CN116698145A - 一种热式气体质量流量检测系统 - Google Patents

一种热式气体质量流量检测系统 Download PDF

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CN116698145A CN202310924029.8A CN202310924029A CN116698145A CN 116698145 A CN116698145 A CN 116698145A CN 202310924029 A CN202310924029 A CN 202310924029A CN 116698145 A CN116698145 A CN 116698145A
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Abstract

本发明涉及一种热式气体质量流量检测系统，包括测量管,所述测量管上设有气体降温部件，所述气体降温部件包括第一腔和第二腔，所述测量管的内部设有导热管，所述导热管的两端部分别与第一腔和第二腔连通，所述第一腔内部适配有可纵向移动的活塞板，所述第一腔内还配置有用于驱动活塞板往复运动的驱动组件，所述测量管的外部还设有回流管，所述回流管的两端部分别与第一腔和第二腔连通。通过在测量管的输出端设置气体降温部件，从而实现对加热后的气体恢复原温度，降低热式气体质量流量计在加热检测时对气体温度的影响，降低因气体温度升高对后续气体使用时的影响，使其能够更好的适用于对气体温度有严格要求的使用场景。

Description

一种热式气体质量流量检测系统
技术领域
本发明涉及气体流量计技术领域，尤其涉及一种热式气体质量流量检测系统。
背景技术
热式气体流量计是基于热扩散原理而设计的流量仪表.即利用流体流过发热物体时,发热物体的热量散失多少与流体的流量呈一定的比例关系.该系列流量计的传感器有两只标准级的RTD,一只用来做热源,一只用来测量流体温度,其中一个温度传感器不管气体流速如何，仅用于检测流经测量管内部气体的实际温度作为参考，如果没有气体流过时，两个传感器之间的温差不会改变，一旦气体开始流动，流经的气体就会吸收加热传感器的热量然后将热量带走，被带走的热量则会得出测量数据，并通过电流补充它的热量，这样目标温差持续保持，维持温差所需的加热电流与带走的热量形成正比，因此就可以直接衡量管道中的气体流量，流速越大，被带走的热量就越快越多，所需要的加热电流也就越大。
热式气体流量计是通过气体流动吸收并带走加热传感器的热量来实现对气体流量的检测，也就是说，管道内的气体经过现有的热式气体流量计后，其温度会产生一定的升高，且气体流速越快，温度传感器所散发的热量也就越高，对于一些对气体温度有严格要求的使用条件时，会导致现有的热式气体流量计很难去使用，需要对其进行改进。
基于现有技术中存在的不足，本发明公开了一种热式气体质量流量检测系统，通过在测量管的输出端设置气体降温部件，从而实现对加热后的气体恢复原温度，降低热式气体质量流量计在加热检测时对气体温度的影响，降低因气体温度升高对后续气体使用时的影响，使其能够更好的适用于对气体温度有严格要求的使用场景。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种热式气体质量流量检测系统，具体技术方案如下：
一种热式气体质量流量检测系统，包括测量管,所述测量管上沿其气体流动方向依次设置有气体检测部件、气体降温部件，所述气体降温部件包括分设于所述测量管相背两侧的第一腔和第二腔，所述测量管的内部设置有导热管，所述导热管的两端部分别与所述第一腔和第二腔连通，所述第一腔内部适配有可纵向移动的活塞板，所述活塞板的位移方向垂直于所述测量管的轴线方向设置，所述第一腔内还配置有用于驱动所述活塞板往复运动的驱动组件，所述测量管的外部还设置有回流管，所述回流管的两端部分别与所述第一腔和第二腔连通，所述导热管靠近所述第一腔的一端部设置有第一单向阀，所述回流管靠近所述第一腔的一端部设置有第二单向阀。
