CN114754834A - 一种恒功率热式液体质量流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种恒功率热式液体质量流量计，包括：具有第一流体通道的第一阀体、具有第二流体通道的第二阀体、环形加热机构、第一温度测量单元、第二温度测量单元、控制器；第一阀体与第二阀体可拆卸连接，第一和第二阀体的连接处形成一腔室，加热机构配置在腔室内；环形加热机构用于连通第一和第二流体通道，并对流经的液体进行加热；第一温度测量单元配置在第一流体通道的入口处以采集流体在入口处的第一温度值、第二温度测量单元配置在环形加热机构上以采集环形加热机构处的第二温度值；控制器配置将第一和第二温度值运算生成流量值。旨在解决现有流量计类在检测液体时，容易造成液体阻力损失，且当液体中含有的杂质发影响流量计的检测效果。
Description
技术领域
本发明涉及流量计领域，具体涉及一种恒功率热式液体质量流量计。
背景技术
流量计是用来测量流体流量的装置，在石油化工、食品加工及材料成型等领域都有重要用途。现市面上常用的流量计有电磁式流量计、超声流量计、涡街流量计和孔板式流量计等种类；其中，电磁流量计利用了电磁感应定律，当不同流量的流体切割磁感线时会产生不同电势，通过电势测量出流量；超声流量计利用了超声波在流体中的传播速度的特性，测量流量；涡街流量计利用了流体遇到阻碍会产生漩涡的原理，不同流量下产生的漩涡频率不同；孔板式流量计利用了管道内的节流装置，使得该流量计管道上下游两侧产生静压力差，通过静压力差测量出流量。其中，现市面上的流量计在流体高流量的状态下可以精确地测量出流量，但是对于低流量的测量上述流量计无法满足测量精度要求。比如，涡街流量计需要流体提供足够的功率使得流经流量计时能产生足够的漩涡，而在低流量状态下，流体流动缓慢，流经流量计后无法产生足够的漩涡使流量计正常工作。
热式流量计利用了对流传热的原理，可以测量超低流量的流体，以弥补现市面上的流量测量技术的不足。其中，现有技术中的热式流量计按照工作的原理又可分为恒功率式热式流量计和恒温差式热式流量计；恒温差式原理为：保持流体与加热器温度恒定的温差，当流速改变时，同时改变加热功率以维持恒定温差；恒功率式原理为：保持恒定的加热功率，当流速改变时，温差改变，通过温差的变化可以得到相应的流量变化规律。在现有技术中的热式流量计是主要针对气体进行检测的，其结构是在气体中设置探针，但此类结构在检测流体时，容易造成流体阻力损失，且当流体中含有杂质、杂物时可能会发生堵塞，进而影响流量计的检测效果。
有鉴于此，提出本申请。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种恒功率热式液体质量流量计，旨在解决现有技术中的热式流量计检测流体流量时存在堵塞现象，影响流量检测效果的问题。
本发明提供了一种恒功率热式液体质量流量计,包括：具有第一流体通道的第一阀体、具有第二流体通道的第二阀体、环形加热机构、第一温度测量单元、第二温度测量单元、以及控制器；
所述第一阀体与所述第二阀体可拆卸连接，所述第一阀体和所述第二阀体的连接处形成一腔室，所述加热机构配置在所述腔室内；
其中，所述环形加热机构用于连通所述第一流体通道和所述第二流体通道，并对流经的液体进行加热；
所述第一温度测量单元配置在所述第一流体通道的入口处以采集流体在入口处的第一温度值、所述第二温度测量单元配置在所述环形加热机构上以采集所述环形加热机构处的第二温度值；
其中，所述控制器的输入端与所述第一温度测量单元的输出端、所述第二温度测量单元的输出端电气连接，所述控制器的输出端与所述环形加热机构的输入端电气连接，所述控制器配置将所述第一温度值和所述第二温度值运算生成流量值。
优选地，所述环形加热机构包括隔热组件、配置在所述隔热组件内部的加热环、以及加热环导线，所述隔热组件配置在所述腔室内，所述加热环的控制端与所述加热环导线的一端电气连接，所述加热环导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
优选地，所述加热环在靠近流体通道一侧的第一平面小于远离流体通道一侧的第二平面，其中，所述第一表面和第二表面平行。
优选地，所述隔热组件包括第一隔热环、第二隔热环、以及第三隔热环，所述第一隔热环的第一面与所述加热环的第一面抵接，所述第一隔热环的第二面与所述腔室的第一阀体表面抵接，所述第二隔热环与所述加热环的第二面抵接，所述第二隔热环的第二面与所述腔室的第二阀体表面抵接，所述第三隔热环套设在所述加热环的外圈表面上，所述三隔热环的外圈表面与所述第一流体通道内壁抵接。
优选地，所述第一温度测量单元包括第一测温探头、第一测温探头导线，所述第一测温探头配置在所述第一流体通道的入口处的内壁上，所述第一测温探头的控制端与所述第一测温探头导线的一端电气连接，所述第一测温探头导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
优选地，所述第二温度测量单元包括第二测温探头、第二测温探头导线，所述第二测温探头配置在所述第三隔热环上，并与所述第三隔热环的外圈表面抵接，所述第二测温探头的控制端与所述第二测温探头导线的一端电气连接，所述第二测温探头导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
