CN106525173B - 一种量程无缝切换流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量程无缝切换流量测量装置，其结构包括翼型导流板弯管与多腔室一体化多功能测量传输装置两个部分。通过单片机自主选择压强机械放大装置的使用与否完成可变量程功能。通过单片机自主选择适合的压差室测量结果，结合测量的系统温度、压强，通过数字量输出相应系统流量。本装置属于高度集成流量测量装置，采用不同流量下，自动选择弯管压差最大的位置进行测量，保证测量精度，同时实现全过程量程自动改变功能。本装置可以高效应用于高温高压系统、不同工况下流量差别较大的系统、对流阻要求高的系统、以及流量低的系统。本装置系统设计合理，成本较低，操作方便，信号准确且易于读取。

Description

一种量程无缝切换流量测量装置

技术领域

本发明涉及通用测量技术领域，具体涉及一种量程无缝切换流量测量装置。

背景技术

在石油化工、热能动力领域，流量是保证系统运行及产品生产的重要参数。在不同工况下，系统介质流量差别可达30～50倍，甚至更高。因此不同工况下流量的准确测量是反应堆安全运行的必要前提。传统流量计通过手动配置完成量程切换，但这种切换方式使得在量程存在一定的间断，这种间断使得在短时间内测量参数不可靠，难以满足实际需要。常用差压流量计现场仅能显示压差值，具体流量需经过采集终端整合计算才能显示，不利于现场操作。本发明结合弯管流场特性，研制的翼型导流板结构件可以在不同流场将测量结果最大化，降低对于差压测量部位的测量下限的精度要求。本发明采用三腔室测压一点测温的方法，实现多点同步测量，现场显示流量结果，并传输到采集终端，实现电信号干扰最小化。对于变量程流量测量，有很多不同技术。

例如中国发明专利200910020512.3提供了一种压力补偿复合流量变送器，该装置设计包括正取压室、负取压室以及压力补偿变送器。该装置可以同时测得压差以及正、负取压室的压力。但存在两个问题：1、测得压力与测得压差分别采用两个变送器，这使得两者数据同时采集的精度受限；2、该装置测量压力仅仅局限在正取压室与负取压室之间的一个，不能完成弯管流量计测量过程中的压力补偿作用。

又如中国发明专利2010010517786.6提供了一种三差压汽液两项流流量计量装置，该装置包括水平管、竖直管、弯管以及三个差压传感器。差压传感器分别安装在三种不同的管道上，采用不同的测量方式，进行流量测量。但当流量很低的情况下，三种测量方式得到的结果不准确，这导致该装置测量量程比很难满足运行流量范围很广的系统的测量要求，同时弯管采用光滑弯管，在低流量测量时，压差测量结果小，精度差。

又如《计量技术》1990.No 8《差压式流量测量的高低量程自动切换系统》一文中提出的测量量程自动切换系统，该系统由不同量程的差压变送器、乘除器、调节仪等组成。解决了高低量程的自动切换问题。但该方式是利用事先设定值来确定自动切换过程，若测量结果在设定值附近振动时，该装置存在高频反复切换的情况，不利于设备运行稳定。同时不同差压变送器在探测及传输频率上，理论上不可能达到高频同步的标准。这限制了测量结果的实时有效性及比对结果的可靠性。

发明内容

本发明目的在于提供一种量程无缝切换流量测量装置，既能够在高温下使用、保证系统密封性，而且量程无缝自动切换，并易于操作的装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种量程无缝切换流量测量装置，包括翼型导流板弯管、多腔室一体化多功能测量传输装置两个部分；所述翼型导流板弯管为在标准弯管内设置翼型导流板、在弯管管壁上开有4个测压孔的管道构件，所述4个测压孔均连接在多腔室一体化多功能测量传输装置的端口上；所述多腔室一体化多功能测量传输装置包括两个量程不同的差压测量腔室以及一个绝压测量腔室，还包括拥有信号接收、压强/压差信号测量、数据处理模块、状态显示模块及信号传输模块的单片机。差压测量腔室用于测量两个端口之间的压力差，并将压力差转化为电信号发送给单片机，绝压测量腔室用于测量压力系统的绝对压力并将绝对压力转化为电信号发送给单片机，单片机接收两个量程不同的差压测量腔室的压力差信号和绝压测量腔室的绝对压力信号，选择量程适合的腔室测量值作为压差，现场显示并传输到相应的采集器中。

