CN110672169A - 低功耗高精度的热流体计量方法 - Google Patents

Abstract

一种低功耗高精度的热流体计量方法，解决现有计量方式无法有效消除管路震动、湍流和气泡，计量精确程度低，生产成本高的问题。该热流体计量方法利用整流孔将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流；然后，直均流沿着整流孔后方的缩放管的管壁流动，流束首先经收缩呈射流形式流动。同时，射流过程会扩大管内入口处周围的负压区域，并在电极前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡。之后，通过电磁激励信号采集管上的励磁线圈产生交变磁场，当流体产生流动便在两电极处产生感应电动势，再利用多级滤波、抗干扰技术，最终测量得出流量及热值；可有效提高流量计量的精确程度，降低生产成本。

Description

低功耗高精度的热流体计量方法

技术领域

本发明属于流量计量技术领域，具体涉及一种能够将管路中的湍流和紊流整流调整为直均流，利于电磁场励磁激励及流速电极测量，可有效提高流量计量的精确程度，降低生产成本的低功耗高精度的热流体计量方法。

背景技术

目前，惯用的叶轮式热量表，虽然生产成本低，但是其测量精度不足，抗污物的能力也较差，难以得到广泛的应用。同时，超声式热量表具有安装方便的优点，但超声式热量表的使用，存在管路震动、湍流、气泡和污垢等弊端，从而经常出现流量计量不准确的现象。特别是家用供暖管路，由于空间狭小、管路弯处较多，极易导致水流不稳、测量精度低的问题。故有必要对现有热流体的流量计量方式和装置进行改进。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种能够将管路中的湍流和紊流整流调整为直均流，利于电磁场励磁激励及流速电极测量，可有效提高流量计量的精确程度，降低生产成本的低功耗高精度的热流体计量方法。

本发明所采用的技术方案是：该低功耗高精度的热流体计量方法包括如下步骤：

步骤一、管路中的流体经由机械整流体的整流进流口进入到各整流孔内，随后，整流孔将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流，以提高电磁流量计的测量精度和稳定性；

步骤二、直均流沿着整流孔后方的缩放管的管壁流动，流束首先经收缩呈射流形式流动，之后，再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流；

步骤三、射流过程会扩大电磁激励信号采集管入口处周围的负压区域，并在电极前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡；分离出来的气泡会附着在信号采集通道的内壁上，流体的流动携带着气泡、沿信号采集通道间断性地流出，便于后续滤波和判别程序中滤除；流体流经机械整流体后，保证了被测量介质的单向性、无湍流，并滤除分离了气泡，使得被测量介质具有更好的流动稳定性和最佳测量稳态；

步骤四、被测介质通过机械整流体之后，进入电磁激励信号采集管，以进行电磁场励磁激励及流速电极测量；

步骤五、电磁激励信号采集管外壁上的多边形励磁线圈产生交变磁场，降低了磁场的边缘效应，进而提高了磁场的均匀分配度；并且，通过信号采集通道中心位置内侧垂直布置的扇环形电极，形成分布式的平均测量，从而有效地应对流体因非轴对称引起的测量误差。

所述步骤一，用于整流调整的机械整流体由整流体主体构成，整流体主体的前端设置有整流进流口，整流进流口与整流体主体内部设置的若干个整流孔相连，各整流孔的后端均与整流体主体内部设置的缩放管的一端相连，缩放管的另一端则与整流体主体后端的整流出流口相连。

所述步骤一，机械整流体的整流体主体内部设置的若干个整流孔，在整流体主体的横截面上、沿圆周等距布置。

所述步骤一，沿圆周等距布置的整流孔，呈同心圆形的多层布置结构。

所述步骤三，用于进行电磁场励磁激励及流速电极测量的电磁激励信号采集管由采集管管体构成，采集管管体的外侧壁上设置有线圈安装凹槽，线圈安装凹槽内设置有励磁线圈；所述采集管管体的中部设置有沿管体轴线布置的信号采集通道，信号采集通道的一端设置有采集进流口，信号采集通道的另一端设置有采集出流口，且信号采集通道的内壁上、与励磁线圈相对应的位置处，设置有扇环形电极；所述电磁激励信号采集管上、布置有采集进流口的一端设置有法兰连接部；电磁激励信号采集管的法兰连接部通过连接法兰与机械整流体相连。

所述步骤三，电磁激励信号采集管上设置的励磁线圈的数量为两组，且两组励磁线圈对称布置于采集管管体外侧壁上的线圈安装凹槽内。

所述步骤五，用于测量的励磁激励信号变换电路与电磁激励信号采集管呈正交方式、布置在测量管路中；励磁激励信号变换电路包括单片机、微电源、数据输出模块，微电源电性连接单片机及数据输出模块，且单片机电性连接电磁激励信号采集管的扇环形电极和数据输出模块。

