CN115752608A - 一种气体超声流量计及气体计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气体超声流量计，包括：壳体，其包括进气口和出气口；进气腔，其位于所述壳体内并与所述进气口相连；出气腔，其位于所述壳体内并与所述出气口相连的；计量流道，其经配置以连通所述进气腔和所述出气腔；以及计量装置，其经配置以设置于计量流道中以对通过所述计量流道的气体进行计量；其中，所述计量流道的方向与进气方向和/或出气方向垂直。本申请气体超声流量计通过改变内部结构，形成复杂的气体通路，使得气体进入后需要打破原有流态，组成新的流态，流态发生较大的变化，从而可以克服扰流因素，使得计量精度不受外部扰流的影响。

Description

一种气体超声流量计及气体计量系统

技术领域

本发明涉及计量设备领域，特别地涉及一种气体超声流量计及气体计量系统。

背景技术

气体超声流量计，又名气体超声波流量计，其是一种利用超声波速差法原理，检测计量气体流量的过程控制仪表。其具有测量精度高、测量范围广、压损低、免维护等优点，已被广泛使用。随着计算机应用技术的飞速发展，使得气体超声流量计在天然气等工业中的应用得到了突破性的进展，而其具有的准确度高、测量范围宽、无流阻部件造成的压力损失、可双向测量流量、能测量稳态及低频脉动气流的流量、可以适用于各种不同管道直径、并能通过流量计算机对管道中气体温度和压力的变化。

但是气体超声流量计对弯曲管道或者管道设备形成的扰流非常敏感，一般需要通过加装前置流动调整器或增加前后直管道长度来消除扰流的影响。参考图11，通过在气体超声流量计10前方加装流动调整器20，来消除扰流的影响，然而通过加装前置调整器或增加直管长度均会增加安装的空间和长度，这对于寸土寸金的城市用地来说很不利，而且还会使得成本增加。因此，本领域中迫切的需要一种新型的气体超声流量计来克服上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种气体超声流量计，包括：壳体，其包括进气口和出气口；进气腔，其位于所述壳体内并与所述进气口相连；出气腔，其位于所述壳体内并与所述出气口相连的；计量流道，其经配置以连通所述进气腔和所述出气腔；以及计量装置，其经配置以设置于计量流道中以对通过所述计量流道的气体进行计量；其中，所述计量流道的方向与进气方向和/或出气方向垂直。

如上所述的气体超声流量计，其中所述进气口和所述出气口之间的距离为171-172mm。

如上所述的气体超声流量计，其中所述计量流道位于所述腔体的中心部分，并所述计量流道与所述进气腔相连的进口位于所述计量流道与所述出气腔相连的出口的下方。

如上所述的气体超声流量计，其中，所述进口或所述出口的截面为矩形或圆形。

如上所述的气体超声流量计，其中，所述进气腔和/或所述出气腔室的截面为L型；所述L型的一个腔臂与所述进气口相连；所述L型的另一个腔臂与所述计量流道相连，气体由所述进气口进入进气腔，流经进气腔由所述进口进入计量流道，流经计量流道由所述出口进入出气腔，流经出气腔由所述出气口离开。

如上所述的气体超声流量计，其中所述计量流道包括整流腔和计量腔，其中所述整流腔靠近于计量流道的入口处，其经配置以为进入所述计量腔前的气体进行整流；所述计量装置包括多个超声波换能器，其交错地设置于所述计量腔相对的两个腔壁上。

如上所述的气体超声流量计，其中，相对两个腔壁上的超声波换能的连线与所述计量腔中气体流动方向的角度为40-70度，优选为60度。

根据本申请另一方面，提出了一种气体计量系统，包括如上所述的气体超声流量计。

如上所述的气体计量系统，其中，对于气体通道为直管或单弯管，所述气体超声流量计直接安装在所述直管或单弯管上。

如上所述的气体计量系统，其中，对于气体通道为双弯管，所述气体超声流量计与所述双弯管之间的距离为大于或等于3D，其中D为双弯管的直径。

如上所述的气体计量系统，其中，气体通道与所述气体超声流量计之间不包括调整器。

本申请气体超声流量计通过改变内部结构，形成复杂的气体通路，使得气体进入后需要打破原有流态，组成新的流态，流态发生较大的变化，从而可以克服扰流因素，使得计量精度不受外部扰流的影响。

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1为根据本申请一个实施例的一个气体超声流量计剖面示意图；