优选地，还包括形成在所述第一流体通道入口处的通孔、以及配置在所述通孔上的塞子，所述第一测温探头导线通过所述塞子的中通通道与所述第一测温探头的控制端电气连接。
优选地，所述第一阀体还包括贯通所述腔室和所述第一阀体的外表面的凹槽，所述凹槽配置为放置所述加热环导线和所述第二测温探头导线。
综上所述，本实施例提供的一种恒功率热式液体质量流量计，所述恒功率热式液体质量流量计通过所述环形加热机构对流经的液体进行加热，并通过所述第一温度测量单元和所述第二温度测量单元分别获取所述第一流体通道的入口处的液体温度和所述环形加热机构的温度，计算两个温度值的温度差，根据温度差和温差与流速的关系式计算得到流体流量的大小；从而解决现有技术中的热式流量计检测流体流量时存在堵塞现象，影响流量检测效果的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的结构示意图。
图2是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的第一阀体的结构示意图。
图3是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的第二阀体的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的加热环的结构示意图。
图5是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的第一隔热环的结构示意图。
图6是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的第二隔热环的结构示意图。
图7是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的第三隔热环的结构示意图。
图8是本发明实施例提供的恒功率热式液体质量流量计的塞子的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
以下结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
请参阅图1至图3，本发明第一实施例提供了一种恒功率热式液体质量流量计,包括：具有第一流体通道3的第一阀体1、具有第二流体通道4的第二阀体2、环形加热机构、第一温度测量单元、第二温度测量单元、以及控制器；
所述第一阀体1与所述第二阀体2可拆卸连接，所述第一阀体1和所述第二阀体2的连接处形成一腔室，所述环形加热机构配置在所述腔室内；
其中，所述环形加热机构用于连通所述第一流体通道3和所述第二流体通道4，并对流经的液体进行加热；
所述第一温度测量单元配置在所述第一流体通道3的入口处以采集流体在入口处的第一温度值T1、所述第二温度测量单元配置在所述环形加热机构上以采集所述环形加热机构处的第二温度值T2；
其中，所述控制器的输入端与所述第一温度测量单元的输出端、所述第二温度测量单元的输出端电气连接，所述控制器的输出端与所述环形加热机构的输入端电气连接，所述控制器配置将所述第一温度值T1和所述第二温度值T2运算生成流量值。
现市面上的流量计在流体高流量的状态下可以精确地测量出流量，但是对于低流量的测量现有的流量计则无法满足测量精度要求；而热式流量计利用了对流传热的原理，可以测量超低流量的流体，以弥补现有流量测量技术的不足。其中，热式流量计按照工作的原理又可分为恒功率式和恒温差式，其中恒温差式原理为：保持流体与加热器温度恒定的温差，当流速改变时，同时改变加热功率以维持恒定温差；恒功率式原理为：保持恒定的加热功率，当流速改变时，温差改变，通过温差的变化可以得到相应的流量变化规律。现有技术中的热式流量计主要是针对气体进行检测的，其结构是在气体中设置探针，但是，此类结构在检测流体时，容易造成流体阻力损失，且当流体中含有杂质、杂物时可能会发生堵塞，进而影响流量计的检测效果。
具体地，在本实施例中，所述恒功率热式液体质量流量计是一种恒功率的热式流量计，将所述第一阀体1与外接管道连接的一端作为入口，所述第二阀体2与外接管道连接的一端作为出口，当该流量计工作时，流体流经所述环形加热机构时该部分的流体会被局部加热，当加热环温度与被加热部分的流体温度达到热平衡时，加热环温度保持不变，且所述环形加热机构此时的温度与贴近所述环形加热机构部分的流体温度相同，所述第一温度测量单元采集到所述第一流体通道3的入口处的第一温度值T1，此时，所述第一温度测量单元直接测量的温度其实是所述第一流体通道3内壁的温度，但是在稳定状态下，内壁于流体之间的传热达到平衡，即内壁温度于流体温度相等；所述第二温度测量单元采集到所述环形加热机构的第二温度值T2。所述环形加热机构一方面被一定功率的加热线圈进行加热，一方面被流体冷却，流体冷却的散热功率与温差成正比，所述温差即为所述环形加热机构与所述第一流体通道3的入口处的流体之间的温差；其中，散热功率与温差的比例系数与流体的流速正相关，因此，温差越大散热功率越高。当冷却功率与所述环形加热机构的电功率相等时，所述环形加热机构的温度稳定在某一高于流体温度的值，根据测得的加热功率以及所述环形加热机构与所述第一流体通道3的入口处的流体之间的温差可以获得上述比例系数，根据比例系数可以推导算出流量与所测得温差的关系式，根据关系式可计算出流体的流速，通过获取不同的温差即可得到相应的流量大小。从而解决现有技术中的热式流量计是主要针对气体进行检测的，其结构是在气体中设置探针，但此类结构在检测流体时，容易造成流体阻力损失，且当流体中含有杂质、杂物时可能会发生堵塞，进而影响流量计的检测效果的问题。