所述翼型导流板弯管在标准弯管两头还预留有直管段。预留直管段便于安装在压力系统中。

所述4个测压孔中，一个设置在所述直管段上的测压孔，一个设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔，两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔。直管段设置测压孔便于确定系统的绝对压力吗，在管道弯曲部分内侧和外侧分别设置测压孔便于测量差压。

所述翼型导流板安装在管道内壁上将管道分为两部分，所述设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔与设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔位于管道的不同部分，翼型导流板截面为弧形。翼型导流板结构件可以在不增加整体阻力系数的同时，增高局部压差，其横截面为弧形结构，由5条圆弧首尾相接组成。

所述直管段上的测压孔连接的端口为D，弯管弯曲部分内侧的测压孔连接的端口为A，两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔连接的端口为B、C；所述两个差压测量腔室分别测量A-B、A-C之间的压差，所述绝压测量腔室测量测压孔D端绝对压力。内侧取压孔直接连接测量传输装置A端，外侧取压孔分别连接测量传输装置B端C端，直管处取压孔连接测量传输装置D端。并连接测量传输装置E接线端。测量传输装置由三个引压管接口端、一个电信号接受端、一个数字量电信号输出端、一个单片机及测压部分组成。一体化测量传输装置测压部分由两个量程不同的差压测量腔室以及一个绝压测量腔室组成，分别对A-B、A-C端进行压差测量，以及测量D端绝对压力，通过测量传输装置自带单片机进行采集判断，选择量程适合的腔室测量值作为压差，通过系统绝对压力与系统温度计算出相应的流量，现场显示并传输到相应的采集器中。

所述直管段上的测压孔还通过测温装置连接在多腔室一体化多功能测量传输装置的端口E上。通过测量温度可以确定弯管内流量，弯管流量计测量公式：

其中：V－流体的平均流速；a－综合流量系数，a＝f(雷诺数、介质动力粘度、管道粗糙度等)，是弯管流量计标定过程中确定的数值，R/d—弯管的弯径比；ΔP—流体通过弯管传感器时产生的差压值，是弯管内外测压强差值；ρ—介质的密度，是系统温度、压强有关的参数，通过测量的系统压强与温度在单片机中采用IWP97中关系式计算而来。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种量程无缝切换流量测量装置实现装置不同量程之间实时无缝转化；

2、本发明一种量程无缝切换流量测量装置为一体化差压测量传输装置，实现多点的压力与压差的实时测量，大幅减小设备安装空间；

3、本发明一种量程无缝切换流量测量装置通过一体化差压测量传输装置与系统温度测量，可实现流量的现场实时显示；

4、本发明一种量程无缝切换流量测量装置，翼型导流板弯管可以在不过分提高整体压降的条件下，达到提高局部压差的作用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明翼型导流板弯管的放大示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-压力系统管道，2-翼型导流板弯管，3-测压孔，4-翼型导流板，5-引压管，6-多腔室一体化多功能测量传输装置，7-信号线，8-测温装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例一种量程无缝切换流量测量装置，包括翼型导流板弯管2、多腔室一体化多功能测量传输装置6两个部分；所述翼型导流板弯管2接入压力系统管道1中，所述翼型导流板弯管2为在标准弯管内设置翼型导流板4、在弯管管壁上开有4个测压孔3同时预留有直管段的管道构件，所述4个测压孔3中，一个设置在所述直管段上的测压孔3，一个设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔3，两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔3；所述翼型导流板4安装在管道内壁上将管道分为两部分，所述设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔3与设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔3位于管道的不同部分，翼型导流板4截面为弧形。翼型导流板4结构件可以在不增加整体阻力系数的同时，增高局部压差，其横截面为弧形结构，由5条圆弧首尾相接组成。直管段设置测压孔3便于确定系统的绝对压力吗，在管道弯曲部分内侧和外侧分别设置测压孔3便于测量差压，所述4个测压孔3均通过引压管5连接在多腔室一体化多功能测量传输装置6的端口上，直管段上的测压孔3连接的端口为D，弯管弯曲部分内侧的测压孔3连接的端口为A，两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔3连接的端口为B、C；测量传输装置由三个引压管接口端、一个电信号接受端、一个数字量电信号输出端、一个单片机及测压部分组成。一体化测量传输装置测压部分由两个量程不同的差压测量腔室以及一个绝压测量腔室组成，分别对A-B、A-C端进行压差测量，以及测量D端绝对压力，差压测量腔室用于测量两个端口之间的压力差，并将压力差转化为电信号发送给单片机，绝压测量腔室用于测量压力系统的绝对压力并将绝对压力转化为电信号发送给单片机，单片机接收两个量程不同的差压测量腔室的压力差信号和绝压测量腔室的绝对压力信号，选择量程适合的腔室测量值作为压差，现场显示并传输到相应的采集器中。所述直管段上的测压孔3还通过测温装置8和信号线7连接在多腔室一体化多功能测量传输装置6的端口E上。通过测量温度可以确定弯管内流量，弯管流量计测量公式：