图2为根据本申请一个实施例的气体超声流量计剖面构造图；

图3为根据本申请一个实施例的气体超声流量计气体流动示意图；

图4为根据本申请一个实施例的计量装置剖面图；

图5为根据本申请一个实施例的整流装置示意图；

图6为根据本申请一个实施例的气体超声流量计的内部气体示意图；

图7A和图7B为根据本申请一个实施例的气体超声流量计测试场景示意图；

图8为根据本申请一个实施例的气体超声流量计测量示意图；

图9为根据本申请另一个实施例的气体超声流量计测量示意图；

图10为根据本申请另一个实施例的气体超声流量计测量示意图；以及

图11为现有气体超声流量计的应用示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑的改变。

本申请提出一种新型的气体超声流量计，对其内部的气体通路进行调整，可以在不增加前置流动调整器或者前后直管长度的情况下，消除扰流带来的影响，使得气体超声流量计的精度可以得到保证，从而可以减小气体超声流量计的安装空间。

下面通过具体的实施方式来进一步说明本申请技术方案。本领域技术人员应当理解，以下描述仅仅是为了方便对本申请技术方案的理解，并不应当用来限制本申请的保护范围。

图1为根据本申请一个实施例的一个气体超声流量计剖面示意图。图2为根据本申请一个实施例的气体超声流量计剖面构造图。图3为根据本申请一个实施例的气体超声流量计气体流动示意图。

如图所示，气体超声流量计(也可简称“超声流量计”或“流量计”)100包括壳体101，其可以用于容纳气体超声流量计的内部结构，并对内部结构进行保护。在一些实施例中，壳体101包括进气口102和出气口103，其中，进气口102和出气口103设置于同一直线上，并位于壳体左右(参考图1中流量计设置的方向)相对的两个侧面上，可以与管道连接，从而可以将气体超声流量计连接与管路上，对通过管路中的气体进行测量。在一些实施例中，进气口102和出气口103可以设置于壳体的不同侧面(例如：上下侧面，或者左侧面和上侧面等)上，或者同一侧面平行的两条直线上，或者平行直线相对的两个侧面上。在一些实施例中，进气口和出气口之间的距离可以是171-172mm，以便于气体超声流量适应于不同管路或与其他不同流量计(如罗茨流量计)配合使用。

在一些实施例中，气体超声流量计100还可以包括进气腔104、出气腔105以及计量流道106。其中，进气腔104位于壳体101中，并与进气口102相通，出气腔105位于壳体101中，并与出气口103相通，计量流道106连接于进气腔104和出气腔105之间，可以将进气腔104和出气腔105连通，参考图3，从而气体可以由进气口102进入进气腔104，后经过计量流道106进入到出气腔105，然后由出气口103离开气体超声流量计。在一些实施例中，计量流道的轴线与进气方向和/或出气方向之间具有一个夹角。在一些实施例中，夹角可以为大于30°，或者大于45°，或者大于60°。根据本申请一个优选的实施例，气体超声流量计的进气方向和出气方向相同，计量流道106的轴线与进气方向和/或出气方向的夹角可以为90°。换句话说，计量流道106与进气方向和/或出气方向垂直。根据本申请一个实施例，计量流道与进气腔相连的进口位于计量流道与出气腔相连的出口的下方，气体或者气体可以由计量流道的下方进入到计量流道中，并由计量流道的上方离开计量流道。

在一些实施例中，气体超声流量100的进气腔104的截面为“L”型，其长侧边一侧的腔臂与进气口相连，短侧边一侧的腔臂与计量流道相连。气体由进气口进入到进气腔后，在进气腔中气体会沿其长侧边竖直流动(参考图1中所示的方向)，即气体在进气腔中流动的方向与计量流道的轴线方向平行。当气体或者气体由进气腔进入到计量流道时，需要经过180°的转弯进入到计量流道。通过复杂的流道使得气体的流态发生较大变化，气体会重新分配，打破原有气体的流态，组成新的流态，从而可以克服扰流因素，使得计量精度不受外部扰流的影响。在一些实施例中，气体超声流量计的出气腔105的截面也可以为“L”型，与进气腔结构类似，故在此不在赘述。气体由计量流道进入到出气腔后同样需要经过180°的转弯，竖直流动由出气口排出。在一些实施例中，气体超声流量的进气腔104和/或出气腔105的截面还可以是其他形状，只要可以打破气体原有的流态即可。

