CN115752601B - 一种电容式气体流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流量测量技术领域，尤其涉及一种电容式气体流量计，其包括采集组件、测量组件和电路控制模块，所述电路控制模块与所述测量组件通过信号连接，所述采集组件包括主管和设于所述主管内的内管，且所述主管与所述内管相互独立设置，所述测量组件包括互不相通的测试腔腔体、补偿腔腔体和盖设于所述测试腔腔体上的盖板组件，所述主管的进气通道与所述测试腔腔体连通，所述内管与所述补偿腔腔体连通；本发明提供的电容式气体流量计可准确测量圆形管道、矩形管道等流道中的多种气体的流量，用于精密测量管道内气体流量，流量计测量待测系统的流量时与待测系统相对独立，不会影响待测系统的内部环境。
Description
技术领域
本发明涉及流量测量技术领域，尤其涉及一种电容式气体流量计。
背景技术
电容式薄膜气体流量计是一种用于管道内精密测量气体流量的流量计。电容式薄膜气体流量计主要由两部分组成，第一部分为传感器采集管路组件；第二部分为获取由两端压差导致电容膜片形变输出电信号的测量组件。当气体正向流入时，首先进入采集管道，随时间推移，气体扩散到整个系统内，测量腔室与补偿腔室形成压差，在到达电容薄膜时成为稳态的流量并测量此时气体流量。电容式薄膜气体流量计可准确测量圆形管道、矩形管道等流道中的多种气体的流量。电容式薄膜流量计在电厂、石化、冶金、水处理、精细化工、核工业和环保等行业中广泛应用，为各行业生产提供准确的流量计量仪器，保障安全生产。现有技术中因气体通量不同导致反向检测信号小，影响传感器测量组件的平稳性和准确性问题，现有技术中会存在测量环境中出现的大颗粒物质、气溶胶以及一些干扰性气体等对传感器正常工作的干扰和传感器寿命缩减的问题。申请号为201521027763.1的专利文献公开了一种用于油田储气库气体流量计量的装置，通过温度差来实现通过温度传感器阵列获得气体测试通道内壁各点的温度，通过仪器标定进而得到的气体流量，该测量结果不准确。
发明内容
为解决现有技术中存在的气体流量测量不准确的问题，本发明提供一种电容式气体流量计。
为了实现上述目的，本发明提出一种电容式气体流量计，包括：采集组件、测量组件和电路控制模块，所述电路控制模块与所述测量组件通过信号连接，所述采集组件包括主管和设于所述主管内的内管，且所述主管与所述内管相互独立设置，所述测量组件包括互不相通的测试腔腔体、补偿腔腔体和盖设于所述测试腔腔体上的盖板组件，所述主管的进气通道与所述测试腔腔体连通，所述内管与所述补偿腔腔体连通。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述主管内壁与所述内管外壁之间至少设有两个颗粒捕捉器，所述颗粒捕捉器套设于所述内管外侧。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述颗粒捕捉器呈圆环柱状。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述颗粒捕捉器内设有空隙，相邻的两个所述颗粒捕捉器的所述空隙对应设置，所述空隙内设有滤芯。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述主管的侧部开设有多个第一气流进口以连通所述主管的进气通道，所述主管上背对所述第一气流进口的对应位置上开有第二气流进口，所述第二气流进口与所述内管对接。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述测量组件还包括设于所述测试腔腔体内的仪表座，所述仪表座内置有容置腔，所述仪表座上开有多个与所述测试腔腔体连通的第一通孔。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述测量组件还包括平板电容器，所述平板电容器包括固定极板和电容膜片，所述固定极板和所述电容膜片安装于所述仪表座的容置腔内，且所述电容膜片设于所述固定极板的下端，所述固定极板上开有与所述容置腔连通的第二通孔，所述电容膜片的上端面与所述测试腔腔体连通，所述电容膜片的下端面与所述补偿腔腔体连通。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述电容式气体流量计还包括外壳，所述外壳设于所述盖板组件上。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述外壳上设有数据接口连接器，所述数据接口连接器与所述电路控制模块信号连接。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述测试腔腔体的外侧连接有法兰。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：本发明提供的电容式气体流量计中，该流量计用于精密测量管道内气体流量；主管的进气通道与测试腔腔体连通，内管的进气通道与补偿腔腔体连通，以解决因气体通量不同导致反向检测信号小，影响传感器的平稳性和准确性问题；通过设置颗粒捕捉器，解决流量计在测量环境中出现的大颗粒物质、气溶胶以及一些干扰性气体等对传感器正常工作的干扰和传感器寿命缩减的问题；本发明提供的电容式气体流量计可准确测量圆形管道、矩形管道等流道中的多种气体的流量，用于精密测量管道内气体流量，流量计测量待测系统的流量时与待测系统相对独立，不会影响待测系统的内部环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的电容式气体流量计的结构示意图；
