CN108709594A - 一种气体流量计及气体流量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体流程测量领域一种气体流量计及气体流量测量方法，所述气体流量计包括壳体在所述壳体内部具有一流体通道，在所述流体通道的收缩段设有漩涡发生体，在所述流体通道的出口段固定有消旋器，在所述壳体上设有温度检测装置，在所述流体通道的扩散段设有压力检测装置和频率检测装置，所述气体流量计还包括连接部，所述连接部的一端与流量计算仪相连，所述连接部的另一端固定在所述壳体上。本发明无机械可动部件，不易腐蚀，稳定可靠，寿命长，长期运行无须特殊维；有效的抑制了震动和压力波动造成的干扰信号；智能型流量计集流量探头、微处理器、压力、温度传感器于一体，采取内置式组合,使结构更加紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及气体流程测量领域，尤其是一种气体流量计及气体流量测量方法。
背景技术
智能液体涡轮流量计是采用先进的超低功耗单片微机技术研制的涡轮流量传感器与显示积算一体化的新型智能仪表，具有机构紧凑、读数直观清晰、可靠性高、不受外界电源干扰、抗雷击、成本低等明显优点。它先将流速转换为涡轮的转速，再将转速转换成与流量成正比的电信号。这种流量计用于检测瞬时流量和总的积算流量，其输出信号为频率，易于数字化。但是目前现有的智能液体涡轮流量计的检测精度不高，容易发生误差。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种气体流量计及气体流量测量方法，克服了现有技术的不足，进一步提高检测精度。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种气体流量计，包括壳体在所述壳体内部具有一流体通道，在所述流体通道的收缩段设有漩涡发生体，在所述流体通道的出口段固定有消旋器，在所述壳体上设有温度检测装置，在所述流体通道的扩散段设有压力检测装置和频率检测装置，所述气体流量计还包括连接部，所述连接部的一端与流量计算仪相连，所述连接部的另一端固定在所述壳体上。
作为本申请的一种优选实施方式，所述漩涡发生体为具有固定角度的螺旋叶片。
作为本申请的一种优选实施方式，在所述流体通道的进口段和出口段分别设置有法兰。
作为本申请的一种优选实施方式，所述温度检测装置包括以Pt100铂电阻为温度敏感元件的温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述流量计算仪的信号输入端相连。
作为本申请的一种优选实施方式，所述压力检测装置包括以压阻式扩散硅桥路为敏感元件的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与所述流量计算仪的信号输入端相连。
作为本申请的一种优选实施方式，所述频率检测装置包括压电晶体传感器，所述电晶体传感器设置于流体通道的扩散段的喉部。
作为本申请的一种优选实施方式，所述气体流量计包括放大器、A/D转换器、前置放大器、微处理器和液晶显示屏；所述温度传感器和所述压力传感器的信号输出端与所述放大器的信号输入端相连，所述放大器的信号输出端与所述A/D转换器的信号输入端相连，所述A/D转换器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端相连，所述压电晶体传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端相连，所述前置放大器的信号输出端与微处理器的信号输入端相连，所述微处理器与所述液晶显示屏电性连接。
第二方面，本发明提供的一种气体流量测量方法，适用于本发明中第一方面所述的气体流量计，所述气体流量测量方法包括如下步骤：使流体通过所述漩涡发生体后产生剧烈的漩涡流；使所述剧烈的漩涡流进入流体通道的扩散段进行二次旋转形成陀螺式的涡流进动；使所述温度检测装置对流体通道内的工况下的流体的温度值进行检测，使所述压力检测装置对当地大气压力值检测，使所述频率检测装置对涡流进动的频率进行检测；以及将上述检测结果传输给所述气体流量计，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值。
作为本申请的一种优选实施方式，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值包括：
根据所述涡流进动的频率获得工况下的气体的体积流量值，将获取当地大气压力值、温度值、压力值和工况下的气体的体积流量值代入气态方程：
其中QN为标准状况下气体的体积流量值，QV为工况下的气体的体积流量值，Pa为当地大气压力值，P为流体通道内的压力值，PN为标准状态下的大气压力值，TN为气体在标准状态下的绝对温度，T为被测流体的绝对温度；ZN为气体在标准状况下的压缩系数；Z为气体在工况下的压缩系数。
本发明的有益效果是：本发明无机械可动部件，不易腐蚀，稳定可靠，寿命长，长期运行无须特殊维；有效的抑制了震动和压力波动造成的干扰信号；智能型流量计集流量探头、微处理器、压力、温度传感器于一体，采取内置式组合,使结构更加紧凑，提高检测精度。