在一些实施例中，计量流道106位于壳体101的中心部分，由进气腔和出气腔将其包裹。参考图3，气体由进气口进入进气腔，然后流经进气腔，由进气腔与计量流道相连的进口进入计量流道，然后流经计量流道，由计量力道与出气腔相连的出口离开计量流道进入出气腔，然后流经出气腔，由出气口离开气体超声流量计。其中，气体在由进气口进入进气腔、由进气腔进入计量流道、由计量流道进入出气腔，以及由出气口离开气体超声流量计，气体流动方向均需要转弯变化，而气体在转弯时，气体的流态会被重新分配，从而可以消除气体的扰流。

在一些实施例中，计量流道截面的形状可以是矩形，以便于在计量流道中设置计量装置。在一些实施例中，计量流道截面的形状也可以是其他形状。例如：圆形。在一些实施例中，计量流道106还可以包括整流腔107和计量腔108。其中，整流腔107位于靠近计量流道106的入口处，对气体进行整流、梳理；计量腔108位于靠近计量流道106的出口处，对气体进行计量。气体由计量流道的入口进入后先经过整流腔，对气体进行整流、梳理，然后进入到计量腔对气体进行测量，测量后由计量流道的出口排出。

在一些实施例中，气体超声流量计100还可以包括计量装置110。如图4所示，图4为根据本申请一个实施例的计量装置剖面图。其设置于计量流道的计量腔中，可以对通过计量流道的气体进行计量，并将测量结果进行反馈。在一些实施例中，计量装置110可以多个超声波换能器(例如4个)，其交错设置于计量腔相对的两个内壁上，每个计量腔的内壁上设置2个超声波换能器，形成两个测量声道，可以对气体进行计量。在一些实施例中，相对的两个超声波换能器中心的连线与竖直平面(参考图4中所示的方向)之间，或者两个超声波换能器中心的连线与计量流道中气体流动方向之间包括一个夹角a。在一些实施例中，夹角a的范围在40°-70°之间。根据本申请一个优选的实施例，夹角a为60°。在一些实施例中，超声波换能器还可以有其他布置方式，故在此不再赘述。

在一些实施例中，气体超声流量计100还可以包括整流装置120。如图5所示，图5为根据本申请一个实施例的整流装置示意图。其设置于整流腔中，并位于计量装置110的前方，即气体进入后先经过整流装置，然后经过计量装置，从而可以对进入的气体进行整流、梳理，防止形成扰流，影响计量装置的测量结果。在一些实施例中，整流装置可以是蜂窝整流器。

下面将着重介绍本申请气体超声流量计连接在实际应用中的使用状态：

图6为根据本申请一个实施例的气体超声流量计的内部气体示意图。

如图所示，气体超声流量计100在靠近进口的进气腔或靠近出口处的出气腔气体呈漩涡状流动，但是在气体超声流量计的计量流道106中，气体呈直线流动，并且气体的流速得到了均匀分布，未形成扰流，不会影响气体超声流量计的测量精度。

而在气体超声流量计的实际使用过程中，由于连接管路的形式不同，管道内气体流动可能会对气体超声流量计的产生影响，影响其测量精度。尤其是当气体流经弯管时，气体在管道中的流速会产生变化，从而使得气体的流速不均匀形成扰流，会影响连接在弯管后的气体超声流量计的测量精度，而本申请气体超声流量计100在计量流道中，气体呈直线流动，并且气体的流速得到了均匀分布，能够有效的消除弯管产生的扰流，提高气体超声流量计的测量精度。

本申请还对气体超声流量计的测量精度进行检测，如本领域技术人员所理解，双弯管可以产生强扰流，对气体超声流量计影响最大，一般流量计需要在双弯管与流量计之间增加调整器或者直管来消除扰流，避免双弯管产生的强扰乱对气体超声流量计产生影响(可参考欧盟标准OIML R 137-1&2 Edition 2012(E))。

参考图7，图7A和图7B为根据本申请一个实施例的气体超声流量计测试场景示意图。如图所示，测量场景包括进气管道701、第一弯管702和第二弯管703、以及设置于第二弯管703和气体超声流量计100之间的直管S1(图中未示出)。其中，图7A和图7B分别示出了两个不同方向(左右两个方向)的进气管道，换言之，示出了两种不同的双弯管气体通道的组合方式。