其中：V－流体的平均流速；a－综合流量系数，a＝f(雷诺数、介质动力粘度、管道粗糙度等)，是弯管流量计标定过程中确定的数值，R/d—弯管的弯径比；ΔP—流体通过弯管传感器时产生的差压值，是弯管内外测压强差值；ρ—介质的密度，是系统温度、压强有关的参数，通过测量的系统压强与温度在单片机中采用IWP97中关系式计算而来。高压系统量程无缝切换流量测量装置介质为液态水，其结构包括翼型导流板弯管2、多腔室一体化多功能测量传输装置6及相应管道。

流体从压力系统管道1流入翼型导流板弯管2入口，流体应流道改变造成对应的测压孔3之间压差增大，不同流速下，最大压差与结果稳定性不同，所以采用两腔室同时测量差压，利用单片机对比电路进行实时对比，单片机判断选用相应测量结果，然后单片机结合系统温度测量与系统压强测量结果，计算出相应的流量数值，并完成现场显示功能以及向采集终端传输功能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，包括翼型导流板弯管（2）、多腔室一体化多功能测量传输装置（6）两个部分；所述翼型导流板弯管（2）为在标准弯管内设置翼型导流板（4）、在弯管管壁上开有4个测压孔（3）的管道构件，所述4个测压孔（3）均连接在多腔室一体化多功能测量传输装置（6）的端口上；所述多腔室一体化多功能测量传输装置（6）包括两个量程不同的差压测量腔室以及一个绝压测量腔室，还包括拥有信号接收、压强/压差信号测量、数据处理模块、状态显示模块及信号传输模块的单片机；

4个测压孔（3）连接在多腔室一体化多功能测量传输装置（6）的不同端口上；每个差压测量腔室连接两个端口，用于测量两个端口之间的压力差，并将压力差转化为电信号发送给单片机；且两个差压测量腔室测量至少各连接一个不同的端口；

绝压测量腔室用于测量压力系统的绝对压力并将绝对压力转化为电信号发送给单片机；

单片机接收两个量程不同的差压测量腔室的压力差信号和绝压测量腔室的绝对压力信号，选择量程适合的差压测量腔室测量值作为压差。

2.根据权利要求1所述的一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，所述翼型导流板弯管（2）在标准弯管两头还预留有直管段。

3.根据权利要求2所述的一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，所述4个测压孔（3）中，一个设置在所述直管段上的测压孔（3），一个设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔（3），两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔（3）。

4.根据权利要求3所述的一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，所述翼型导流板（4）安装在管道内壁上将管道分为两部分，所述设置在弯管弯曲部分内侧的测压孔（3）与设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔（3）位于管道的不同部分，翼型导流板（4）截面为弧形。

5.根据权利要求3所述的一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，所述直管段上的测压孔（3）连接的端口为D，弯管弯曲部分内侧的测压孔（3）连接的端口为A，两个设置在弯管弯曲部分外侧的测压孔（3）连接的端口为B、C；所述两个差压测量腔室分别测量A-B、A-C之间的压差，所述绝压测量腔室测量测压孔（3）D端绝对压力。

6.根据权利要求3所述的一种量程无缝切换流量测量装置，其特征在于，所述直管段上的测压孔（3）还通过测温装置（8）连接在多腔室一体化多功能测量传输装置（6）的端口E上。