CN114485808A - 一种带自诊断功能的涡轮流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带自诊断功能的涡轮流量计，包括涡轮流量计本体和流量计电子模块，涡轮流量计本体包括流量计耐压壳体、涡轮测量芯以及高频脉冲发生器；流量计电子模块包括防爆壳体、脉冲测量与分析模块以及防爆格兰，涡轮流量计本体内流体流动驱动涡轮测量芯内的涡轮旋转，叶片旋转时经过高频脉冲发生器产生脉冲信号，脉冲测量与分析模块对高频脉冲发生器在一个或多个单位周期内产生脉冲信号，进行测量分析获得并保存涡轮流量计的实时测量值，并通过计算分析判定获得实时状态信息，脉冲测量与分析模块将实时测量值和实时状态信息通过通讯单元发送给第三方数据采集系统。

Description

一种带自诊断功能的涡轮流量计

技术领域

本发明涉及流量计量及检定领域，尤其涉及一种带自诊断功能的涡轮流量计。

背景技术

涡轮流量计作为一种成熟稳定的流量测量仪表被广泛的应用在气体和液体流量贸易交接以及检定系统中，由于涡轮流量计为精密的旋转式机械流量计，使用的管道内通常存在各种异物，包括焊渣、固体腐蚀脱落物、凝结的液体等，在使用过程中涡轮流量计存在着被管道内流体冲击或者管道内异物损害的可能，此外长时间的运行也会导致流量计轴承磨损从而导致流量计测量精度下降，这使得涡轮流量计的状态判断/诊断非常重要。

通常情况下涡轮流量计使用两路独立的高频传感器输出脉冲用于叶轮状态判断，一路脉冲由涡轮叶轮直接触发高频脉冲传感器，另外一路脉冲由一个与涡轮同轴且齿数和涡轮叶轮叶片数相同的齿轮旋转触发高频脉冲传感器，上位流量计算机通过比较两路输出脉冲之间实时频率的差异来判断涡轮流量计叶轮是否受到损害，这种方式存在结构复杂成本高昂，而且必须依赖上位计算机才能实现对涡轮流量计叶轮检测，仍然无法实现对涡轮流量计轴承进行检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种带自诊断功能的涡轮流量计。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种带自诊断功能的涡轮流量计，包括涡轮流量计本体和流量计电子模块，所述涡轮流量计本体包括流量计耐压壳体、置于耐压壳体内的涡轮测量芯以及穿过耐压壳体作用于涡轮测量芯的高频脉冲发生器，所述涡轮测量芯内放置设有轴承和叶片的涡轮；所述流量计电子模块包括防爆壳体、置于防爆壳体内的脉冲测量与分析模块以及从防爆壳体侧面引出的防爆格兰，所述脉冲测量与分析模块内置通讯单元，所述流量计电子模块通过电子单元安装结构件安装在流量计耐压壳体上，所述电子单元安装结构件包裹所述高频脉冲发生器设置，所述涡轮流量计本体内流体流动驱动涡轮测量芯内的涡轮旋转，所述叶片旋转时经过高频脉冲发生器产生脉冲信号，所述脉冲测量与分析模块对高频脉冲发生器在一个或多个单位周期内产生脉冲信号，进行测量分析获得并保存涡轮流量计的实时测量值，并通过计算分析判定获得实时状态信息，所述实时测量值包括脉冲频率值、当前瞬时流量、叶片状态诊断值和轴承状态诊断值，所述实时状态信息包括超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警；所述脉冲测量与分析模块将实时测量值和实时状态信息通过通讯单元发送给第三方数据采集系统，涡轮流量计中通过脉冲测量与分析模块对单个高频脉冲发生器在一个或多个单位周期内产生脉冲信号进行持续监测和分析，不仅结构精简，节约成本，还可以通过内置的脉冲测量与分析模块完成对叶片进行检测，还可以对轴承状态进行检测，针对检测数据进行分析，针对流量计存在的超量程运行、超速运行、叶片故障、轴承故障进行报警，用户可以通过实时状态信息做出决定对流量计进行使用、维修和维护，提高了工作效率。