本发明的有益效果：该低功耗高精度的热流体计量方法，使得管路中的流体经由机械整流体的整流进流口进入到各整流孔内，随后，整流孔将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流，以提高电磁流量计的测量精度和稳定性。然后，直均流沿着整流孔后方的缩放管的管壁流动，流束首先经收缩呈射流形式流动，之后，再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流。同时，射流过程会扩大管内入口处周围的负压区域，并在电极前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡。分离出来的气泡会附着在信号采集通道的内壁上，流体的流动携带着气泡、沿信号采集通道间断性地流出，便于后续滤波和判别程序中滤除。通过电磁激励信号采集管上的励磁线圈产生交变磁场，当流体产生流动便在两电极处产生感应电动势，再利用多级滤波、抗干扰技术，最终测量得出流量及热值。该热流体计量方法能够将管路中的湍流和紊流整流调整为直均流，利于电磁场励磁激励及流速电极测量，可有效提高流量计量的精确程度，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明所使用的流量计量装置的一种结构示意图。

图3是图2中的机械整流体的一种内部结构剖视图。

图4是图3的左视图。

图5是图2中的电磁激励信号采集管的一种内部结构剖视图。

图6是图5的左视图。

图中序号说明：1机械整流体、2连接法兰、3电磁激励信号采集管、4励磁线圈、5整流体主体、6整流进流口、7整流孔、8缩放管、9整流出流口、10采集管管体、11法兰连接部、12线圈安装凹槽、13信号采集通道、14采集进流口、15扇环形电极、16采集出流口。

具体实施方式

根据图1～6详细说明本发明的具体步骤。该低功耗高精度的热流体计量方法包括如下步骤：步骤一、管路中的流体经由机械整流体1的整流进流口6进入到各整流孔7内，随后，整流孔7将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流，以提高电磁流量计的测量精度和稳定性。机械整流体1由整流体主体5构成，整流体主体5的前端设置有整流进流口6，整流进流口6与整流体主体5内部前侧设置的若干个整流孔7相连。机械整流体1的整流体主体5内部设置的若干个整流孔7，在整流体主体5的横截面上、沿圆周等距布置；从而，在流体流经机械整流体1后，保证被测量介质的单向性、无湍流，且滤除分离了气泡，使被测量介质具有更好的流动稳定性和最佳测量稳态。为了便于在射流过程中扩大电磁激励信号采集管3入口处周围的负压区域，整流体主体5的横截面上、沿圆周等距布置的整流孔7，呈同心圆形的两层布置结构，以在扇环形电极15前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡。分离出来的气泡会附着在电磁激励信号采集管3的信号采集通道13内壁上，流体流动容易携带的气泡沿信号采集通道13间断性流出，便于后续滤波和判别程序中滤除。

各整流孔7的后端均与整流体主体5内部后侧设置的缩放管8的一端相连，缩放管8的另一端则与整流体主体5后端的整流出流口9相连。以通过机械整流体1内部前侧的整流孔7，将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流，进而提高电磁流量计的测量精度和稳定性；同时，整流孔7后方的缩放管8，能够促使流体沿着缩放管8的管壁流动，且流束首先经收缩呈射流形式流动，然后再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流。

步骤二、直均流沿着整流孔7后方的缩放管8的管壁流动，流束首先经收缩呈射流形式流动，之后，再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流。

步骤三、射流过程会扩大电磁激励信号采集管3入口处周围的负压区域，并在电极前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡；分离出来的气泡会附着在信号采集通道13的内壁上，流体的流动携带着气泡、沿信号采集通道13间断性地流出，便于后续滤波和判别程序中滤除；流体流经机械整流体1后，保证了被测量介质的单向性、无湍流，并滤除分离了气泡，使得被测量介质具有更好的流动稳定性和最佳测量稳态。

电磁激励信号采集管3由采集管管体10构成，电磁激励信号采集管3的采集管管体10的外侧壁上，设置有用于布置励磁线圈4的线圈安装凹槽12。线圈安装凹槽12内设置有两组励磁线圈4，且两组励磁线圈4对称布置于采集管管体10外侧壁上的线圈安装凹槽12内，进而有效提升电磁场励磁激励的均匀性和稳定性。电磁激励信号采集管3的采集管管体10的中部，设置有沿管体轴线布置的信号采集通道13。信号采集通道13的一端设置有采集进流口14，信号采集通道13的另一端，则设置有采集出流口16；并且，信号采集通道13的内壁上、与励磁线圈4相对应的位置处，设置有垂直布置的扇环形电极15，扇环形电极15的探头布置在采集管管体10信号采集通道13内腔的中心位置。电磁激励信号采集管3上、布置有采集进流口14的一端设置有法兰连接部11，机械整流体1通过连接法兰2与电磁激励信号采集管3的法兰连接部11相连。

