CN110702943A - 具有改进的皮托管连接结构的流速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压差流速测量装置，包括流速变送器、皮托管、安装支架。流速变送器中包括连接到测量电路的压力传感器。当皮托管插入载送过程流体流的管道中，压力传感器感测到在流体流经皮托管时产生的压差。连接结构在皮托管与流速变送器之间起到压力传导、结构固定作用。安装支架起到固定皮托管与载送过程流体流的管道的相对位置。
Description
技术领域
本发明涉及测量工业过程中的流体的流速。具体地说，本发明涉及使用差压的皮托管测量流速。
背景技术
工业过程采用过程变量变送器以监测与物质相关的过程变量，所述物质例如：化工、纸浆、石油、制药、食品和其它处理设备中的固体、泥浆、液体、蒸汽和气体等。过程变量包括压力、温度、流量、液位、浑浊度、密度、浓度、化学组成及其它特性。过程流速变送器提供与感测到的过程流体流量相关的输出。流速变送器的输出可以在过程控制回路上被发送到控制室，或者该输出可以被发送至另一个过程设备，以便可以监测和控制该过程的操作。
由于工业过程中的物质特性，皮托管会出现腐蚀、堵塞等情况，需要人为更换或清理。方便维护就成了现场工程师的迫切需求，而常见方案如皮托管与流速变送器分离设计，会增加管路长度、减小差压敏感度、增加泄露可能性。本发明设计了一种改进的皮托管连接结构，使得本发明在功能、测量、安装、维护、制造、运输、成本之间取得良性平衡。
发明内容
一种压差流速测量装置，包括流速变送器、皮托管、安装支架。流速变送器中包括连接到测量电路的压力传感器。当皮托管插入载送过程流体流的管道中，压力传感器感测到在流体流经皮托管时产生的压差。连接结构在皮托管与流速变送器之间起到压力传导、结构固定作用。安装支架起到固定皮托管与载送过程流体流的管道的相对位置。
附图说明
图1示出本发明的一个实施例的流速测量装置和过程管道的剖视图。
图2是根据本发明的一个示例性实施例的皮托管和流速变送器的简化框图。
图3是本发明的一个示例性实施例的流速变送器和皮托管、安装支架的安装图。
图4A是本发明的一个示例性实施例的流速变送器和皮托管的组装剖视图。
图4B是本发明的一个示例性实施例的皮托管和安装支架的组装剖视图。
图4C是本发明的一个示例性实施例的皮托管开口部分的剖视图。
各图中所标注各部件名称如下：
1.流速变送器；11.紧固螺帽；111.紧固环；12.压紧环；13.全压气管；14.静压气管；17.支撑管；
1511.电磁阀1；1512.电磁阀2；1513.电磁阀3；
1521.压力传感器1；1522.压力传感器2；153.测量电路；154.控制电路；
1551.通讯电路；1552.通讯电缆；1561.电源；1562.供电电缆；
1611.反吹气供气管；1612.大气压传导管；
2.皮托管；21.面向气流的开口；22.背向气流的开口；23.保护管；
24.连接支架；241.限位环；25.全压接口；26静压接口；
3.安装法兰；31.紧固螺帽；311.紧固环；32.紧固螺帽；321.紧固环；33.压紧环；34.压紧环；35.支撑管；
4.法兰；5.管道；51.气流方向。
具体实施方式
如发明背景中陈述的，基于皮托管的流速测量装置，通常通过在流动的流体中产生的压差进行操作。压差传感器可以用于感测该压差，并且所感测到的压差可以与过程流体的流速相关。结合功能、生产、运输、安装的实际情况，本发明提供了一个更好的连接结构，将在下面被更详细的描述。
图1是本发明的一个实施例的环境的示例图，示出诸如管道或封闭管道5之类的过程流体容器，在该管道5上装有法兰4。法兰4上装有安装法兰3。皮托管2固定在安装法兰3上，使面向气流的开口21和背向气流的开口22深入管道5内；其中紧固螺帽31是锁紧固定件之一。皮托管2未深入管道5内的一端安装有流速变送器1。图1中的气流方向51是过程流体流的方向。
图2是一个示例性实施例的简化框图。面向气流的开口21探测到过程流体流的全压。全压经过连接支架24和全压接口25传递到全压气管13中。背向气流的开口22探测到过程流体流的静压。静压经过连接支架24和静压接口26传递到静压气管14中。