在本实施例中，流量与所测得温差的关系式可以为：
其中，q为流量，单位为m3/d；d为管道直径，单位为m；A、B为实验测得的修正系数，P为加热功率，tw为加热线圈的温度，即所述第一温度值T1，tf为所述第一流体通道内壁的温度,即所述第二温度值T2。以所述第一温度值TI为22.7度，所述第二温度值T2为25.0度为例，根据公式
可计算得，流量为13.5m3/d。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的流量与所测得温差的关系式，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本实施例中，所述第一阀体1与所述第二阀体2的连接处可以配置有内螺纹，所述第二阀体2与所述第一阀体1的连接处可以配置有与所述内螺纹适配的外螺纹，所述第一阀体1与所述第二阀体2通过所述内螺纹和所述外螺纹可拆卸连接。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的可拆卸连接方式，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
请参阅图4，在本发明一个可能的实施例中，所述环形加热机构包括隔热组件、配置在所述隔热组件内部的加热环5、以及加热环导线6，所述隔热组件配置在所述腔室内，所述加热环5的控制端与所述加热环导线6的一端电气连接，所述加热环导线6的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
具体地，在本实施例中，所述加热环5通过所述加热环导线6与所述控制器连接，用户可通过控制所述控制器，进而控制所述加热环5对流经的液体进行加热。在所述恒功率热式液体质量流量计工作时，先给定所述加热环5一个恒定的加热功率，流体流经所述加热环5时该部分的流体会被局部加热，流体与所述加热环5会发生对流传热，当所述加热环5的温度与被加热部分的流体温度达到热平衡时，所述加热环5的温度保持不变。
在本发明一个可能的实施例中，所述加热环5在靠近流体通道一侧的第一平面小于远离流体通道一侧的第二平面，其中，所述第一表面和第二表面平行。
具体地，在本实施例中，所述加热环5靠近流体通道一侧的内壁面的轴向长度小于远离流体通道一侧的外壁面的轴向长度，使其所述加热环5的轴向截面呈梯形，其中，以平行于流体流向的方向为轴。采用外宽内窄的梯形截面的加热环在同样的加热环体积下，降低加热环与流体间的对流传热的速率，减少流体带走的热量，使加热环的温度与来流流体温度具有较大的插值，从而提高流量计在高流速下的检测精度。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的加热环，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
请参阅图5至图7，在本发明一个可能的实施例中，所述隔热组件包括第一隔热环7、第二隔热环8、以及第三隔热环9，所述第一隔热环7的第一面与所述加热环5的第一面抵接，所述第一隔热环7的第二面与所述腔室的第一阀体表面抵接，所述第二隔热环8与所述加热环5的第二面抵接，所述第二隔热环8的第二面与所述腔室的第二阀体表面抵接，所述第三隔热环9套设在所述加热环5的外圈表面上，所述三隔热环9的外圈表面与所述第一流体通道3内壁抵接。
具体地，在本实施例中，将所述加热环5包裹在所述隔热组件内，所述隔热组件的作用就是为了避免所述加热环5产生的热量被所述第一流体通道3的管壁导热；如果所述加热环5没有包裹在所述隔热组件内，所述加热环5的外表面直接与所述第一流体通道3的管壁接触，那么所述加热环5产生的热量会被所述第一流体通道3的管壁导热走一部分，而这部分热量损失会对流体流速的计算产生影响，由于无法确定所述第一流体通道3的管壁导热的热量准确为多少，因此会导致计算的流体流速不准确。
在本发明一个可能的实施例中，所述第一温度测量单元包括第一测温探头10、第一测温探头导线11，所述第一测温探头10配置在所述第一流体通道3的入口处的内壁上，所述第一测温探头10的控制端与所述第一测温探头导线11的一端电气连接，所述第一测温探头导线11的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
具体地，在本实施例中，所述第一测温探头11可以为温度传感器，其配置在所述第一流体通道3的入口处，用于直接测量所述第一流体通道3的管壁温度，但是在稳定状态下，管壁于流体之间的传热达到平衡，即管壁温度于流体温度相等。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的第一测温探头，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
在本发明一个可能的实施例中，所述第二温度测量单元包括第二测温探头12、第二测温探头导线13，所述第二测温探头12配置在所述第三隔热环9上，并与所述第三隔热环9的外圈表面抵接，所述第二测温探头12的控制端与所述第二测温探头导线13的一端电气连接，所述第二测温探头导线13的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