参考图8，当直管S1为零时，也就是第二弯管703直接与气体超声流量计相连，进气管道701向右进气，当气体的流量达到40-60立方米每小时，气体超声流量计的测量误差超出规定范围；当气体流量大于60立方米每小时，气体超声流量计测量误差符合规定范围。进气管道701向左进气，当气体流量达到45-48立方米每小时，气体超声流量计的测量误差超出规定范围，当再次增加气体流量时，气体超声流量计的测量误差符合规定范围；当气体流量再次增加到60立方米每小时以上时，气体超声流量计的测量误差超出规定范围。由此可知，当在流量计和双弯管之间未连接直管或调整器时，本申请气体超声流量计在部分流速范围内，气体超声流量计的计量误差不满足规定要求。而应对双弯管强扰流，本申请气体超声流量计仅在部分流速范围内计量误差未满足要求，针对直管或单弯管等不产生扰流或者产生弱扰流的气体通道时，气体超声流量计可以直接安装在直管或单弯管上使用。

参考图9，当直管S1为双弯管管径的三倍时，也就是第二弯管与气体超声流量计之间连接一段长度为管径三倍的直管。而随着气体流速的增加，气体超声流量计的测量误差一直满足误差规定的范围。参考图10，当直管S1为双弯管管径的五倍时，也就是第二弯管与气体超声流量计之间连接一段长度为管径五倍的直管。而随着气体流速的增加，气体超声流量计的测量误差一直满足误差规定的范围。由此可知，当在流量计和双弯管之间连接一定长度的直管，本申请气体超声流量计的计量误差可以满足规定要求。

本申请气体超声流量计通过改变内部结构，形成复杂的气体通路，使得气体进入后需要打破原有流态，组成新的流态，使得流态发生较大的变化，从而可以克服扰流因素，而且还在计量前设置有整流装置，对气体进行整流，可以使得计量精度不受外部扰流的影响。而且本申请气体超声流量计的内部结构紧凑，体积小巧，可以大大的缩减气体超声流量计的安装空间。而且本申请气体超声流量计还可以适用于其他的流体，并不局限于气体，以上实施例中仅仅是为了详细说明本申请的技术方案。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (11)

1.一种气体超声流量计，包括：

壳体，其包括进气口和出气口；

进气腔，其位于所述壳体内并与所述进气口相连；

出气腔，其位于所述壳体内并与所述出气口相连的；

计量流道，其经配置以连通所述进气腔和所述出气腔；以及

计量装置，其经配置以设置于计量流道中以对通过所述计量流道的气体进行计量；

其中，所述计量流道的方向与进气方向和/或出气方向垂直。

2.根据权利要求1所述的气体超声流量计，其中所述进气口和所述出气口之间的距离为171-172mm。

3.根据权利要求1所述的气体超声流量计，其中所述计量流道位于所述腔体的中心部分，并所述计量流道与所述进气腔相连的进口位于所述计量流道与所述出气腔相连的出口的下方。

4.根据权利要求3所述的气体超声流量计，其中，所述进口或所述出口的截面为矩形或圆形。

5.根据权利要求4所述的气体超声流量计，其中，所述进气腔和/或所述出气腔室的截面为L型；所述L型的一个腔臂与所述进气口相连；所述L型的另一个腔臂与所述计量流道相连，气体由所述进气口进入进气腔，流经进气腔由所述进口进入计量流道，流经计量流道由所述出口进入出气腔，流经出气腔由所述出气口离开。

6.根据权利要求4所述的气体超声流量计，其中所述计量流道包括整流腔和计量腔，其中所述整流腔靠近于计量流道的入口处，其经配置以为进入所述计量腔前的气体进行整流；所述计量装置包括多个超声波换能器，其交错地设置于所述计量腔相对的两个腔壁上。

7.根据权利要求6所述的气体超声流量计，其中，相对两个腔壁上的超声波换能的连线与所述计量腔中气体流动方向的角度为40-70度，优选为60度。

8.一种气体计量系统，包括如权利要求1-7任一所述的气体超声流量计。

9.根据权利要求8所述的气体计量系统，其中，对于气体通道为直管或单弯管，所述气体超声流量计直接安装在所述直管或单弯管上。

10.根据权利要求8所述的气体计量系统，其中，对于气体通道为双弯管，所述气体超声流量计与所述双弯管之间的距离为大于或等于3D，其中D为双弯管的直径。

11.根据权利要求8所述的气体计量系统，其中，气体通道与所述气体超声流量计之间不包括调整器。

Images