图2为本发明提供的电容式气体流量计的剖面示意图。
【附图标记说明】
1：采集组件；11：主管；111：进气通道；112：第一气流进口；12：内管；121：第二气流进口；
2：测量组件；21：测试腔腔体；22：补偿腔腔体；23：盖板组件；24：仪表座；25：容置腔；26：第一通孔；27：平板电容器；271：固定极板；272：电容膜片；28：第二通孔；
3：电路控制模块；
4：颗粒捕捉器；41：滤芯；
5：外壳；6：数据接口连接器；7：法兰。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通或两个组件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种电容式气体流量计，如图1所示，其包括：采集组件1、测量组件2和电路控制模块3，所述电路控制模块3与所述测量组件2通过信号连接，所述采集组件1包括主管11和设于所述主管11内的内管12，且所述主管11与所述内管12相互独立设置，所述测量组件2包括互不相通的测试腔腔体21、补偿腔腔体22和盖设于所述测试腔腔体21上的盖板组件23，所述主管11的进气通道111与所述测试腔腔体21连通，所述内管12与所述补偿腔腔体22连通。其中，所述测试腔腔体21的外侧连接有法兰7，以用于与待测管道连接。
本发明提供的电容式气体流量计中，主管11的进气通道111与测试腔腔体21连通，内管12的进气通道111与补偿腔腔体22连通，以解决因气体通量不同导致反向检测信号小，影响传感器的平稳性和准确性问题；通过设置颗粒捕捉器4，解决流量计在测量环境中出现的大颗粒物质、气溶胶以及一些干扰性气体等对传感器正常工作的干扰和传感器寿命缩减的问题；本发明提供的电容式气体流量计可准确测量圆形管道、矩形管道等流道中的多种气体的流量，用于精密测量管道内气体流量，流量计测量待测系统的流量时与待测系统相对独立，不会影响待测系统的内部环境。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述主管11的侧部开设有多个第一气流进口112以连通所述主管11的进气通道111，所述主管11上背对所述第一气流进口112的对应位置上开有第二气流进口121，所述第二气流进口121与所述内管12对接。所述传感器采集元件部分的主管11在被测气体的来流方向开大小相同的多个第一气流进口112，其面积总和为来流通道面积；主管11在被测气体的背流方向开一个第二气流进口121，该第二气流进口121与内管12直接相连且与主管11内部不导通，第二气流进口121面积为背流通道面积。误差信号、有益信号与反应时间根据传感器本身结构而定，经本发明研究，误差信号与有益信号比例与主管11来流通道、背流通道面积比例相关，当主管11来流通道面积：主管11背流通道面积在14：1～50：1之间时，可使误差信号低于阈值电压±0.5V、有益信号大于4.2V且反应时间小于1s。此时，误差信号电压不会超过阈值电压引起误报警；产生的有益信号较大，容易被检测到，显著提高了传感器检测的平稳性和准确性。当主管11来流通道面积：主管11背流通道面积小于14：1时，会导致有益信号过小，不利于有益信号的采集，且反应时间较长；当主管11来流通道面积：主管11背流通道面积大于50：1时，反应时间较长，误差信号过大，超过传感器报警的阈值电压，引起传感器误报警，影响正常安全生产。
另外，所述测量组件2还包括设于所述测试腔腔体21内的仪表座24，所述仪表座24内置有容置腔25，所述仪表座24上开有多个与所述测试腔腔体21连通的第一通孔26。
进一步的，所述测量组件2还包括平板电容器27，所述平板电容器27包括固定极板271和电容膜片272，所述固定极板271和所述电容膜片272安装于所述仪表座24的容置腔25内，且所述电容膜片272设于所述固定极板271的下端，所述固定极板271上开有与所述容置腔25连通的第二通孔28，所述电容膜片272的上端面与所述测试腔腔体21连通，所述电容膜片272的下端面与所述补偿腔腔体22连通。具体的，测试腔腔体21与补偿腔腔体22中间用电容膜片272隔开，电容膜片272采用特定热处理及时效处理工艺，电容膜片272上方的固定极板271与该电容膜片272形成平板电容器27，根据测试腔与补偿腔之间的压差的变化，电容膜片272产生不同的变形，当管道内气体从第一气流进口112流入，与气体突然从第二气流进口121流入，电容薄膜片产生不同的形变和不同的电容值，并经电路控制模块3的转化输出电压信号，外壳5上设置的数据接口连接器6与所述电路控制模块3信号连接，并根据理想气体方程、流量计内部结构参数、特殊电容膜片272的形变规律参数等，计算气体流量，该流量计用于精密测量管道内气体流量，可以测量第一方向气体的流量的同时检测其相反方向上的气流并预警，在反方向出现气体流动时，产生直流电压的电信号，以起到警示作用。