进一步的，所述脉冲测量与分析模块获取单位周期内脉冲信号个数，并计算出脉冲频率值；所述脉冲测量与分析模块获取单位周期内脉冲幅值或脉冲波占空比，根据脉冲频率值、脉冲幅值或脉冲波占空比与所述涡轮流量计本体口径获取当前瞬时流量，所述脉冲测量与分析模块将脉冲频率值和当前瞬时流量保存到实时测量值，获得基础运行数值，不仅可以获得实时测量值，还可以为后续的监测、报警获得数据基础。

进一步的，所述脉冲测量与分析模块持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲频率值，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲频率变化值，将脉冲频率变化值保存为叶片状态诊断值。

进一步的，在所述脉冲测量与分析模块中预设最大脉冲频率变化值，所述叶片状态诊断值大于最大脉冲频率变化值，所述脉冲测量与分析模块记录当前叶片状态诊断值，并发出叶片状态报警，所述脉冲测量与分析模块将叶片状态报警保存到实时状态信息，通过单位周期脉冲频率值及脉冲频率变化值对叶片状态进行检测，在叶片出现断裂会其他故障时，发出叶片状态报警。

进一步的，所述脉冲测量与分析模块持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲幅值或脉冲波占空比，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲幅值或脉冲波占空比变化值，将脉冲幅值或脉冲波占空比变化值保存为轴承诊断状态值。

进一步的，在所述脉冲测量与分析模块中预设最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，所述轴承诊断状态值大于最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，所述脉冲测量与分析模块记录当前轴承诊断状态值，并发出轴承状态报警，所述脉冲测量与分析模块将轴承状态报警保存到实时状态信息，对脉冲幅值或脉冲波占空比的变化进行持续监测，在轴承发生断裂或磨损时，通过轴承诊断状态值的变化确认轴承故障，并及时发出轴承状态报警。

进一步的，在所述脉冲测量与分析模块中预设最小瞬时流量与最大瞬时流量，所述当前瞬时流量小于最小瞬时流量或大于最大瞬时流量时，所述脉冲测量与分析模块记录当前瞬时流量，并发出超量程运行状态报警，所述脉冲测量与分析模块将超量程运行状态报警保存到实时状态信息，对瞬时流量持续进行监测，在瞬时流量在精确量程范围之外的情况下，流量计计算误差较大，脉冲测量与分析模块及时发出超量程运行状态报警。

进一步的，在所述脉冲测量与分析模块中预设当前流体最大运行速率，根据所述涡轮流量计本体口径和当前瞬时流量获取当前流体实际运行速率，所述当前流体实际运行速率大于预设当前流体最大运行速率，所述脉冲测量与分析模块记录当前流体实际运行速率，并发出超速运行状态报警，所述脉冲测量与分析模块将超速运行状态报警保存到实时状态信息，防止涡轮流量计内涡轮测量芯运行速率超过负载，为避免涡轮测量芯的持续磨损，及时发出超速运行状态报警。

进一步的，当所述脉冲测量与分析模块发出超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警中一个或多个报警时，所述脉冲测量与分析模块发出综合状态报警，并保存到实时状态信息，提升涡轮流量计报警有效性，引起工作人员重视。

