CN109282861A - 一种无轴气体涡轮流量计及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无轴气体涡轮流量计及测量方法，包括本体，其特征是：无轴涡轮外壁上设有一组均匀排布的圆孔，每个所述圆孔内分别固定有所述磁铁，所述无轴涡轮配合在滚针轴承的内圈中，所述滚针轴承设置在所述本体的腔体内，表面设有螺纹的紧固件螺纹连接到本体内，所述紧固件顶住所述滚针轴承的外齿圈，霍尔传感器固定放置在所述本体上侧设有的圆孔二内，本发明涉及仪表设备领域，具体地讲，涉及一种无轴气体涡轮流量计。本发明结构简单，机械部件少，材料成本低，易于加工、装配，生产成本低，易于日后的维护操作。
Description
技术领域
本发明涉及仪表设备领域，具体地讲，涉及一种无轴气体涡轮流量计及测量方法。
背景技术
现在气体涡轮流量计全部采用轴转动涡轮的结构方案，涡轮的前方安装前导流体、二级整流器，涡轮的后方安装后导流体，涡轮轴的两端装有轴承，从涡轮流量计的本体中有安装支架，固定涡轮轴两端的轴承，磁传感元件的保护腔体深入到涡轮流量计本体中部。采用这种结构的气体涡轮流量计，机械部件多，材料成本高，加工难度大，安装难度高，生产周期长，维护保养工作量大，而且在使用过程中，被测量气体的压力突变时，容易使涡轮轴发生变形，从而导致涡轮流量计报废。由于涡轮的前方安装前导流体、二级整流器，使气体涡轮流量计阻力大，在测量高速气体时压力损失较大，不利于节能，深入到涡轮流量计的本体中的安装支架和磁传感元件的保护腔体，在工作时高流速的气体形成涡街，涡街引起气体涡轮传感的振动，流速越高，涡街的频率越高，气体涡轮传感的振动频率越高，长时间的振动容易导致涡轮转动轴疲劳变形。安装涡轮流量计的前导流体、二级整流器、后导流体，深入到涡轮流量计的本体中的安装支架和磁传感元件的保护腔体，在工作时改变气流的稳定性，使气体的雷诺数增高，导致涡轮流量计的线性度变化较大。
无轴气体涡轮流量计使用无轴涡轮，将无轴涡轮放入到一个滚针轴承内，当气体流过涡轮时，气体的动能推动涡轮旋转，采用这种结构能省掉前导流体、二级整流器、后导流体、一个轴承、深入到涡轮流量计本体中部的轴承安装支架、磁传感元件的保护腔体。本发明结构简单，机械部件少，材料成本低，易于加工、装配，生产成本低，易于日后的维护操作。所以有必要设计一种无轴气体涡轮流量计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无轴气体涡轮流量计及测量方法，用于测量气体流量。
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
一种无轴气体涡轮流量计，包括本体，其特征是：无轴涡轮外壁上设有一组均匀排布的圆孔一，每个所述圆孔一内分别固定有磁铁，所述无轴涡轮过盈配合在滚针轴承的内圈中，所述滚针轴承设置在所述本体的腔体内，表面设有螺纹的紧固件螺纹连接到所述本体内，所述紧固件顶住所述滚针轴承的外齿圈一端，所述滚针轴承的外齿圈的另一端顶住所述本体内的环形阶梯凸起的一侧，霍尔传感器固定放置在所述本体上侧设有的圆孔二内，所述霍尔传感器与所述磁铁相对应，所述本体上侧设有的通孔一和通孔二，所述通孔一内螺纹连接所述压力传感器，所述通孔二内螺纹连接所述PT热电阻，所述PT热电阻的探头穿过所述通孔二进入所述本体内，所述本体上侧固定连接支撑保护壳，所述霍尔传感器、所述PT热电阻和所述压力传感器均设置在所述支撑保护壳内，所述支撑保护壳上侧固定连接表壳，所述表壳内固定连接线路板，所述线路板前侧固定连接液晶显示器，所述线路板后侧固定连接单片机，所述表壳内安装有锂金属电池。
作为本技术方案的进一步限定，无轴涡轮上设有个所述圆孔一。
作为本技术方案的进一步限定，单片机的型号为MSP430F4152。
作为本技术方案的进一步限定，所述线性霍尔传感器型号为HG106A。
作为本技术方案的进一步限定，所述压力传感器型号为HK3023。
一种无轴气体涡轮流量计测量方法，其特征是：包括如下步骤：