进一步地，所述第一腔设置于所述测量管的上方，所述第二腔设置于所述测量管的下方，所述第一腔位于所述活塞板下方的部分以及第二腔、导热管、回流管内部填充有冷却液。
进一步地，所述驱动组件设置于所述活塞板远离所述测量管的一侧，所述驱动组件包括设置于所述活塞板远离所述测量管的一侧的磁性板以及设置于所述磁性板正上方的电磁铁，所述电磁铁位于所述第一腔的顶部，且所述电磁铁为可变电磁铁。
进一步地，所述导热管设置有若干个，若干个所述导热管沿垂直于所述测量管轴线的方向均匀间隔设置。
进一步地，所述导热管位于所述测量管内部的部分呈直管状或波纹状。
进一步地，所述回流管设置有若干个，若干个所述回流管等分对称设置在所述测量管相背的两侧，且同一侧的若干个所述回流管沿所述测量管的轴线方向均匀间隔设置。
进一步地，每个所述回流管上均设置有环形散热翅，所述环形散热翅设置有多个，多个所述环形散热翅沿所述回流管的轴线方向均匀间隔设置。
进一步地，所述气体检测部件包括仪表部以及设置于所述测量管内部的两个温度传感器，所述温度传感器均为Pt100电阻温度计，其中一个温度传感器用于检测流经所述测量管内部气体的实际温度，另一个所述温度传感器通过电能持续加热以维持两个所述温度传感器之间的预定温度差。
进一步地，所述仪表部内部还设置有用于通过电流来补充所述温度传感器需要热量的控制板，所述控制板内部还设置有用于循环切换所述电磁铁线圈电流方向的切换电路。
进一步地，所述切换电路的切换频率与所述温度传感器加热所需电流的大小呈正比。
进一步地，所述切换电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一非门、第二非门以及第一方向电路、第二方向电路、触发电路，所述第一方向电路并联有第二与门、第一非门，所述第二与门的另一端并联有第二三极管、第一与门、第三与门、第四与门，所述触发电路依次串联有第一与门、第一三极管，所述第一非门的另一端与所述第一与门连接，所述第一三极管、第二三极管均与所述电磁铁线圈的一端连接，所述电磁铁线圈的另一端连接有第三三极管、第四三极管，所述第二方向电路并联有第四与门、第二非门，所述第四与门的另一端与第四三极管连接，所述第二非门的另一端经所述第三与门与所述第三三极管连接。
为了进一步提高气体降温部件工作时的降温效果，即加热后的气体经过气体降温部件时能够得到更好的散热，所述导热管距温度传感器的距离为L、气体实际温度为T1、温度传感器实际温度为T2、恒温差为ΔT、气体流速为V与切换电路切换频率f之间应满足一下关系：
上式中，f单位，HZ；L单位，cm；V单位，m/s；a为关系系数，取值范围为1.0-1.22。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明一种热式气体质量流量检测系统，通过在测量管的输出端设置气体降温部件，从而实现对加热后的气体恢复原温度，降低热式气体质量流量计在加热检测时对气体温度的影响，降低因气体温度升高对后续气体使用时的影响，使其能够更好的适用于对气体温度有严格要求的使用场景。
(2)本发明一种热式气体质量流量检测系统，通过对导热管距温度传感器的距离为L、气体实际温度为T1、温度传感器实际温度为T2、恒温差为ΔT、气体流速为V与切换电路切换频率f之间的限定，能够进一步提高气体降温部件工作时的降温效果，即能够根据气体的流速来调整电磁铁的切换频率，使加热后的气体经过气体降温部件时能够得到更好的散热。
附图说明
图1是本发明的正视示意图。
图2是本发明图1的A-A处剖视示意图。
图3是本发明图2的B处局部放大示意图。
图4是本发明的切换电路电路示意图。
图5是本发明的实施例3的气体降温部件结构示意图。
图6是本发明图4的C处局部放大示意图。
图7是本发明图4的D-D处剖视示意图。
图8是本发明的散热组件结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