进一步的，所述流量计电子模块通过所述防爆格兰引出线束；所述通讯单元为一个或多个、有线或无线通讯端口。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：（1）涡轮流量计中通过脉冲测量与分析模块对单个高频脉冲发生器在一个或多个单位周期内产生脉冲信号进行持续监测和分析，不仅结构精简，节约成本，还可以通过内置的脉冲测量与分析模块完成对叶片进行检测，还可以对轴承状态进行检测，针对检测数据进行分析，针对流量计存在的超量程运行、超速运行、叶片故障、轴承故障进行报警，用户可以通过实时状态信息做出决定对流量计进行使用、维修和维护，提高了工作效率；（2）通过单位周期脉冲频率值及脉冲频率变化值对叶片状态进行检测，在叶片出现断裂会其他故障时，发出叶片状态报警；（3）对脉冲幅值或脉冲波占空比的变化进行持续监测，在轴承发生断裂或磨损时，通过轴承诊断状态值的变化确认轴承故障，并及时发出轴承状态报警；（4）对超量程运行状态报警、超速运行状态报警，不仅可以保证涡流流量计中流量运行在精确计量范围之内，还可以合理运行流量以减缓涡轮流量计的持续磨损，在精确计量的同时，延长涡轮流量计使用时限。

附图说明

图1为本发明实施例1的模块信号传输示意图；

图2为本发明实施例1的硬件组装爆炸图；

图3为本发明实施例1的硬件组装完成图；

标号说明：11流量计耐压壳体12涡轮测量芯13高频脉冲发生器21防爆壳体22脉冲测量与分析模块23防爆格兰31电子单元安装结构件。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

实施例1，如图1-3所示，一种带自诊断功能的涡轮流量计，包括涡轮流量计本体和流量计电子模块，涡轮流量计本体包括流量计耐压壳体11、置于耐压壳体内的涡轮测量芯12以及穿过耐压壳体作用于涡轮测量芯12的高频脉冲发生器13，涡轮测量芯12内放置设有轴承和叶片的涡轮；流量计电子模块包括防爆壳体21、置于防爆壳体21内的脉冲测量与分析模块22以及从防爆壳体21侧面引出的防爆格兰23，流量计电子模块通过防爆格兰23引出线束，便于流量计的数据传输和电量供应，脉冲测量与分析模块22内置通讯单元，流量计电子模块通过电子单元安装结构件31安装在流量计耐压壳体11上，电子单元安装结构件31包裹高频脉冲发生器13设置，涡轮流量计本体内流体流动驱动涡轮测量芯12内的涡轮旋转，叶片旋转时经过高频脉冲发生器13产生脉冲信号，脉冲测量与分析模块22对高频脉冲发生器13在一个或多个单位周期内产生脉冲信号，进行测量分析获得并保存涡轮流量计的实时测量值，并通过计算分析判定获得实时状态信息，实时测量值包括脉冲频率值、当前瞬时流量、叶片状态诊断值和轴承状态诊断值，实时状态信息包括超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警；脉冲测量与分析模块22将实时测量值和实时状态信息通过通讯单元发送给第三方数据采集系统，通讯单元为一个或多个、有线或无线通讯端口。

作为本实施例中的优选，无论是涡轮流量计本体的耐压壳体，还是流量计电子模块中的防爆壳体21、防爆格兰23，还是电子单元安装结构件31都是耐压的高密度材质，适用于高压环境，可以跟好的保护内部的零件和电子元器件。

实施例中实时测量值为基础实时测量数值，实时状态信息是流量计是否需要发出警报的具体诊断结果数据。

脉冲测量与分析模块22将实时测量值和实时状态信息通过通讯单元发送给第三方数据采集系统，此处第三方数据采集系统，包括当前涡轮流量计上位计量单位，方便上位计量单位获取流量计检测数据进行进一步计算；第三方数据采集系统也包括后台数据管理系统，会对实时测量值和实时状态信息进行备份、复检，同时也为工作人员远程对涡轮流量计的自诊断功能提供便利。

本实施例具体实施时，脉冲测量与分析模块22获取单位周期内脉冲信号个数，并计算出脉冲频率值；脉冲测量与分析模块22获取单位周期内脉冲幅值或脉冲波占空比，根据脉冲频率值、脉冲幅值或脉冲波占空比与涡轮流量计本体口径获取当前瞬时流量，脉冲测量与分析模块22将脉冲频率值和当前瞬时流量保存到实时测量值。