当实测气体从本体入口，流入到无轴气体涡轮流量计时，气体的动能推动无轴涡轮旋转，无轴涡轮带动滚针轴承的内圈转动，无轴涡轮上嵌入有五块磁铁，无轴涡轮每旋转一圈，霍尔传感器检测到五个脉冲信号，并将五个脉冲信号送到单片机，单片机每读取五个脉冲信号，认定无轴涡轮旋转一圈，由于气体流过的体积与无轴涡轮的转速成正比，读取霍尔传感器发出脉冲信号，可计算出无轴涡轮旋转的圈数，气体的体积受温度和压力影响较大，在本体的壳体上装有压力传感器和PT热电阻，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机运算，对气体的体积进行压力、温度补偿，单片机计算出实际情况下的气体流量。
作为对本技术方案的进一步限定，所述单片机计算气体流量的具体过程为：
通过线性霍尔传感器测量的无轴涡轮的旋转圈数X，根据无轴涡轮的旋转圈数X计算气体的流速V：
V＝KX (1)
K—在标准状态下由实验数据计算出的常数；
由此计算出标准状态下气体流量q：
根据气体流量补偿经验公式：
q1—气体实际流量
q—标准状态下气体流量
p1—气体实际压力，kpa，压力传感器8测量获得；
p—气体标准压力，kpa，气体温度在20℃的压力值；
T1—气体实际温度，℃，PT100热电阻9测量获得；
T—气体标准温度，20℃；
得到本体管路实际流量q1：
线性霍尔传感器将测量到的无轴涡轮的旋转圈数X发送给单片机，压力传感器和PT100热电阻，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机，单片机根据公式计算出气体流体流量。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：当实测气体从本体入口，流入到无轴气体涡轮流量计时，气体的动能推动无轴涡轮旋转，无轴涡轮带动滚针轴承的内圈转动，无轴涡轮上嵌入有五块磁铁，无轴涡轮每旋转一圈，霍尔传感器检测到五个脉冲信号，并将五个脉冲信号送到单片机，单片机每读取五个脉冲信号，认定无轴涡轮旋转一圈，由于气体流过的体积与无轴涡轮的转速成正比，读取霍尔传感器发出脉冲信号，可计算出无轴涡轮旋转的旋转圈数。气体的体积受温度和压力影响较大，在本体的壳体上装有压力传感器和PT100热电阻，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机运算，对气体的体积进行压力、温度补偿，单片机计算出标准工况下的气体体积。本发明具有结构简单、实用性强、成本低等特点，可广泛用于仪表行业中各种气体的检测。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图一。
图2为本发明的立体结构示意图二。
图3为本发明的部分零件连接结构示意图一。
图4为本发明的部分零件连接结构示意图二。
图5为本发明的部分零件连接结构示意图三。
图6为本发明的滚针轴承的立体结构示意图。
图7为本发明的单片机主板CPU模块原理图。
图8为本发明的压力传感器模块原理图。
图9为本发明的线性霍尔传感器模块原理图。
图10为本发明的按键电路模块原理图。
图11为本发明的本体和环形阶梯凸起等零件的剖视图。
图中：1、本体，2、无轴涡轮，3、滚针轴承，4、紧固件，5、霍尔传感器，6、磁铁，7、本体入口，8、压力传感器，9、PT100热电阻，10、锂金属电池，11、单片机，12、液晶显示器，13、支撑保护壳，14、表壳，15、圆孔一，16、线路板，17、通孔一，18、通孔二，19、圆孔二，20、环形阶梯凸起。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1-图11所示，本发明包括本体1，无轴涡轮2外壁上设有一组均匀排布的圆孔一15，每个所述圆孔一15内分别固定有磁铁6，所述无轴涡轮2过盈配合在滚针轴承3的内圈中，所述滚针轴承3设置在所述本体1的腔体内，表面设有螺纹的紧固件4螺纹连接到所述本体1内，所述紧固件4顶住所述滚针轴承3的外齿圈一端，所述滚针轴承3的外齿圈的另一端顶住所述本体1内的环形阶梯凸起20的一侧，霍尔传感器5固定放置在所述本体1上侧设有的圆孔二19内，所述霍尔传感