如图1-4所示，一种热式气体质量流量检测系统，包括测量管1,所述测量管1上沿其气体流动方向依次设置有气体检测部件2、气体降温部件3，所述气体降温部件3包括分设于所述测量管1相背两侧的第一腔4和第二腔5，所述测量管1的内部设置有导热管6，所述导热管6的两端部分别与所述第一腔4和第二腔5连通，所述第一腔4内部适配有可纵向移动的活塞板7，所述活塞板7的位移方向垂直于所述测量管1的轴线方向设置，所述第一腔4内还配置有用于驱动所述活塞板7往复运动的驱动组件，所述测量管1的外部还设置有回流管9，所述回流管9的两端部分别与所述第一腔4和第二腔5连通，所述导热管6靠近所述第一腔4的一端部设置有第一单向阀10，所述回流管9靠近所述第一腔4的一端部设置有第二单向阀11。
通过在测量管的输出端设置气体降温部件，从而实现对加热后的气体恢复原温度，降低热式气体质量流量计在加热检测时对气体温度的影响，降低因气体温度升高对后续气体使用时的影响，使其能够更好的适用于对气体温度有严格要求的使用场景。
进一步地，所述第一腔4设置于所述测量管1的上方，所述第二腔5设置于所述测量管1的下方，所述第一腔4位于所述活塞板7下方的部分以及第二腔5、导热管6、回流管9内部填充有冷却液。
进一步地，所述驱动组件设置于所述活塞板7远离所述测量管1的一侧，所述驱动组件包括设置于所述活塞板7远离所述测量管1的一侧的磁性板81以及设置于所述磁性板81正上方的电磁铁82，所述电磁铁82位于所述第一腔4的顶部，且所述电磁铁82为可变电磁铁。磁性板81为电磁铁，当电磁铁82通电时，能够对磁性板81产生吸力或排斥力，电磁铁82不断通入不同的切换电流从而实现对磁性板81、活塞板7的往复上下移动，当活塞板7向上移动时，能够对第一腔4的下端产生负压，将导热管内部的冷却液吸入第一腔，同时，第二腔内部冷却后的冷却液进入导热管内部，当活塞板7向下移动时，第一腔内部的冷却液被挤压经回流管9进入第二腔，期间经过回流管9、第二腔时实现与外界的散热。
进一步地，所述导热管6设置有若干个，若干个所述导热管6沿垂直于所述测量管1轴线的方向均匀间隔设置。
进一步地，所述导热管6位于所述测量管1内部的部分呈直管状或波纹状。
进一步地，所述回流管9设置有若干个，若干个所述回流管9等分对称设置在所述测量管1相背的两侧，且同一侧的若干个所述回流管9沿所述测量管1的轴线方向均匀间隔设置。
进一步地，每个所述回流管9上均设置有环形散热翅，所述环形散热翅设置有多个，多个所述环形散热翅沿所述回流管9的轴线方向均匀间隔设置。
进一步地，所述气体检测部件2包括仪表部以及设置于所述测量管1内部的两个温度传感器，所述温度传感器均为Pt100电阻温度计，其中一个温度传感器用于检测流经所述测量管1内部气体的实际温度，另一个所述温度传感器通过电能持续加热以维持两个所述温度传感器之间的预定温度差。其中一个温度传感器不管气体流速如何，仅用于检测流经所述测量管1内部气体的实际温度作为参考，如果没有气体流过时，两个传感器之间的温差不会改变，一旦气体开始流动，流经的气体就会吸收加热传感器的热量然后将热量带走，被带走的热量则会得出测量数据，并通过电流补充它的热量，这样目标温差持续保持，维持温差所需的加热电流与带走的热量形成正比，因此就可以直接衡量管道中的气体流量，流速越大，被带走的热量就越快越多，所需要的加热电流也就越大。
进一步地，所述仪表部内部还设置有用于通过电流来补充所述温度传感器需要热量的控制板，所述控制板内部还设置有用于循环切换所述电磁铁82线圈电流方向的切换电路。
进一步地，所述切换电路的切换频率与所述温度传感器加热所需电流的大小呈正比。
