CN109443459B - 内置高精度传感器的节流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种内置高精度传感器的节流装置。包括插置于测量管内且上端露置于测量管外的均速管、设置于均速管内的内置传感部件以及安装于均速管上端且与内置传感部件相连接的变送显示部件，均速管的轴线与测量管的轴线相垂直，均速管在位于上密封板和下密封板之间的迎流面上设有一个以上的正向引流孔，均速管在位于上密封板和下密封板之间的背流面上设有一个以上的反向引流孔且反向引流孔为两个以上时沿均速管的轴向方向依次分布。本发明将内置传感部件封设在均速管内，解决了现有差压式流量计的引压不准问题，减少了测量中的压力值损失，提高了测量精度，解决了现有技术中引压管内产生气泡而造成测量不稳定问题。

Description

内置高精度传感器的节流装置
技术领域
本发明涉及流量计量领域，特别涉及一种内置高精度传感器的节流装置。
背景技术
在工业配置中，工业生产和制造的所有过程环节都需要通过相应的控制系统进行监测和控制。这些功能控制系统通常均分布在工业生产和制作过程中的关键位置，并且通过控制回路或网络连至控制室的回路和网络进行现场控制。这就对控制系统的监测提出了更高的要求，需要解决一系列对精度会产生影响的各种问题。现有的节流装置由于引压传感器安装于外部，引压过长，引压过程中会产生压损，引压管内容易产生气泡，导致测量精度降低和不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种内置高精度传感器的节流装置，该装置将内置传感部件封设在均速管内，解决了现有差压式流量计的引压不准问题，减少了测量中的压力值损失，提高了测量精度，解决了现有技术中引压管内产生气泡而造成测量不稳定问题。
本发明是这样实现的：一种内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：包括插置于测量管内且上端露置于测量管外的均速管、设置于均速管内的内置传感部件以及安装于均速管上端且与内置传感部件相连接的变送显示部件，所述均速管的轴线与测量管的轴线相垂直，所述内置传感部件包括固定安装于均速管内的上密封板、固定安装于均速管内的下密封板、固定安装于上密封板和下密封板之间的基座、安装于基座上的传感器组件、设置于基座和均速管之间且位于迎流方向上的正向引流腔、设置于基座和均速管之间且位于背流方向上的反向引流腔、连接于正向引流腔和传感器组件之间的正向引压组件以及连接于反向引流腔和传感器组件之间的反向引压组件，所述均速管在位于上密封板和下密封板之间的迎流面上设有一个以上用于连通测量管和正向引流腔的正向引流孔且正向引流孔为两个以上时沿均速管的轴向方向依次分布，所述均速管在位于上密封板和下密封板之间的背流面上设有一个以上用于连通测量管和反向引流腔的反向引流孔且反向引流孔为两个以上时沿均速管的轴向方向依次分布。
为了更好地将流体的压力引至传感器组件，所述正向引压组件包括设置于基座上且开口位于正向引流腔内的正向引压槽、封设于正向引压槽开口上的正向感压膜片、连通正向引压槽和传感器组件之间的正向引压通道以及充满正向引压槽和正向引压通道之间的正向感压导流体，所述反向引压组件包括设置于基座上且开口位于反向引流腔内的反向引压槽、封设于反向引压槽开口上的反向感压膜片、连通反向引压槽和传感器组件之间的反向引压通道以及充满反向引压槽和反向引压通道之间的反向感压导流体。
进一步的，所述传感器组件包括流量传感器和/或压力传感器和/或温度传感器。
优选的，所述正向引流孔的个数为三个且沿均速管的轴向方向等距分布，所述反向引流孔的个数和高度位置均与正向引流孔的个数和高度位置相匹配。
进一步的，所述变送显示部件包括与传感器组件相连接的处理器以及与处理器相连接的显示面板。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，该装置将内置传感部件封设在均速管内，解决了现有差压式流量计的引压不准问题，减少了测量中的压力值损失，提高了测量精度和响应速度；
(2)本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，与现有技术相比，传感器组件下移，正向引压组件和反向引压组件保证了过程流体的过程压力传递，缩短了过程流体的传输路线，有效避免了管道出现气泡无法自行排出的问题；
(3)本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，可在线进行安装，安装快捷方便，安装成本低，可在大管径上安装，尤其安装在200mm以上管径时优势更为明显；
(4)本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，可测量正向流量和反向流量，还设有压力、温度测量模块，做到一机多个参数检测，节约资金和多个设备，有利于实现工业生产控制系统中的自动化监测和控制；