获取并保存脉冲频率值、当前瞬时流量到实时测量值便于进一步计算。

本实施例具体实施时，脉冲测量与分析模块22持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲频率值，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲频率变化值，将脉冲频率变化值保存为叶片状态诊断值，并将叶片状态诊断值保存到实时测量值。

在脉冲测量与分析模块22中预设最大脉冲频率变化值，叶片状态诊断值大于最大脉冲频率变化值，脉冲测量与分析模块22记录当前叶片状态诊断值，并发出叶片状态报警，脉冲测量与分析模块22将叶片状态报警保存到实时状态信息。

高频脉冲发生器13直接作用于叶片，当叶片发生折断或者弯曲亦或者是其他故障时，直接会引起高频脉冲发生器13产生的脉冲频率发生变化，所以脉冲测量与分析模块22可以直接对相邻两个单位脉冲频率值进行监测，以判断叶片是否发生故障；在叶片状态诊断值大于最大脉冲频率变化值时，即判断叶片发生故障，从而触发叶片状态报警。

本实施例具体实施时，脉冲测量与分析模块22持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲幅值或脉冲波占空比，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲幅值或脉冲波占空比变化值，将脉冲幅值或脉冲波占空比变化值保存为轴承诊断状态值，并将轴承诊断状态值保存到实时测量值。

在脉冲测量与分析模块22中预设最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，轴承诊断状态值大于最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，脉冲测量与分析模块22记录当前轴承诊断状态值，并发出轴承状态报警，脉冲测量与分析模块22将轴承状态报警保存到实时状态信息。

在对轴承进行监测的过程中，也依赖于高频脉冲发生器13直接作用于叶片，但是主要的参数是脉冲幅值或脉冲波占空比，当轴承诊断状态值大于最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值时，表示轴承磨损已经到了一个系统预设的临界值、或轴承发生了严重的故障，例如轴承中转珠碎裂，已经和最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值有较大误差，此时触发轴承状态报警。

本实施例具体实施时，在脉冲测量与分析模块22中预设最小瞬时流量与最大瞬时流量，当前瞬时流量小于最小瞬时流量或大于最大瞬时流量时，脉冲测量与分析模块22记录当前瞬时流量，并发出超量程运行状态报警，脉冲测量与分析模块22将超量程运行状态报警保存到实时状态信息。

对流量是否超量程的持续监控，是保证流量计中运行流量始终保持在最小瞬时流量与最大瞬时流量，也就是保持在精确测量的范围之内，通过瞬时流量的 持续监控，并在流量计中流量超量程时，进行超量程运行状态报警。

本实施例具体实施时，在脉冲测量与分析模块22中预设当前流体最大运行速率，根据涡轮流量计本体口径和当前瞬时流量获取当前流体实际运行速率，当前流体实际运行速率大于预设当前流体最大运行速率，脉冲测量与分析模块22记录当前流体实际运行速率，并发出超速运行状态报警，脉冲测量与分析模块22将超速运行状态报警保存到实时状态信息。

对流体实际运行速率的持续监测，是限制流量计一直处于超负荷运转的参考量，如果实际运行速率较大，会加速涡轮测量芯12中涡轮的磨损，从而缩短涡轮流量计使用的寿命，当前流体实际运行速率大于预设当前流体最大运行速率，则触发超速运行状态报警，从而保护涡轮流量计。

