＝1,2,...n，即为P_i-Ps_i,i＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的压力值选择对应量程范围的修正值△P，得到修正后的示值；

P′＝P+(-△P)

其中，P′为修正后示值；P为待修正设备的显示值；△P为显示值所在量程范围内的修正值；

温度值修正步骤如下：在待修正设备的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用温度值为Ts_j,j＝1,2,...n的标准温度作为信号源，测得温度传感器的示值为T_j,j＝1,2,...n，获取修正值△T_j,j＝1,2,...n，即为T_j-Ts_j,j＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的温度值选择对应量程范围的修正值△T，得到修正后的示值；

T′＝T+(-△T)

其中，T′为修正后示值；T为待修正设备的显示值；△T为显示值所在量程范围内的修正值。

6.根据权利要求5所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，其特征是：步骤S3还包括，在终端数据分析处理单元中，首先对无线数据采集模块发送的涡街流量计输出频率进行修正，之后带入S4获取蒸汽瞬时质量流量值q_m，输出频率修正步骤如下：

在待修正涡街流量计的量程范围内，将其分为n段，对于每段测量范围分别采用频率为fs_k,k＝1,2,...n的标准频率作为信号源，测得涡街流量计的示值为f_k,k＝1,2,...n，获取修正值△f_k,k＝1,2,...n，即为f_k-fs_k,k＝1,2,...n，根据终端数据分析处理单元获取的频率值选择对应量程范围的修正值△f，得到修正后的示值；

f′＝f+(-△f)

其中，f′为修正后示值；f为待修正设备的显示值；△f为显示值所在量程范围内的修正值。

7.根据权利要求4所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，其特征是：步骤S3中，根据采集的压力值和温度值输入蒸汽密度运算数学模型，获取流体密度ρ_f具体为：根据压力值和温度值查表获取蒸汽密度值，对于处于查表法表上所列举的压力值或温度值之间的压力值或温度值我们采用最小二乘法进行拟合得出。

8.根据权利要求7所述的基于无线传输的高准确度蒸汽流量计量方法，其特征是：所述的表采用《计量测试技术手册》第6卷力学(三)附录表4、表5和表6。