如图2所示，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述主管11内壁与所述内管12外壁之间至少设有两个颗粒捕捉器4，所述颗粒捕捉器4呈圆环柱状，所述颗粒捕捉器4套设于所述内管12外侧；所述颗粒捕捉器4内设有空隙，相邻的两个所述颗粒捕捉器4的所述空隙对应设置，所述空隙内设有滤芯41。颗粒捕捉器4以过渡配合方式设置在主管11内壁与内管12外壁之间，该颗粒捕捉器4内部的滤芯41可替换，适用于多种工况下的气流监测需求；且颗粒捕捉器4的空心陶瓷基架内还设有可控电阻丝原件，可实现无拆卸加热至400℃，实现颗粒捕捉器4的滤芯41再生。圆环柱状空心陶瓷基架结构颗粒捕捉器4可有效过滤测量环境中出现的大颗粒物质、气溶胶以及一些干扰性气体等对传感器正常工作的干扰，提高传感器寿命，可达20年。其中，接通后传感器的加热时间不少于1个小时，传感器测量组件2的工作状态为垂直状态，接线器朝上，垂直偏差不大于5°；测量环境的管道气体压力不大于11.97KPa，当被禁止反方向的气流流量密度从0增大到5mg·cm-2·s-1时，传感器测量组件2输出电压从0增大到24mV的时间不超过4s。
作为一种可选的实施方式，在本发明提供的电容式气体流量计中，所述电容式气体流量计还包括外壳5，所述外壳5设于所述盖板组件23上。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电容式气体流量计，其特征在于，包括采集组件(1)、测量组件(2)和电路控制模块(3)，所述电路控制模块(3)与所述测量组件(2)通过信号连接，所述采集组件(1)包括主管(11)和设于所述主管(11)内的内管(12)，且所述主管(11)与所述内管(12)相互独立设置，所述测量组件(2)包括互不相通的测试腔腔体(21)、补偿腔腔体(22)和盖设于所述测试腔腔体(21)上的盖板组件(23)，所述主管(11)的进气通道(111)与所述测试腔腔体(21)连通，所述内管(12)与所述补偿腔腔体(22)连通。
2.根据权利要求1所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述主管(11)内壁与所述内管(12)外壁之间至少设有两个颗粒捕捉器(4)，所述颗粒捕捉器(4)套设于所述内管(12)外侧。
3.根据权利要求2所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述颗粒捕捉器(4)呈圆环柱状。
4.根据权利要求3所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述颗粒捕捉器(4)内设有空隙，相邻的两个所述颗粒捕捉器(4)的所述空隙对应设置，所述空隙内设有滤芯(41)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述主管(11)的侧部开设有多个第一气流进口(112)以连通所述主管(11)的进气通道(111)，所述主管(11)上背对所述第一气流进口(112)的对应位置上开有第二气流进口(121)，所述第二气流进口(121)与所述内管(12)对接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述测量组件(2)还包括设于所述测试腔腔体(21)内的仪表座(24)，所述仪表座(24)内置有容置腔(25)，所述仪表座(24)上开有多个与所述测试腔腔体(21)连通的第一通孔(26)。
7.根据权利要求6所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述测量组件(2)还包括平板电容器(27)，所述平板电容器(27)包括固定极板(271)和电容膜片(272)，所述固定极板(271)和所述电容膜片(272)安装于所述仪表座(24)的容置腔(25)内，且所述电容膜片(272)设于所述固定极板(271)的下端，所述固定极板(271)上开有与所述容置腔(25)连通的第二通孔(28)，所述电容膜片(272)的上端面与所述测试腔腔体(21)连通，所述电容膜片(272)的下端面与所述补偿腔腔体(22)连通。
8.根据权利要求1-4任一项所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述电容式气体流量计还包括外壳(5)，所述外壳(5)设于所述盖板组件(23)上。
9.根据权利要求8所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述外壳(5)上设有数据接口连接器(6)，所述数据接口连接器(6)与所述电路控制模块(3)信号连接。
10.根据权利要求1-4任一项所述的电容式气体流量计，其特征在于，所述测试腔腔体(21)的外侧连接有法兰(7)。
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