附图说明
图1为本发明气体流量计实施例的示意图；
图2为本发明气体流量计实施例的剖视图；
图3为本发明流体在进入流体通道后实施例的状态图；
图4为本发明气体流量计实施例的框图；
图5为本发明气体流量测量方法实施例的流程图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。
如图1-3所示，本发明的第一实施中所示出的气体流量计包括壳体2在所述壳体2内部具有一流体通道，在所述流体通道的收缩段设有漩涡发生体1，在所述流体通道的出口段固定有消旋器7，在所述壳体2上设有温度检测装置4，在所述流体通道的扩散段设有压力检测装置5和频率检测装置6，所述气体流量计还包括连接部，所述连接部的一端与流量计算仪3相连，所述连接部的另一端固定在所述壳体2上。
首先，当流体通过所述漩涡发生体1后产生剧烈的漩涡流9，并通过所述流体通道的扩散段使所述剧烈的漩涡流9其中剧烈的漩涡流的中心10处于流体通道内部；再进行二次旋转，形成陀螺式的涡流进动11。利用所述温度检测装置4检测进入流体通道内的流体的温度，利用所述压力检测装置5检测当地大气压力值，以及利用所述频率检测装置6对涡流进动的频率进行检测。将上述的检测数据传输给流量计算仪3，所述流量计算仪3根据上述检测数据计算得到标准状况下气体的体积流量值。此外，所述消旋器7固定在流体通道出口段，其作用是消除漩涡流，以减小对下游仪表性能的影响。
其次，所述流量计算仪3根据上述检测数据计算得到标准状况下气体的体积流量值包括：根据所述涡流进动的频率获得工况下的气体的体积流量值，将获取当地大气压力值、温度值、压力值和工况下的气体的体积流量值代入气态方程：其中QN为标准状况下气体的体积流量值，QV为工况下的气体的体积流量值，Pa为当地大气压力值，P为流体通道内的压力值，PN为标准状态下的大气压力值，TN为气体在标准状态下的绝对温度，T为被测流体的绝对温度；ZN为气体在标准状况下的压缩系数；Z为气体在工况下的压缩系数。当用钟罩或负压标定时取ZN/Z＝1，对天然气(ZN/Z)1/2＝FZ为超压缩因子。按中国石油天然气总公司的标准SY/T6143－1996中的公式计算。通过上述方式获得的流量数据准确度高，并且计算方式简单对所述流量计算仪3的配置要求较低。
进一步地，由于涡流进动的频率与工况下的气体的体积流量值成正比，所以当获取涡流进动的频率即可得到所述工况下的气体的体积流量值，对于本领域技术人员来说是现有技术，在此就不再赘述。
本实施例中，所述漩涡发生体1为具有固定角度的螺旋叶片。
具体的，所述螺旋叶片用铝合金制成，并根据实际的情况使之具有一定的角度，并且固定在流体通道的收缩段前部，强迫流体产生强烈的漩涡流。
本实施例中，在所述流体通道的进口段和出口段分别设置有法兰8。
具体的，通过所述法兰8能够将所述气体流量计安装在管道上，使之实用性进一步增强。
本实施例中，所述温度检测装置4包括以Pt100铂电阻为温度敏感元件的温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述流量计算仪3的信号输入端相连。
具体的，所述Pt100铂电阻在一定温度范围内，其电阻值与温度成对应关系。其具有反应灵敏，检测精度高，生产成本低等有点。需要进行说明的是，在另外的一个或一些实施例中也可以采用其他类型的温度传感器进行替代在此就不一一进行列举。
本实施例中，所述压力检测装置5包括以压阻式扩散硅桥路为敏感元件的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与所述流量计算仪3的信号输入端相连。
具体的，所述压阻式扩散硅桥路其桥臂电阻在外界压力作用下会发生预期变化，因此在一定激励电流作用下，其两个输出端的电位差与外界压力成正比。此外在其他的一个或一些实施例中，也可以采用其他类型的压力传感器。
本实施例中，所述频率检测装置6包括压电晶体传感器，所述电晶体传感器设置于流体通道的扩散段的喉部。
如图4所示，所述气体流量计包括放大器、A/D转换器、前置放大器、微处理器和液晶显示屏；所述温度传感器和所述压力传感器的信号输出端与所述放大器的信号输入端相连，所述放大器的信号输出端与所述A/D转换器的信号输入端相连，所述A/D转换器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端相连，所述压电晶体传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端相连，所述前置放大器的信号输出端与微处理器的信号输入端相连，所述微处理器与所述液晶显示屏电性连接。
其中，本实施例中采用16位电脑芯片，集成度高，体积小，性能好，整机功能强。采用汉字点阵显示屏，显示位数多，读数直观方便，可直接显示工作状态下的体积流量、标准状态下的体积流量、总量，以及介质压力、温度等参数。采用EEPROM技术，参数设置方便，可永久保存，并可保存最长达一年的历史数据。转换器可输出频率脉冲、4～20mA模拟信号、4～20mA+HART，并具有RS485接口，可直接与微机联网，传输距离可达1.2km。多物理量参数报警输出，可由用户任选其中之一。整机功耗低，并且可用内电池供电，也可外接电源。
