CN113514135B - 基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置，包括气体压力调节装置、质量流量端子、质量流量控制器、温度传感器、压差计、大气压计和控制器，气体压力调节装置的出气端连接质量流量端子的进气端，质量流量端子的出气端连接质量流量控制器的进气端，质量流量控制器的出气端用于连接流量盘；温度传感器用于检测通过流量盘的气流温度；压差计连接在质量流量控制器的出气端用于检测流量盘两端的压差；大气压计用于检测环境的大气压；质量流量控制器、质量流量端子、压差计和温度传感器均与控制器连接，以反馈数据和接收控制信号。该装置利用管路中气体质量守恒，以及在相同环境条件下质量流量与体积流量可以互相转换的特点进行测量，稳定性更好，精度更高。

Description

基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种烟草行业气体流量检测领域，具体的说，涉及了一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置以及测量方法。

背景技术

烟草专用透气度流量盘(以下简称流量盘)是用于校准纸张透气度测定仪的标准器具。调整卷烟纸张透气度可影响有害成分释放量、危害性指数以及卷烟感官品质。因此流量盘测量结果的准确性就显得尤为重要。《JJG(烟草)18-2012烟草专用透气度流量盘检定规程》中规定流量盘的测量方式，在标准环境条件下，流量盘两端压差控制在1kPa，流经流量盘的流量即为流量盘的流量值。流量盘的校准结果是一个流量值，其测量方式主要分两种：体积流量测量和质量流量测量。

目前采用体积流量进行流量盘的校准，但是流体的体积流量易受环境条件的影响，例如，环境温度和大气压的影响，在进行流量计算时容易引入较多的环境因素带来的误差。

此外，现有的测量方式采用针型阀对流量盘两端1kPa压差进行调节，在气流状态不稳定的情况下需要经常手动调节针形阀以保持流量盘两端1kPa的压差，不便于实现实验室设备仪器的自动化、智能化。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种稳定性好、精度高、环境误差影响小的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置和测量方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置，包括气体压力调节装置、质量流量端子、质量流量控制器、温度传感器、压差计、大气压计和控制器，所述气体压力调节装置的进气端用于连接压缩空气，所述气体压力调节装置的出气端连接质量流量端子的进气端，质量流量端子的出气端连接质量流量控制器的进气端，所述质量流量控制器的出气端用于连接烟草专用透气度流量盘；所述温度传感器用于检测通过烟草专用透气度流量盘气体的温度；所述压差计连接在所述质量流量控制器的出气端用于检测烟草专用透气度流量盘两端的压差；所述大气压计用于检测环境的大气压；所述质量流量控制器、质量流量端子、压差计和温度传感器均与控制器连接，以反馈数据和接收控制信号。

基上所述，所述基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置设置于稳定的大气压环境下。

基上所述，所述气体压力调节装置、质量流量端子和质量流量控制器均通过密闭的管道连通。

基上所述，所述控制器为PC机。

一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：包括所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置，通过以下步骤进行测量：

将烟草专用透气度流量盘的进气端连接在质量流量控制器的出口端、另一端连接大气，将所述气体压力调节装置的进气端连接压缩空气气源，打开压缩空气；

调节气体压力调节装置进行调压和稳压，控制器控制质量流量控制器调节质量流量，使压差计的读数稳定在设定值，并保持一段时间；

测得流经质量流量端子的质量流量Q_m、温度传感器的测量值T、压差计的测量值Vp和大气压计的测量值p_r；

根据以下公式计算质量流量与体积流量的关系值ρ：

式中：

--ρ_n是标准状态下的气体密度；

--T_n是标准状态下的气体热力学温度；

--p_n是标准状态下的气体绝对压力；

--ρ是气体实际密度；

--p是气体绝对压力；

其中，p＝p_r-Vp；

然后根据质量流量Q_m和体积流量Q_v的关系式：Q_m＝ρ×Q_V

计算流经流量盘两端的体积流量为：

基上所述，所述压差计的设定值为1000Pa±5Pa。

基上所述，压差计的读数稳定在设定值后，稳定的时间为1～5分钟。

基上所述，环境的大气压为1个标准大气压，环境温度为(23±1)℃，环境相对湿度为(50±2)％。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用管路中各点的质量流量均相等，且流体质量流量是一个不随空间、温度和压力的变化而变化的量的特点，引入质量流量测量，减少流量计算时环境条件的影响，且采用质量流量控制器的反馈调节实现对流量盘两端压差的控制，控制器再结合质量流量值、温度值、大气压值和压差计数值，通过换算的方式得到流量盘的体积流量，由于兼顾的参数更多，精准度更高，相对于直接测量体积流量而言，受环境条件的影响更小。

附图说明

图1是本发明中基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置的原理图。

图中：1.压缩空气源；2.气体压力调节装置；3.质量流量端子；4.质量流量控制器；5.大气压计；6.温度传感器；7.压差计；8.PC机；9.烟草专用透气度流量盘夹具。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置，包括气体压力调节装置2、质量流量端子3、质量流量控制器4、温度传感器6、压差计7、大气压计5和PC机8，所述气体压力调节装置2的进气端用于连接压缩空气源1，所述气体压力调节装置2的出气端连接质量流量端子3的进气端，气体压力调节装置2的作用是对流入管路中的气体压力进行调节。