进一步地，所述切换电路包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第一非门、第二非门以及第一方向电路29、第二方向电路30、触发电路31，所述第一方向电路并联有第二与门、第一非门，所述第二与门的另一端并联有第二三极管、第一与门、第三与门、第四与门，所述触发电路依次串联有第一与门、第一三极管，所述第一非门的另一端与所述第一与门连接，所述第一三极管、第二三极管均与所述电磁铁82线圈的一端连接，所述电磁铁82线圈的另一端连接有第三三极管、第四三极管，所述第二方向电路并联有第四与门、第二非门，所述第四与门的另一端与第四三极管连接，所述第二非门的另一端经所述第三与门与所述第三三极管连接。
参考图4，当第一方向电路信号为0，第二方向电路信号为1，并且触发电路的信号为1，那么第一三极管、第四三极管导通，电流从左至右经过电磁铁82的线圈；同理，当第一方向电路信号为1，第二方向电路信号为0，那么第二三极管、第三三极管导通，电流将反向流过电磁铁82的线圈。
实施例2
在实施例1的基础上，为了进一步提高气体降温部件工作时的降温效果，即加热后的气体经过气体降温部件时能够得到更好的散热，所述导热管距温度传感器的距离为L、气体实际温度为T1、温度传感器实际温度为T2、恒温差为ΔT、气体流速为V与切换电路切换频率f之间应满足一下关系：
上式中，f单位，HZ；L单位，cm；V单位，m/s；a为关系系数，取值范围为1.0-1.22。
通过对导热管距温度传感器的距离为L、气体实际温度为T1、温度传感器实际温度为T2、恒温差为ΔT、气体流速为V与切换电路切换频率f之间的限定，能够进一步提高气体降温部件工作时的降温效果，即能够根据气体的流速来调整电磁铁的切换频率，使加热后的气体经过气体降温部件时能够得到更好的散热。
实施例3
如图5-8所示，所述实施例1不同之处在于，所述电磁铁82呈T型，且电磁铁8的一端垂直于所述磁性板81设置，所述电磁铁的另外两端呈左右水平设置，所述第一腔4的外侧设置有第一腔座12，所述电磁铁位于所述第一腔座内部，且所述第一腔座的上端内部位于所述电磁铁的左右两端对称设置有散热组件，所述散热组件包括扇叶15，用于驱动所述扇叶往复转动的第二驱动组件，所述第一腔座的左右两侧面上分别设置有若干个散热板13，若干个所述散热板13之间形成散热槽，所述扇叶15位于所述散热槽内。
所述第二驱动组件包括导轨腔16，所述导轨腔16的长度方向呈左右方向设置，所述导轨腔内部适配有可左右移动的齿条17，所述齿条靠近所述电磁铁8的一端设置有第二磁性件，所述齿条上适配有齿轮18，所述齿轮18上同轴设置有活动杆19，所述活动杆的轴线方向呈左右方向设置，所述活动杆的另一端同轴设置有弹性软管20，所述弹性软管的另一端连通有固定管21，所述固定管的另一端内部通过密封轴承23同轴设置有转动杆22，所述转动杆靠近所述弹性软管20的一端同轴设置有第二扇叶24，所述扇叶15位于所述转动杆的另一端，所述固定管靠近所述弹性软管的一端与所述弹性软管连通，且所述弹性软管内部填充有循环液25。
所述固定管靠近所述弹性软管的一端内部设置有第三单向阀27，所述弹性软管、固定管之间还连通有第二回流管26，所述第二回流管26靠近所述弹性软管的一端设置有第四单向阀28。
通过设计的活动杆、弹性软管、固定管、齿轮、齿条、第二磁性件和电磁铁的相互配合，使电磁铁在通电获得磁性时，齿条上的第二磁性件(磁铁)与电磁铁发生互斥而远离电磁铁，使其上的齿带动齿轮转动，使活动杆同步转动，使弹性软管发生相对旋转压缩形变，使管内的循环液25在挤压下流向固定管内部，使流动的循环液25作用于转动杆的第二扇叶24，使转动杆转动，从而使位于冷却槽19内的扇叶同步转动，使冷却容器18上的所有冷却槽19内出现气流流动，使固定冷却管内的冷却液在弹性胶管的往复运动下而进行快速流动时，能作用于转动轴底部的扇叶，使转动轴转动，使转动轴位于散热槽内的扇叶15同步转动，从而使散热槽内产生气流流动，实现对第一腔的散热，提高气体降温部件的散热效率；电流切换时，使齿条上磁铁在磁场的吸引下复原移动，弹性软管复原产生吸力，使循环液经第四单向阀回到弹性软管内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各块技