CN115371751A - 一种基于出口压力的高压空气质量流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高压空气质量流量计领域，提供一种基于出口压力的高压空气质量流量计，用于实时高速测量高压空气管路出口的空气质量流量。该装置包括高压空气瓶末端接头，温度传感器，出口测量接管，出口压力传感器，采样板卡，计算处理板卡等。在高压空气系统向用户供气时，利用测量得到的空气温度和出口压力，计算得出空气质量流量。本发明基于出口压力的高压空气质量流量计，能够适应高压气体密度、温度剧烈变化的使用场合，具有体积小，精度高，安装方便，测量信号稳定，信号延时少等优点。
Description
技术领域
本发明涉及高压空气质量流量计领域，具体地说是一种基于出口压力的高压空气质量流量计。
背景技术
高压空气质量流量的精准测量，是一个行业难题，与低压低速气体、水介质等相比，高压空气在流动过程中存在剧烈的膨胀，导致其密度不恒定，基于介质密度恒定前提研制的各类流量计，如涡轮流量计、涡街流量计、罗茨流量计、热敏感温式流量计等都无法用于高压空气质量流量测量的场合。
当前商用的高压空气质量流量计，均基于科氏力原理，如德国的RHEONIK公司的RHM 30型空气质量流量计、北京首科实华自动化设备有限公司的DMF型质量流量计等，其测量原理是通过对高压空气流过特定管道时产生的科里奥利力进行测量和转换，推算出高压空气的质量流量。基于该原理设计的质量流量计，其特点是需要两根用于产生科氏力的网球拍装环形管道，环形管路的尺寸为被测管路通径的100～400倍，这种类型的质量流量计，一般需要占用较大的空间，导致其整体尺寸和重量过大，主要用在实验室等对空间要求不敏感的场合，不适合船舶水舱高压吹除管路使用。这类传感器采用力学方法进行测量，对外界的振动、冲击较为敏感，也不满足船舶环境使用。此外，为规避环境中振动冲击对测量结果造成的影响，这类传感器需要对测量数据进行时均处理，导致在实际使用中测量的质量流量存在1～2s的延时，无法满足持续时间只有几秒钟的高压吹除过程精准闭环控制需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服前述现有技术的不足之处，为解决高压空气质量流量计小型化、抗冲击、快速响应等问题，为高压空气质量流量计上船应用创造条件，本发明提出一种基于出口压力的空气质量流量计，能够适应高压气体密度、温度剧烈变化的使用场合，具有体积小，精度高，安装方便，测量信号稳定，信号延时少等优点，特别是用于短时、大流量的高压空气流动的实时在线测量，如高压吹除。
本发明的发明目的是通过下述技术方案实现的。
一种基于出口压力的高压空气质量流量计，包括高压空气瓶末端接头，温度传感器，出口测量接管，出口压力传感器，采样板卡，计算处理板卡，所述温度传感器安装在高压空气瓶末端接头上，可以测量高压空气瓶内的空气温度，所述高压空气瓶末端接头与被测对象相连，所述出口测量接管安装在被测对象(即高压空气系统用户)的出口，所述出口压力传感器安装在出口测量接管的最末端，测量出口截面的静压力。所述采样板卡的输入端与温度传感器和出口压力传感器相连，所述采样板卡的输出端与计算处理板卡相连，该流量计在高压空气系统向用户供气时，利用测量得到的空气温度和出口压力，计算得出空气质量流量。
在上述技术方案中，所述计算处理板卡与显示屏幕、存储与输出模块相连。所述温度传感器和出口压力传感器测量的数据经采集板卡获取后，发送给计算处理板卡进行计算处理，计算处理板卡将计算结果实时显示在显示屏幕上，并发送给存储与输出模块，存储与输出模块设有可供U盘读取数据的USB接口，以及与其他设备进行在线通讯的CAN接口。
在上述技术方案中，所述计算处理板卡采用以下步骤进行计算：
S1，根据出口测量接管的通径D，单位为m，计算出流通面积A，单位为m2，计算公式为A＝π×D2/4；
S2，通过温度传感器测量高压空气的初始温度T0，单位为K，据此计算出高压吹除时管路出口位置的空气温度T1，单位为K，计算公式为T1＝T0/1.2；
S3，通过出口压力传感器测量得到出口的初始静压力P0，单位为MPa，并测量高压吹除时管路出口位置的空气静压力P1，单位为MPa；
S4，通过空气温度T1和空气静压力P1，查表通过插值法得出空气的密度R；
S5，根据出口位置的空气温度T1，计算出口空气速度V，V＝20.045T1 0.5；
S6，根据出口的截面积A，空气速度V和空气密度R，计算出空气的质量流量Q，Q＝A×V×R。
本发明基于出口压力的空气质量流量计，使得高压空气质量流量计的工作原理发生根源性的变化，不仅能够测量密度剧烈变化的大流量高压空气流动，还能规避科氏力方法对测量管路结构的特殊要求，使得高压空气质量流量计结构简化，体积和重量大幅降低，可以用于船舶水舱高压吹除管路等对空间敏感的测量场合，尤其是具有多个出口的应用场合。
附图说明