器5与所述磁铁6相对应，所述本体1上侧设有的通孔一17和通孔二18，所述通孔一17内螺纹连接所述压力传感器8，所述通孔二18内螺纹连接所述PT100热电阻9，所述PT100热电阻9的探头穿过所述通孔二18进入所述本体1内，所述本体1上侧固定连接支撑保护壳13，所述霍尔传感器5、所述PT100热电阻9和所述压力传感器8均设置在所述支撑保护壳14内，所述支撑保护壳14上侧固定连接表壳14，所述表壳14内固定连接线路板16，所述线路板16前侧固定连接液晶显示器12，所述线路板16后侧固定连接单片机11，所述表壳14内安装有锂金属电池10。
所述无轴涡轮2上设有5个所述圆孔一15。
所述单片机11的型号为MSP430F4152。
所述线性霍尔传感器5型号为HG106A。
所述压力传感器8型号为HK3023。
所述环形阶梯凸起20包括斜面凸起和平面凸起，靠近所述本体出口7的一侧斜面凸起起到集中气流的作用，环形阶梯凸起20的另一侧平面凸起起到固定所述滚针轴承3的外齿圈的作用，所述无轴涡轮2一端的环形凸棱恰好位于所述环形阶梯凸起20的平面凸起内侧。紧固件4和环形阶梯凸起20夹持固定住滚针轴承3，不使用时，可以拧下紧固件4，将滚针轴承3从本体1内拆卸下来。
电源连接单片机11，所述单片机11分别连接压力传感8、PT100热电阻9、霍尔传感器5、液晶显示器12及按键电路。
所述单片机11的引脚1、引脚2、引脚60及引脚11连接按键电路，所述单片机11的引脚3及引脚4连接所述PT100热电阻9，所述单片机11的引脚引脚3及引脚5连接所述压力传感器8，所述单片机11的引脚3和引脚6连接所述霍尔传感器5，所述单片机11的引脚12-39、引脚44、引脚45及引脚48-55连接所述液晶显示器12，所述单片机11的引脚64连接所述电源。
本发明的工作流程为：当实测气体从本体入口7，流入到无轴气体涡轮流量计时，气体的动能推动无轴涡轮2旋转，无轴涡轮2带动滚针轴承3的内圈转动，无轴涡轮2上嵌入有五块磁铁6，无轴涡轮2每旋转一圈，霍尔传感器5检测到五个脉冲信号，并将五个脉冲信号送到单片机11，单片机11每读取五个脉冲信号，认定无轴涡轮2旋转一圈，由于气体流过的体积与无轴涡轮2的转速成正比，读取霍尔传感器5发出脉冲信号，可计算出无轴涡轮2旋转圈数。气体的体积受温度和压力影响较大，在本体1的壳体上装有压力传感器8和PT100热电阻9，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机运算，对气体的体积进行压力、温度补偿，单片机11计算出标准工况下的气体体积。压力传感器8的正电源端接在单片机11的VREF口，负电源接地，输出口接在单片机11的A5口,PT100热电阻9的一端与电阻R1、R2连接，另一端与接地，电阻R1的另一端接在单片机11的VREF口，电阻R2的另一端接在单片机11的A4口，霍尔传感器5的正电源端接在单片机VREF口，负电源接地，输出口接在单片机11的A6口，锂金属电池10为单片机11提供电源，按键电路中的4个按键的一端并联后接地，其它4个端口分别与单片机11的KEY1、KEY2KEY3和KEY4端口连接，作为功能键使用。单片机11、电阻R1R2、液晶显示器12、按键电路13焊接到线路板16上，线路板16和锂金属电池10安装表壳14的腔体内，表壳14安装在支撑保护壳13上，支撑保护壳13安装本体1上。
通过线性霍尔传感器5测量的无轴涡轮2的旋转圈数X，根据无轴涡轮2的旋转圈数X计算气体的流速V：
V＝KX (1)
K—在标准状态下由实验数据计算出的常数；
由此计算出标准状态下气体流量q：
根据气体流量补偿经验公式：
q1—气体实际流量
q—标准状态下气体流量
p1—气体实际压力，kpa，压力传感器8测量获得；
p—气体标准压力，kpa，气体温度在20℃的压力值；
T1—气体实际温度，℃，PT100热电阻9测量获得；
T—气体标准温度，20℃
得到本体管路实际流量q1：
线性霍尔传感器5将测量到的无轴涡轮2的旋转圈数X发送给单片机11，压力传感器8和PT100热电阻9，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机11，单片机11根据公式(5)计算出气体流体流量。