(5)本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，结构简单，方便多场合的使用，具有广阔的市场前景。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明内置高精度传感器的节流装置的结构示意图(局部剖)；
图2是本发明内置高精度传感器的节流装置的左视图(局部剖)；
图3是图1中均速管的结构示意图(局部剖)；
图4是图3中内置传感部件的结构示意图；
图5是图4中传感器组件的结构示意图。
图中符号说明：1、测量管，2、均速管，21、正向引流孔，22、反向引流孔，3、内置传感部件，31、上密封板，32、下密封板，33、基座，34、传感器组件，341、流量传感器，342、压力传感器，343、温度传感器，35、正向引流腔，36、反向引流腔，37、正向引压组件，371、正向引压槽，372、正向感压膜片，373、正向引压通道，38、反向引压组件，381、反向引压槽，382、反向感压膜片，383、反向引压通道，4、变送显示部件。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明内容进行详细说明：
如图1－图4所示，为本发明提供的一种内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：包括插置于测量管1内且上端露置于测量管1外的均速管2、设置于均速管2内的内置传感部件3以及安装于均速管2上端且与内置传感部件3相连接的变送显示部件4，所述均速管2的轴线与测量管1的轴线相垂直，所述内置传感部件3包括固定安装于均速管2内的上密封板31、固定安装于均速管2内的下密封板32、固定安装于上密封板31和下密封板32之间的基座33、安装于基座33上的传感器组件34、设置于基座33和均速管2之间且位于迎流方向上的正向引流腔35、设置于基座33和均速管2之间且位于背流方向上的反向引流腔36、连接于正向引流腔35和传感器组件34之间的正向引压组件37以及连接于反向引流腔36和传感器组件34之间的反向引压组件38，所述均速管2在位于上密封板31和下密封板32之间的迎流面上设有一个以上用于连通测量管1和正向引流腔35的正向引流孔21且正向引流孔21为两个以上时沿均速管2的轴向方向依次分布，所述均速管2在位于上密封板31和下密封板32之间的背流面上设有一个以上用于连通测量管1和反向引流腔36的反向引流孔22且反向引流孔22为两个以上时沿均速管2的轴向方向依次分布。
为了更好地将流体的压力引至传感器组件，所述正向引压组件37包括设置于基座33上且开口位于正向引流腔35内的正向引压槽371、封设于正向引压槽371开口上的正向感压膜片372、连通正向引压槽371和传感器组件34之间的正向引压通道373以及充满正向引压槽371和正向引压通道373之间的正向感压导流体，所述反向引压组件38包括设置于基座33上且开口位于反向引流腔36内的反向引压槽381、封设于反向引压槽381开口上的反向感压膜片382、连通反向引压槽381和传感器组件34之间的反向引压通道383以及充满反向引压槽381和反向引压通道383之间的反向感压导流体。
进一步的，所述传感器组件34包括流量传感器341和/或压力传感器342和/或温度传感器343。
优选的，所述正向引流孔21的个数为三个且沿均速管2的轴向方向等距分布，所述反向引流孔22的个数和高度位置均与正向引流孔21的个数和高度位置相匹配。
进一步的，所述变送显示部件4包括与传感器组件34相连接的处理器以及与处理器相连接的显示面板。
为了理解均速管2如何起作用，提供了内置式高精度差压式均速管的原理解释。在过程管道1测量过程流体流速时，由于正向引流孔21和反向引流孔22分布较为均匀，其伯努利方程为：
式中P1、P2——高压端和低压端的压力，Pa；Cf——摩擦阻力系数；ζ——局部阻力系数；ρ——流体密度，kg/m3；v1、v2——高压端和低压端所在截面的平均流速，单位m/s。
高精度差压式测量两个压力之间的差异，并且受如何产生两个压力过程的任何变化的影响。其中，高压力系数受缸前部处的速度压力与平均的管道速度压力的比率影响。若已知速度剖面，那么就可确定该信号分量的值。
对于低压端压力，即测量缸基部压力。因为流体速度流与缸的分割产生了从所述缸流出成片地流动的交替涡流，同时在缸后补处产生了尾流区域或滞留区，所以管道速度剖面对低压力系数具有较小影响。即能保证低压端所测到的压力为精准的低压端压力值。
由式①可得：
Cf与ζ是仅与均速管结构有关的参数，可以认为是一个常数，记为C∞
C∞＝Cf+ζ
当均速管插入管道以后，由连续性方程可得：
式中：α＝Aa/Ap——阻塞比
把式③代入式②可得：
把式④简化：