图1为本发明基于出口压力的高压空气质量流量计的实施例示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方案仅用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于出口压力的高压空气质量流量计，包括高压空气瓶末端接头1，温度传感器2，出口测量接管3，出口压力传感器4，采样板卡5，计算处理板卡6，显示屏幕7，存储与输出模块8，所述温度传感器2安装在高压空气瓶末端接头1上，可以测量高压空气瓶内的空气初始温度，所述高压空气瓶末端接头1与高压空气用户设备相连，所述出口测量接管3安装在被测对象(即高压空气系统用户)的出口，所述出口压力传感器4安装在出口测量接管3的最末端，测量出口截面的静压力，所述采样板卡5的输入端与温度传感器2和出口压力传感器4相连，所述采样板卡5的输出端与计算处理板卡6相连，该流量计在高压空气系统向用户供气时，利用测量得到的空气温度和出口压力，计算得出空气质量流量。
所述计算处理板卡6与显示屏幕7、存储与输出模块8相连。所述温度传感器2和出口压力传感器4测量的数据经采集板卡5获取后，发送给计算处理板卡6进行计算处理，计算处理板卡6将计算结果实时显示在显示屏幕7上，并发送给存储与输出模块8，存储与输出模块8设有可供U盘读取数据的USB接口，以及与其他设备进行在线通讯的CAN接口。
在上述实施例中，所述出口测量接管3是无缝不锈钢管，内部光洁无焊缝。
在上述实施例中，所述温度传感器的响应时间可大于1s，测量范围为-50℃～50℃，分辨率为0.1℃。
在上述实施例中，所述压力传感器的响应时间小于0.1ms，测量范围为0.1MPa～20MPa。
在上述实施例中，所述采样板卡的采集频率不低于1000Hz。
在上述实施例中，所述计算处理板卡6采用以下步骤进行计算：
S1，根据出口测量接管3的通径D，单位为m，计算出流通面积A，单位为m2，计算公式为A＝π×D2/4；
S2，通过温度传感器2测量高压空气的初始温度T0，单位为K，据此计算出高压吹除时管路出口位置的空气温度T1，单位为K，计算公式为T1＝T0/1.2；
S3，通过出口压力传感器4测量得到出口的初始静压力P0，单位为MPa，并测量高压吹除时管路出口位置的空气静压力P1，单位为MPa；
S4，通过空气温度T1和空气静压力P1，查表通过插值法得出空气的密度R；
S5，根据出口位置的空气温度T1，计算出口空气速度V，V＝20.045T1 0.5；
S6，根据出口的截面积A，空气速度V和空气密度R，计算出空气的质量流量Q，Q＝A×V×R。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：包括高压空气瓶末端接头，温度传感器，出口测量接管，出口压力传感器，采样板卡，计算处理板卡，所述温度传感器安装在高压空气瓶末端接头上，所述高压空气瓶末端接头与被测对象相连，被测对象出口处设有出口测量接管，所述出口压力传感器安装在出口测量接管的最末端，所述采样板卡的输入端与温度传感器和出口压力传感器相连，所述采样板卡的输出端与计算处理板卡相连，该流量计在高压空气系统向用户供气时，利用测量得到的空气温度和出口压力，计算得出空气质量流量。
2.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：所述计算处理板卡与显示屏幕、存储与输出模块相连。
3.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：所述出口测量接管是无缝不锈钢管，内部光洁无焊缝。
4.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：所述温度传感器的响应时间大于1s，测量范围为-50℃～50℃，分辨率为0.1℃。
5.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：所述压力传感器的响应时间小于0.1ms，测量范围为0.1MPa～20MPa。
6.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于：所述采样板卡的采集频率不低于1000Hz。
7.根据权利要求1所述的基于出口压力的高压空气质量流量计，其特征在于所述计算处理板卡采用以下步骤进行计算：
S1，根据出口测量接管的通径D，单位为m，计算出流通面积A，单位为㎡，计算公式为A＝π×D2/4；
S2，通过温度传感器测量高压空气的初始温度T0，单位为K，据此计算出高压吹除时管路出口位置的空气温度T1，单位为K，计算公式为T1＝T0/1.2；
S3，通过出口压力传感器测量得到出口的初始静压力P0，单位为MPa，并测量高压吹除时管路出口位置的空气静压力P1，单位为MPa；
S4，通过空气温度T1和空气静压力P1，查表通过插值法得出空气的密度R；
S5，根据出口位置的空气温度T1，计算出口空气速度V，V＝20.045T1 0.5；
S6，根据出口的截面积A，空气速度V和空气密度R，计算出空气的质量流量Q，Q＝A×V×R。
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