以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种无轴气体涡轮流量计，包括本体(1)，其特征是：无轴涡轮(2)外壁上设有一组均匀排布的圆孔一(15)，每个所述圆孔一(15)内分别固定有磁铁(6)，所述无轴涡轮(2)过盈配合在滚针轴承(3)的内圈中，所述滚针轴承(3)设置在所述本体(1)的腔体内，表面设有螺纹的紧固件(4)螺纹连接到所述本体(1)内，所述紧固件(4)顶住所述滚针轴承(3)的外齿圈一端，所述滚针轴承(3)的外齿圈的另一端顶住所述本体(1)内的环形阶梯凸起(20)的一侧，霍尔传感器(5)固定放置在所述本体(1)上侧设有的圆孔二(19)内，所述霍尔传感器(5)与所述磁铁(6)相对应，所述本体(1)上侧设有的通孔一(17)和通孔二(18)，所述通孔一(17)内螺纹连接所述压力传感器(8)，所述通孔二(18)内螺纹连接所述PT100热电阻(9)，所述PT100热电阻(9)的探头穿过所述通孔二(18)进入所述本体(1)内，所述本体(1)上侧固定连接支撑保护壳(13)，所述霍尔传感器(5)、所述PT100热电阻(9)和所述压力传感器(8)均设置在所述支撑保护壳(14)内，所述支撑保护壳(14)上侧固定连接表壳(14)，所述表壳(14)内固定连接线路板(16)，所述线路板(16)前侧固定连接液晶显示器(12)，所述线路板(16)后侧固定连接单片机(11)，所述表壳(14)内安装有锂金属电池(10)。
2.根据权利1所述的水表动态检测装置，其特征在于：无轴涡轮(2)上设有5个所述圆孔一(15)。
3.根据权利1所述的无轴气体涡轮流量计，其特征在于：所述单片机(11)的型号为MSP430F4152。
4.根据权利1所述的无轴气体涡轮流量计，其特征在于：所述线性霍尔传感器(5)型号为HG106A。
5.根据权利1所述的无轴气体涡轮流量计，其特征在于：所述压力传感器(8)型号为HK3023。
6.一种无轴气体涡轮流量计测量方法，其特征是：包括如下步骤：
当实测气体从本体入口(7)，流入到无轴气体涡轮流量计时，气体的动能推动无轴涡轮(2)旋转，无轴涡轮(2)带动滚针轴承(3)的内圈转动，无轴涡轮(2)上嵌入有五块磁铁(6)，无轴涡轮(2)每旋转一圈，霍尔传感器(5)检测到五个脉冲信号，并将五个脉冲信号送到单片机(11)，单片机(11)每读取五个脉冲信号，认定无轴涡轮(2)旋转一圈，由于气体流过的体积与无轴涡轮(2)的转速成正比，读取霍尔传感器(5)发出脉冲信号，可计算出无轴涡轮(2)旋转的圈数，气体的体积受温度和压力影响较大，在本体(1)的壳体上装有压力传感器(8)和PT100热电阻(9)，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机运算，对气体的体积进行压力、温度补偿，单片机(11)计算出实际情况下的气体流量。
7.根据权利要求6所述的无轴气体涡轮流量计测量方法，其特征是：所述单片机(11)计算气体流量的具体过程为：
通过线性霍尔传感器(5)测量的无轴涡轮(2)的旋转圈数X，根据无轴涡轮(2)的旋转圈数X计算气体的流速V：
V＝KX (1)
K—在标准状态下由实验数据计算出的常数；
由此计算出标准状态下气体流量q：
根据气体流量补偿经验公式：
q1—气体实际流量
q—标准状态下气体流量
p1—气体实际压力，kpa，压力传感器8测量获得；
p—气体标准压力，kpa，气体温度在20℃的压力值；
T1—气体实际温度，℃，PT100热电阻9测量获得；
T—气体标准温度，20℃
得到本体管路实际流量q1：
线性霍尔传感器(5)将测量到的无轴涡轮(2)的旋转圈数X发送给单片机(11)，压力传感器(8)和PT100热电阻(9)，将检测到的压力信号和温度信号送到单片机(11)，单片机(11)根据公式(5)计算出气体流体流量。
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