步骤四、被测介质通过机械整流体1之后，进入电磁激励信号采集管3，以进行电磁场励磁激励及流速电极测量。

步骤五、电磁激励信号采集管3外壁上的多边形励磁线圈4产生交变磁场，降低了磁场的边缘效应，进而提高了磁场的均匀分配度；并且，通过信号采集通道13中心位置内侧垂直布置的扇环形电极15，形成分布式的平均测量，从而有效地应对流体因非轴对称引起的测量误差。励磁激励信号变换电路与电磁激励信号采集管3呈正交方式、布置在测量管路中；励磁激励信号变换电路包括单片机（例如：可以是微功耗32位ARM核心单片机）、微电源和数据输出模块，微电源电性连接单片机及数据输出模块，且单片机电性连接电磁激励信号采集管3的扇环形电极15和数据输出模块，以进行电磁场励磁激励及流速电极测量。能够理解的是，根据具体的使用需要，排除气泡，抗电磁干扰和工频干扰可以在硬件及软件中，使用特殊的滤波方案和小波型及傅立叶变换等方法，以进一步提高测量精度和测量稳定性。

Claims (7)

1.一种低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、管路中的流体经由机械整流体（1）的整流进流口（6）进入到各整流孔（7）内，随后，整流孔（7）将管路中的湍流、紊流加以整流调整，使之变为直均流，以提高电磁流量计的测量精度和稳定性；

步骤二、直均流沿着整流孔（7）后方的缩放管（8）的管壁流动，流束首先经收缩呈射流形式流动，之后，再逐渐将流束扩散为轴对称的充分发展流；

步骤三、射流过程会扩大电磁激励信号采集管（3）入口处周围的负压区域，并在电极前形成负压旋涡，进而分离气体并慢慢聚集形成气泡；分离出来的气泡会附着在信号采集通道（13）的内壁上，流体的流动携带着气泡、沿信号采集通道（13）间断性地流出，便于后续滤波和判别程序中滤除；流体流经机械整流体（1）后，保证了被测量介质的单向性、无湍流，并滤除分离了气泡，使得被测量介质具有更好的流动稳定性和最佳测量稳态；

步骤四、被测介质通过机械整流体（1）之后，进入电磁激励信号采集管（3），以进行电磁场励磁激励及流速电极测量；

步骤五、电磁激励信号采集管（3）外壁上的多边形励磁线圈（4）产生交变磁场，降低了磁场的边缘效应，进而提高了磁场的均匀分配度；并且，通过信号采集通道（13）中心位置内侧垂直布置的扇环形电极（15），形成分布式的平均测量，从而有效地应对流体因非轴对称引起的测量误差。

2.根据权利要求1所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤一，用于整流调整的机械整流体（1）由整流体主体（5）构成，整流体主体（5）的前端设置有整流进流口（6），整流进流口（6）与整流体主体（5）内部设置的若干个整流孔（7）相连，各整流孔（7）的后端均与整流体主体（5）内部设置的缩放管（8）的一端相连，缩放管（8）的另一端则与整流体主体（5）后端的整流出流口（9）相连。

3.根据权利要求2所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤一，机械整流体（1）的整流体主体（5）内部设置的若干个整流孔（7），在整流体主体（5）的横截面上、沿圆周等距布置。

4.根据权利要求3所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤一，沿圆周等距布置的整流孔（7），呈同心圆形的多层布置结构。

5.根据权利要求1所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤三，用于进行电磁场励磁激励及流速电极测量的电磁激励信号采集管（3）由采集管管体（10）构成，采集管管体（10）的外侧壁上设置有线圈安装凹槽（12），线圈安装凹槽（12）内设置有励磁线圈（4）；所述采集管管体（10）的中部设置有沿管体轴线布置的信号采集通道（13），信号采集通道（13）的一端设置有采集进流口（14），信号采集通道（13）的另一端设置有采集出流口（16），且信号采集通道（13）的内壁上、与励磁线圈（4）相对应的位置处，设置有扇环形电极（15）；所述电磁激励信号采集管（3）上、布置有采集进流口（14）的一端设置有法兰连接部（11）；电磁激励信号采集管（3）的法兰连接部（11）通过连接法兰（2）与机械整流体（1）相连。

6.根据权利要求5所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤三，电磁激励信号采集管（3）上设置的励磁线圈（4）的数量为两组，且两组励磁线圈（4）对称布置于采集管管体（10）外侧壁上的线圈安装凹槽（12）内。

7.根据权利要求1所述的低功耗高精度的热流体计量方法，其特征在于：所述步骤五，用于测量的励磁激励信号变换电路与电磁激励信号采集管（3）呈正交方式、布置在测量管路中；励磁激励信号变换电路包括单片机、微电源、数据输出模块，微电源电性连接单片机及数据输出模块，且单片机电性连接电磁激励信号采集管（3）的扇环形电极（15）和数据输出模块。

Images