其中摩擦系数使缸中的流量与均速管产生压力相关。良好性能的差压式均速管具有稳定的、可重复性的以及可预测的流量系数。其稳定性和可重复性，确保了精确性能和可靠性能。其能够保证高压端和低压端的精准取压，保证过程流体传递到传感器中的压力信号精准。均速管2能够提供在较宽的雷诺数范围上稳定的结果，特别是在流量测试中，其生成的数据能够清晰显示所能反映高精度压力值得期望雷诺数。此外，在类似的管线尺寸的重复试验中能够保证一致的流量系数，也表明了该差压式均速管的可重复性。
通过内置式高精度差压式均速管能够有效地提升ΔP的测量精度，保证高低压端的压力值能够精确展示在传感器的高低压两端，进而保证内置式高精度差压式均速管的测量精度，从源头本身就已经提高了精度，也表明了该方案的实用可靠性。
本发明提供的内置高精度传感器的节流装置，安装于测量管1内，正向引流孔21位于迎流面上，反向引流孔22位于背流面上，当有流量经过本装置时，在节流装置的前后端会产生差压，根据伯努利定律规则，流过节流装置的差压信号和流量成正比，从而得到流量值。同样节流装置内装有压力、温度传感器，同时可测量出管道内流量、压力、温度三个信号。
工作过程如下：当有正向流量产生时，流体由正向引流孔21进入正向引流腔35，正向感压膜片372感受到流量后，通过正向感压导流体传递到传感器组件34；同样反向流体由反向引流孔22进入反向引流腔36，反向感压膜片382感受到流量后，通过反向感压导流体传递到传感器组件34，传感器组件34中流量传感器341将正反向传递的压力作比较，得出流量信号，经过引线脚将信号传出，同时传出的还有管道压力传感器342和温度传感器343的信号。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，凡是依据本发明原理的任何改进或替换，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：包括插置于测量管(1)内且上端露置于测量管(1)外的均速管(2)、设置于均速管(2)内的内置传感部件(3)以及安装于均速管(2)上端且与内置传感部件(3)相连接的变送显示部件(4)，所述均速管(2)的轴线与测量管(1)的轴线相垂直，所述内置传感部件(3)包括固定安装于均速管(2)内的上密封板(31)、固定安装于均速管(2)内的下密封板(32)、固定安装于上密封板(31)和下密封板(32)之间的基座(33)、安装于基座(33)上的传感器组件(34)、设置于基座(33)和均速管(2)之间且位于迎流方向上的正向引流腔(35)、设置于基座(33)和均速管(2)之间且位于背流方向上的反向引流腔(36)、连接于正向引流腔(35)和传感器组件(34)之间的正向引压组件(37)以及连接于反向引流腔(36)和传感器组件(34)之间的反向引压组件(38)，所述均速管(2)在位于上密封板(31)和下密封板(32)之间的迎流面上设有一个以上用于连通测量管(1)和正向引流腔(35)的正向引流孔(21)且正向引流孔(21)为两个以上时沿均速管(2)的轴向方向依次分布，所述均速管(2)在位于上密封板(31)和下密封板(32)之间的背流面上设有一个以上用于连通测量管(1)和反向引流腔(36)的反向引流孔(22)且反向引流孔(22)为两个以上时沿均速管(2)的轴向方向依次分布。
2.根据权利要求1所述的内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：所述正向引压组件(37)包括设置于基座(33)上且开口位于正向引流腔(35)内的正向引压槽(371)、封设于正向引压槽(371)开口上的正向感压膜片(372)、连通正向引压槽(371)和传感器组件(34)之间的正向引压通道(373)以及充满正向引压槽(371)和正向引压通道(373)之间的正向感压导流体，所述反向引压组件(38)包括设置于基座(33)上且开口位于反向引流腔(36)内的反向引压槽(381)、封设于反向引压槽(381)开口上的反向感压膜片(382)、连通反向引压槽(381)和传感器组件(34)之间的反向引压通道(383)以及充满反向引压槽(381)和反向引压通道(383)之间的反向感压导流体。
3.根据权利要求1所述的内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：所述传感器组件(34)包括流量传感器(341)和/或压力传感器(342)和/或温度传感器(343)。
4.根据权利要求1所述的内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：所述正向引流孔(21)的个数为三个且沿均速管(2)的轴向方向等距分布，所述反向引流孔(22)的个数和高度位置均与正向引流孔(21)的个数和高度位置相匹配。
5.根据权利要求1所述的内置高精度传感器的节流装置，其特征在于：所述变送显示部件(4)包括与传感器组件(34)相连接的处理器以及与处理器相连接的显示面板。
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