在图2所示的示例性实施例的流速变送器1中：电磁阀3是反吹气的总开关，一端连接反吹气供气管1611，另一端连接电磁阀1 1511和电磁阀2 1512。电磁阀1用于切换全压气管13的状态，一种是测量状态，全压从全压气管13传入压力传感器1 1521中；另一种是反吹状态，反吹气从电磁阀3传入全压气管13，最终从面向气流的开口21中排出，用于清洁管路。同理，电磁阀2用于切换静压气管14的状态，一种是测量状态，静压从静压气管14传入压力传感器1 1521和压力传感器2 1522中；另一种是反吹状态，反吹气从电磁阀3传入静压气管14，最终从背向气流的开口22中排出，用于清洁管路。
在图2所示的示例性实施例的流速变送器1中：电磁阀1、电磁阀2、电磁阀3可以是用于开闭管路的任何装置；其可以是电磁阀、气动阀、手动阀。压力传感器1 1521和压力传感器2 1522可以是具有响应于所施加的压力变化而变化的电特性的任何装置；其可以是硅压阻式压力传感器、电容式压力传感器。压力传感器1 1521响应全压气管13和静压气管14之间的压差变化，也可以用其他技术，即气流方向51上的动压Pd。压力传感器2 1522响应静压气管14和大气压传导管1612传入的大气压Ba之间的差压变化，也可以使用其他技术。
在图2所示的示例性实施例的流速变送器1中：测量电路153连接到压力传感器11521和压力传感器2 1522上，并被配置以提供与上述差压有关的传感器输出。测量电路153可以是能够提供与差压有关的适当信号的任何电子电路。例如，测量电路153可以是模数转换器、电容-数字转换器或任何其他适当电路。
在图2所示的示例性实施例的控制电路154被连接到测量电路153和通信电路1551。控制电路154适于提供过程变量输出到通信电路1551，该过程变量输出与由测量电路153提供的压力传感器输出相关。控制电路154可以是微处理器或任何其他适当装置。通常，控制电路154将差压转换成与过程流体相关的输出。控制电路154可以执行补偿，例如使用曲线拟合技术或类似技术来调整差压和流速之间的关系。其他因数可以被用来补偿流速测量，包括补偿由于温度、被感测的过程流体、绝对压力等引起的变化。控制电路154可以控制电磁阀1 1511和电磁阀2 1512、电磁阀3 1513。
在图2所示的示例性实施例的流速Vs的公式计算如下：
Kp：皮托管修正系数；ρs：气流的密度；ts：气流温度；Ms：气流的分子量。
在图2所示的示例性实施例的电源1561将供电线缆1562的电能转换成测量电路153、控制电路154和通信电路1551需要的电源。流速变送器1通过通信电缆1552与上位机通信。通信电缆1522可以利用适当的协议在流速测量装置与上位机之间传递信息。例如过程控制系统用模拟信号、现场总线或任何其他合适的协议。此外通信电缆1552可以包括无线通信方式。电源1561和供电线缆1562可以和通信电路1551和通信电缆1552合并，上述电路需要的电源在通信过程中提供。例如过程控制系统用模拟信号、POE或任何其他适当技术。
图3是本发明的一种示例性实施例的安装方案。图4A、图4B、图4C是图3所示的示例性实施例的安装方案细节剖视图。
在图3、图4A、图4B、图4C所示的示例性实施例中，压紧环12、压紧环33和压紧环34可以是一种带有密封功能装置或者带有固定功能的装置或者同时具有上述两个功能的装置，其形状可以是圆环形或三角环形或有缺口的环形或其他任何适当的形状，其材料可以是不锈钢或聚四氟乙烯或其他任何适当的材料。紧固螺帽11、紧固螺帽31和紧固螺帽32可以是一种锁紧装置；其可以是一种外六角内圆孔的柱形体的，顶端和底端分别被配置了内牙纹和紧固环的，紧固环的内径小于内牙纹内径的装置，或者其他任何适当的装置。支撑管17和支撑管35可以是一种固定装置；其可以是一种管型结构的，至少有一个牙纹可以配置紧固螺母的装置或者其他任何适当的装置。连接支架24可以是一种起到快速连接的装置，其可以是一个圆柱体，内部含有若干通孔，外沿被配置有限位环的装置或者其他任何适当的装置。
在图3、图4A、图4B、图4C所示的示例性实施例中，安装法兰3一般被配置在类似于图1中法兰4的结构件上。安装法兰3上，支撑管35两端的牙纹分别配置有紧固螺帽31和紧固螺帽32。压紧环33被配置在紧固环311和支撑管35之间；压紧环34被配置在紧固环321和支撑管35之间。皮托管2穿过紧固螺帽31、压紧环33、支撑管35、紧固螺帽32、压紧环34。在锁紧紧固螺帽31时，紧固环311和压紧环33之间的空间变小，挤压压紧环33使其紧贴皮托管2，起到固定密封作用。同理，在锁紧紧固螺帽32时，紧固环321和压紧环34之间的空间变小，挤压压紧环34使其紧贴皮托管2，起到固定密封作用。在此示例性实施例中可只使用任意一端紧固螺帽和压紧环，或两端都使用。