具体地，在本实施例中，所述第二测温探头12可以为温度传感器，其配置在所述加热环5上，用于直接测量所述加热环5的温度，其中，当所述加热环5的温度与被加热部分的流体温度达到热平衡时，所述加热环5的温度保持不变，且所述加热环5此时的温度与贴近所述加热环5部分的流体温度相同。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的第二测温探头，这里不做具体限定，但这些方案均在本发明的保护范围内。
请参阅图8，在本发明一个可能的实施例中，还包括形成在所述第一流体通道3入口处的通孔16、以及配置在所述通孔16上的塞子14，所述第一测温探头导线11通过所述塞子14的中通通道17与所述第一测温探头10的控制端电气连接。所述第一阀体1还包括贯通所述腔室和所述第一阀体1的外表面的凹槽15，所述凹槽15配置为放置所述加热环导线6和所述第二测温探头导线13。
具体地，在本实施例中，所述第一测温探头导线11、所述加热环导线6和所述第二测温探头导线13分别放置在所述塞子14的中通通道17和所述凹槽内，避免在测量流量时，导线与液体接触，出现导电的情况。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种恒功率热式液体质量流量计,其特征在于，包括：具有第一流体通道的第一阀体、具有第二流体通道的第二阀体、环形加热机构、第一温度测量单元、第二温度测量单元、以及控制器；
所述第一阀体与所述第二阀体可拆卸连接，所述第一阀体和所述第二阀体的连接处形成一腔室，所述环形加热机构配置在所述腔室内；
其中，所述环形加热机构用于连通所述第一流体通道和所述第二流体通道，并对流经的液体进行加热；
所述第一温度测量单元配置在所述第一流体通道的入口处以采集流体在入口处的第一温度值、所述第二温度测量单元配置在所述环形加热机构上以采集所述环形加热机构处的第二温度值；
其中，所述控制器的输入端与所述第一温度测量单元的输出端、所述第二温度测量单元的输出端电气连接，所述控制器的输出端与所述环形加热机构的输入端电气连接，所述控制器配置将所述第一温度值和所述第二温度值运算生成流量值。
2.根据权利要求1所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述环形加热机构包括隔热组件、配置在所述隔热组件内部的加热环、以及加热环导线，所述隔热组件配置在所述腔室内，所述加热环的控制端与所述加热环导线的一端电气连接，所述加热环导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
3.根据权利要求2所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述加热环在靠近流体通道一侧的第一平面小于远离流体通道一侧的第二平面，其中，所述第一表面和第二表面平行。
4.根据权利要求2所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述隔热组件包括第一隔热环、第二隔热环、以及第三隔热环，所述第一隔热环的第一面与所述加热环的第一面抵接，所述第一隔热环的第二面与所述腔室的第一阀体表面抵接，所述第二隔热环与所述加热环的第二面抵接，所述第二隔热环的第二面与所述腔室的第二阀体表面抵接，所述第三隔热环套设在所述加热环的外圈表面上，所述三隔热环的外圈表面与所述第一流体通道内壁抵接。
5.根据权利要求2所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述第一温度测量单元包括第一测温探头、第一测温探头导线，所述第一测温探头配置在所述第一流体通道的入口处的内壁上，所述第一测温探头的控制端与所述第一测温探头导线的一端电气连接，所述第一测温探头导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
6.根据权利要求4所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述第二温度测量单元包括第二测温探头、第二测温探头导线，所述第二测温探头配置在所述第三隔热环上，并与所述第三隔热环的外圈表面抵接，所述第二测温探头的控制端与所述第二测温探头导线的一端电气连接，所述第二测温探头导线的另一端与所述控制器的输出端电气连接。
7.根据权利要求5所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，还包括形成在所述第一流体通道入口处的通孔、以及配置在所述通孔上的塞子，所述第一测温探头导线通过所述塞子的中通通道与所述第一测温探头的控制端电气连接。
8.根据权利要求6所述的恒功率热式液体质量流量计，其特征在于，所述第一阀体还包括贯通所述腔室和所述第一阀体的外表面的凹槽，所述凹槽配置为放置所述加热环导线和所述第二测温探头导线。
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- 2022-05-24 CN CN202210566500.6A patent/CN114754834B/zh active Active
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