本实施例具体实施时，当脉冲测量与分析模块22发出超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警中一个或多个报警时，脉冲测量与分析模块22发出综合状态报警，并保存到实时状态信息，综合状态报警用以区分实时测量值和实时状态信息，通过综合状态报警了解到触发了报警，再了解实时状态信息中是哪个部分出现了警报。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：包括涡轮流量计本体和流量计电子模块，所述涡轮流量计本体包括流量计耐压壳体、置于耐压壳体内的涡轮测量芯以及穿过耐压壳体作用于涡轮测量芯的高频脉冲发生器，所述涡轮测量芯内放置设有轴承和叶片的涡轮；所述流量计电子模块包括防爆壳体、置于防爆壳体内的脉冲测量与分析模块以及从防爆壳体侧面引出的防爆格兰，所述脉冲测量与分析模块内置通讯单元，所述流量计电子模块通过电子单元安装结构件安装在流量计耐压壳体上，所述电子单元安装结构件包裹所述高频脉冲发生器设置，所述涡轮流量计本体内流体流动驱动涡轮测量芯内的涡轮旋转，所述叶片旋转时经过高频脉冲发生器产生脉冲信号，所述脉冲测量与分析模块对高频脉冲发生器在一个或多个单位周期内产生脉冲信号，进行测量分析获得并保存涡轮流量计的实时测量值，并通过计算分析判定获得实时状态信息，所述实时测量值包括脉冲频率值、当前瞬时流量、叶片状态诊断值和轴承状态诊断值，所述实时状态信息包括超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警；所述脉冲测量与分析模块将实时测量值和实时状态信息通过通讯单元发送给第三方数据采集系统。

2.如权利要求1所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：所述脉冲测量与分析模块获取单位周期内脉冲信号个数，并计算出脉冲频率值；所述脉冲测量与分析模块获取单位周期内脉冲幅值或脉冲波占空比，根据脉冲频率值、脉冲幅值或脉冲波占空比、所述涡轮流量计本体口径获取当前瞬时流量，所述脉冲测量与分析模块将脉冲频率值和当前瞬时流量保存到实时测量值。

3.如权利要求2所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：所述脉冲测量与分析模块持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲频率值，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲频率变化值，将脉冲频率变化值保存为叶片状态诊断值，并将叶片状态诊断值保存到实时测量值。

4.如权利要求3所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：在所述脉冲测量与分析模块中预设最大脉冲频率变化值，所述叶片状态诊断值大于最大脉冲频率变化值，所述脉冲测量与分析模块记录当前叶片状态诊断值，并发出叶片状态报警，所述脉冲测量与分析模块将叶片状态报警保存到实时状态信息。

5.如权利要求2所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：所述脉冲测量与分析模块持续监测并比对相邻两个单位周期脉冲幅值或脉冲波占空比，并记录脉冲频率在相邻两个单位周期内的脉冲幅值或脉冲波占空比变化值，将脉冲幅值或脉冲波占空比变化值保存为轴承诊断状态值，并将轴承诊断状态值保存到实时测量值。

6.如权利要求5所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：在所述脉冲测量与分析模块中预设最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，所述轴承诊断状态值大于最大脉冲幅值或脉冲波占空比偏离值，所述脉冲测量与分析模块记录当前轴承诊断状态值，并发出轴承状态报警，所述脉冲测量与分析模块将轴承状态报警保存到实时状态信息。

7.如权利要求2所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：在所述脉冲测量与分析模块中预设最小瞬时流量与最大瞬时流量，所述当前瞬时流量小于最小瞬时流量或大于最大瞬时流量时，所述脉冲测量与分析模块记录当前瞬时流量，并发出超量程运行状态报警，所述脉冲测量与分析模块将超量程运行状态报警保存到实时状态信息。

8.如权利要求2所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：在所述脉冲测量与分析模块中预设当前流体最大运行速率，根据所述涡轮流量计本体口径和当前瞬时流量获取当前流体实际运行速率，所述当前流体实际运行速率大于预设当前流体最大运行速率，所述脉冲测量与分析模块记录当前流体实际运行速率，并发出超速运行状态报警，所述脉冲测量与分析模块将超速运行状态报警保存到实时状态信息。

9.如权利要求4、6、7、8任意权利要求所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：当所述脉冲测量与分析模块发出超量程运行状态报警、超速运行状态报警、叶片状态报警、轴承状态报警中一个或多个报警时，所述脉冲测量与分析模块发出综合状态报警，并保存到实时状态信息。

10.如权利要求1所述的带自诊断功能的涡轮流量计，其特征在于：所述流量计电子模块通过所述防爆格兰引出线束；所述通讯单元为一个或多个、有线或无线通讯端口。

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