质量流量端子3的出气端连接质量流量控制器4的进气端，质量流量端子的作用是对管路中的质量流量进行测量。

所述质量流量控制器4的出气端用于连接烟草专用透气度流量盘9，质量流量控制器4的作用是对流经烟草专用透气度流量盘9的流量进行控制的同时，控制两段的压差。

烟草专用透气度流量盘9为待测件。

所述温度传感器6用于检测通过烟草专用透气度流量盘的气体温度，用于后续的计算。

所述压差计7连接在所述质量流量控制器的出气端用于检测烟草专用透气度流量盘两端的压差，压差指流量盘两端的压差数据。

所述大气压计5用于检测环境的大气压，用于后续的计算。

所述质量流量控制器4、质量流量端子3、压差计7和温度传感器6均与PC机8连接，以反馈数据和接收控制信号，PC机8一端用于输入控制各个元器件的指令，以及获取反馈数据并根据反馈数据进行相应的计算。

其中，所述基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置设置于稳定的大气压环境下，如1个标准大气压环境下，温度为正常室温，所述的气体压力调节装置2、质量流量端子3和质量流量控制器4均通过密闭的管道连通，避免漏气造成流量损失。

在实际使用过程中，还包括用于安装烟草专用透气度流量盘的夹具，所述夹具锁定后形成的内部气流通道仅通过烟草专用透气度流量盘，所述内部气流通道的一端连接质量流量控制器的出口端、另一端连通大气环境，内部空间除了进口和出口外为密封空间，避免流量损失，使得全部流量都能够从流量盘中经过。

工作过程：

将烟草专用透气度流量盘的进气端连接在质量流量控制器的出口端、另一端连接大气，将所述气体压力调节装置的进气端连接压缩空气气源，导入压缩空气；

调节气体压力调节装置进行调压和稳压，观察压差计，当压差计的数值超过设定值时，控制器控制质量流量控制器调节质量流量，使压差计的读数稳定在设定值，并保持一段时间，如1-5分钟，本实施例中，压差计的设定值为1000Pa±5Pa；

测得流经质量流量端子的质量流量Q_m、温度传感器的测量值T、压差计的测量值Vp和大气压计的测量值p_r；

由于管路中的质量流量不会随空间的变化而变化，故而质量流量端子处的质量流量数据也是通过流量盘的质量流量数据。

质量流量Q_m和体积流量Q_v的关系式：

Q_m＝ρ×Q_V............................(1)

对于理想气体，ρ与温度和压力有关，即：

式中：

--ρ_n是标准状态下的气体密度；

--T_n是标准状态下的气体热力学温度；

--p_n是标准状态下的气体绝对压力；

--ρ是气体实际密度；

--p是气体绝对压力；

其中，p＝p_r-Vp；

然后再将公式(2)套入到公式(1)中以后，计算流经流量盘两端的体积流量为：

最后判断该体积流量数据与标准数据是否匹配。

本申请利用质量流量在管路中不会随空间、温度和压力的变化而变化的特点，改变了测量位置，使得流量的采集更加容易和准确，同时，又根据质量流量和气体流量能够相互转换的原理，依次获取转换运算中的关键参数，从而充分考虑了环境中的各种影响因素，最终保证了体积流量计算的准确性。

相对于直接采集体积流量的方式而言，采集难度更低，采集过程中受到环境的干扰更低，准确性和稳定性更高。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (7)

1.一种基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：其采用的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置，包括气体压力调节装置、质量流量端子、质量流量控制器、温度传感器、压差计、大气压计和控制器，所述气体压力调节装置的进气端用于连接压缩空气，所述气体压力调节装置的出气端连接质量流量端子的进气端，质量流量端子的出气端连接质量流量控制器的进气端，所述质量流量控制器的出气端用于连接烟草专用透气度流量盘；所述温度传感器用于检测通过烟草专用透气度流量盘气体的温度；所述压差计连接在所述质量流量控制器的出气端用于检测烟草专用透气度流量盘两端的压差；所述大气压计用于检测环境的大气压；所述质量流量控制器、质量流量端子、压差计和温度传感器均与控制器连接，以反馈数据和接收控制信号；

通过以下步骤进行测量：

将烟草专用透气度流量盘的进气端连接在质量流量控制器的出口端、另一端连接大气，将所述气体压力调节装置的进气端连接压缩空气气源，打开压缩空气；

调节气体压力调节装置进行调压和稳压，控制器控制质量流量控制器调节质量流量，使压差计的读数稳定在设定值，并保持一段时间；

测得流经质量流量端子的质量流量Q_m、温度传感器的测量值T、压差计的测量值Vp和大气压计的测量值p_r；

根据以下公式计算质量流量与体积流量的关系值ρ：

式中：

--ρ_n是标准状态下的气体密度；

--T_n是标准状态下的气体热力学温度；

--p_n是标准状态下的气体绝对压力；

--ρ是气体实际密度；

--p是气体绝对压力；

其中，p＝p_r-Vp；

然后根据质量流量Q_m和体积流量Q_v的关系式：Q_m＝ρ×Q_V

计算流经流量盘两端的体积流量为：

2.根据权利要求1所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：所述控制器为PC机。

3.根据权利要求2所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：所述压差计的设定值为1000Pa±5Pa。

4.根据权利要求3所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：压差计的读数稳定在设定值后，稳定的时间为1～5分钟。

5.根据权利要求4所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：环境的大气压为1个标准大气压，环境温度为(23±1)℃，环境相对湿度为(50±2)％。

6.根据权利要求5所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：所述基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量装置设置于稳定的大气压环境下。

7.根据权利要求6所述的基于质量流量反馈调节的流量盘流量测量方法，其特征在于：所述气体压力调节装置、质量流量端子和质量流量控制器均通过密闭的管道连通。