在图3、图4A、图4B、图4C所示的示例性实施例中，连接支架24是一个圆柱体，其顶面被配置有保护管23，其侧面被配置有限位环241。限位环241亦可以被配置在保护管23上或其他任何适当位置。连接支架24内含两个贯通顶面和底面的通孔。一个通孔的顶面侧被配置有面向气流的开口21，底面侧被配置有全压接口25；另一个通孔的顶面侧被配置有背向气流的开口22，底面侧被配置有静压接口26。连接支架24内可以含有其他通孔用于安装温度传感器或其他任何适当装置。
在图3、图4A、图4B、图4C所示的示例性实施例中，支撑管17的内侧被配置在流速变送器1上，皮托管2的连接支架24从外侧插入至限位环241为止。压紧环12被配置在限位环241和支撑管17之间。紧固螺帽11从外侧锁紧，向支撑管17挤压限位环241，起到固定和密封作用。全压气管13被配置在全压接口25上，静压气管14被配置在静压接口26上，使开口处的压力施加到压力传感器上。
虽然已经参照优选实施例描述本发明，本领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行变化。如本文中所使用的用语——皮托管——通常是指插入流体流中的探测器。压差传感器可以由单个压力传感器形成或使用多个压力传感器。
Claims (16)
1.一种基于压差的流量测量装置，包括：
压力变送器，该压力变送器具有与过程流体的流速相关的输出；
皮托管，该皮托管被配置以插入载送过程流体流的管道中；
连接结构，该连接结构被配置在压力变送器和皮托管之间，固定皮托管与压力变送器的位置并将压力传导到压力变送器；
安装支架，该支架用于固定皮托管与载送过程流体流的管道的相对位置。
2.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述压力变送器有两个工作状态，分别是测量状态和反吹状态。
3.根据权利要求2所述的流速测量装置，其中所述工作状态，使用电磁阀切换。
4.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述皮托管具有至少一个面向气流的开口，所述面向气流的开口连接到压力变送器，由此将面向气流的开口处的压力施加到压力变送器。
5.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述皮托管具有至少一个背向气流的开口，所述背向气流的开口连接到压力变送器，由此将背向气流的开口处的压力施加到压力变送器。
6.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述连接结构包括至少一个连接支架。
7.根据权利要求6所述的流速测量装置，其中所述连接支架包括至少一个压力传导孔，所述压力传导孔一端连接所述面向气流的开口或背向气流的开口，另一端连接至所述压力变送器。
8.根据权利要求6所述的流速测量装置，其中所述连接支架包括至少一个限位环，所述限位环被布置与所述连接支架的外侧。
9.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述连接结构包括至少一个紧固螺帽。
10.根据权利要求9所述的流速测量装置，其中所述紧固螺帽包括至少一个紧固环。
11.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述连接结构包括至少一个压紧环。
12.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述连接结构包括至少一个支撑管。
13.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述安装支架包括至少一个紧固螺帽。
14.根据权利要求13所述的流速测量装置，其中所述紧固螺帽包括至少一个紧固环。
15.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述安装支架包括至少一个压紧环。
16.根据权利要求1所述的流速测量装置，其中所述安装支架包括至少一个支撑管。
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