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，包括测量管（1）,所述测量管（1）上沿其气体流动方向依次设置有气体检测部件（2）、气体降温部件（3），所述气体降温部件（3）包括分设于所述测量管（1）相背两侧的第一腔（4）和第二腔（5），所述测量管（1）的内部设置有导热管（6），所述导热管（6）的两端部分别与所述第一腔（4）和第二腔（5）连通，所述第一腔（4）内部适配有可纵向移动的活塞板（7），所述活塞板（7）的位移方向垂直于所述测量管（1）的轴线方向设置，所述第一腔（4）内还配置有用于驱动所述活塞板（7）往复运动的驱动组件，所述测量管（1）的外部还设置有回流管（9），所述回流管（9）的两端部分别与所述第一腔（4）和第二腔（5）连通，所述导热管（6）靠近所述第一腔（4）的一端部设置有第一单向阀（10），所述回流管（9）靠近所述第一腔（4）的一端部设置有第二单向阀（11）。
2.根据权利要求1所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述第一腔（4）设置于所述测量管（1）的上方，所述第二腔（5）设置于所述测量管（1）的下方，所述第一腔（4）位于所述活塞板（7）下方的部分以及第二腔（5）、导热管（6）、回流管（9）内部填充有冷却液。
3.根据权利要求1或2所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述驱动组件设置于所述活塞板（7）远离所述测量管（1）的一侧，所述驱动组件包括设置于所述活塞板（7）远离所述测量管（1）的一侧的磁性板（81）以及设置于所述磁性板（81）正上方的电磁铁（82），所述电磁铁（82）位于所述第一腔（4）的顶部，且所述电磁铁（82）为可变电磁铁。
4.根据权利要求1所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述导热管（6）设置有若干个，若干个所述导热管（6）沿垂直于所述测量管（1）轴线的方向均匀间隔设置。
5.根据权利要求4所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述导热管（6）位于所述测量管（1）内部的部分呈直管状或波纹状。
6.根据权利要求1所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述回流管（9）设置有若干个，若干个所述回流管（9）等分对称设置在所述测量管（1）相背的两侧，且同一侧的若干个所述回流管（9）沿所述测量管（1）的轴线方向均匀间隔设置。
7.根据权利要求6所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，每个所述回流管（9）上均设置有环形散热翅，所述环形散热翅设置有多个，多个所述环形散热翅沿所述回流管（9）的轴线方向均匀间隔设置。
8.根据权利要求1所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述气体检测部件（2）包括仪表部以及设置于所述测量管（1）内部的两个温度传感器，所述温度传感器均为Pt100电阻温度计，其中一个温度传感器用于检测流经所述测量管（1）内部气体的实际温度，另一个所述温度传感器通过电能持续加热以维持两个所述温度传感器之间的预定温度差。
9.根据权利要求8所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述仪表部内部还设置有用于通过电流来补充所述温度传感器需要热量的控制板，所述控制板内部还设置有用于循环切换所述电磁铁（82）线圈电流方向的切换电路。
10.根据权利要求9所述一种热式气体质量流量检测系统，其特征在于，所述切换电路的切换频率与所述温度传感器加热所需电流的大小呈正比。
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