如图5所示，本发明的第二实施例中所示出的气体流量测量方法，适用于本发明第一实施中所述的气体流量计，包括如下步骤：
S1，使流体通过所述漩涡发生体后产生剧烈的漩涡流；
S2，使所述剧烈的漩涡流进入流体通道的扩散段进行二次旋转形成陀螺式的涡流进动；
S3，使所述温度检测装置对流体通道内的工况下的流体的温度值进行检测，使所述压力检测装置对当地大气压力值检测，使所述频率检测装置对涡流进动的频率进行检测；以及将上述检测结果传输给所述气体流量计，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值。
本实施例中，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值包括：
根据所述涡流进动的频率获得工况下的气体的体积流量值，将获取当地大气压力值、温度值、压力值和工况下的气体的体积流量值代入气态方程：其中QN为标准状况下气体的体积流量值，QV为工况下的气体的体积流量值，Pa为当地大气压力值，P为流体通道内的压力值，PN为标准状态下的大气压力值，TN为气体在标准状态下的绝对温度，T为被测流体的绝对温度；ZN为气体在标准状况下的压缩系数；Z为气体在工况下的压缩系数。当用钟罩或负压标定时取ZN/Z＝1，对天然气(ZN/Z)1/2＝FZ为超压缩因子。按中国石油天然气总公司的标准SY/T6143－1996中的公式计算。
此外，本实施例中未提及的关于气体流量计的各个组成元件，及其工作方式与本申请的第一实施例中所载的基本类型在此就不再累述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种气体流量计，其特征在于：包括壳体在所述壳体内部具有一流体通道，在所述流体通道的收缩段设有漩涡发生体，在所述流体通道的出口段固定有消旋器，在所述壳体上设有温度检测装置，在所述流体通道的扩散段设有压力检测装置和频率检测装置，所述气体流量计还包括连接部，所述连接部的一端与流量计算仪相连，所述连接部的另一端固定在所述壳体上。
2.根据权利要求1所述的气体流量计，其特征在于：所述漩涡发生体为具有固定角度的螺旋叶片。
3.根据权利要求1所述的气体流量计，其特征在于：在所述流体通道的进口段和出口段分别设置有法兰。
4.根据权利要求1所述的气体流量计，其特征在于：所述温度检测装置包括以Pt100铂电阻为温度敏感元件的温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与所述流量计算仪的信号输入端相连。
5.根据权利要求4所述的气体流量计，其特征在于：所述压力检测装置包括以压阻式扩散硅桥路为敏感元件的压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与所述流量计算仪的信号输入端相连。
6.根据权利要求5所述的气体流量计，其特征在于：所述频率检测装置包括压电晶体传感器，所述电晶体传感器设置于流体通道的扩散段的喉部。
7.根据权利要求6所述的气体流量计，其特征在于：所述气体流量计包括放大器、A/D转换器、前置放大器、微处理器和液晶显示屏；所述温度传感器和所述压力传感器的信号输出端与所述放大器的信号输入端相连，所述放大器的信号输出端与所述A/D转换器的信号输入端相连，所述A/D转换器的信号输出端与所述微处理器的信号输入端相连，所述压电晶体传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端相连，所述前置放大器的信号输出端与微处理器的信号输入端相连，所述微处理器与所述液晶显示屏电性连接。
8.一种气体流量测量方法，适用于权利要求1-7任意一项所述的气体流量计，其特征在于，所述气体流量测量方法包括如下步骤：
使流体通过所述漩涡发生体后产生剧烈的漩涡流；
使所述剧烈的漩涡流进入流体通道的扩散段进行二次旋转形成陀螺式的涡流进动；
使所述温度检测装置对流体通道内的工况下的流体的温度值进行检测，使所述压力检测装置对当地大气压力值检测，使所述频率检测装置对涡流进动的频率进行检测；以及将上述检测结果传输给所述气体流量计，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值。
9.根据权利要求8所述的气体流量测量方法，其特征在于，所述气体流量计根据所述检测结果获得标准状况下气体的体积流量值包括：
根据所述涡流进动的频率获得工况下的气体的体积流量值，将获取当地大气压力值、温度值、压力值和工况下的气体的体积流量值代入气态方程：
其中QN为标准状况下气体的体积流量值，QV为工况下的气体的体积流量值，Pa为当地大气压力值，P为流体通道内的压力值，PN为标准状态下的大气压力值，TN为气体在标准状态下的绝对温度，T为被测流体的绝对温度；ZN为气体在标准状况下的压缩系数；Z为气体在工况下的压缩系数。
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