CN116818029A - 一种带自动标定功能的矩阵流量计及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带自动标定功能的矩阵流量计及标定方法，矩阵流量计包括矩阵流量计本体、皮托管、平均全压引压管、平均静压引压管、第一差压变送器、全压比对引压管、全压比对通断阀、静压比对引压管、静压比对通断阀、第二差压变送器、支路全压管、支路全压通断阀、支路静压管和支路静压通断阀；皮托管按标准网格法布置在矩阵流量计本体的上或下游；矩阵流量计本体通过平均全压引压管和平均静压引压管连接至第一差压变送器；第二差压变送器通过全压比对引压管和静压比对引压管连接平均全压引压管和平均静压引压管；皮托管通过支路全压引压和支路静压引压管连接第二差压变送器；各通断阀设在对应的管路上。本发明实现了不同工况下的高精度、实时测量。

Description

一种带自动标定功能的矩阵流量计及标定方法

技术领域

本发明涉及一种带自动标定功能的矩阵流量计及标定方法，属于气体流量监测领域。

背景技术

在现代企业生产中，锅炉每小时都需送入大量的风，同时产出大量的烟气。随着我国经济体制改革的深入、经济核算单位的细分，实行成本核算与管理、充分降低能耗已成发展趋势，而大管道含尘气体流量的测量，其意义显得越来越重大，亦愈来愈被人们所关注与重视。

工业生产过程，在温度、压力、流量、液位四大热工参数的测量中，自控工程师普遍认为流量测量要达到预期的精确度和可靠性的难度最大，尤其是大管道风量、烟气流量测量，更显棘手，究其原因：一则被测量流体普遍具有温度高、含尘量大、腐蚀性强等特点；二则输送流体的管道截面积大、直管段短、弯头多，流场不均匀，且流量变化范围大、静压小、流速低。因此，要准确测量大管道风量、烟气流量，既要合理设计、选择流量仪表，又要正确安装、使用流量仪表，只有全方位的管控才能保证测量值的准确可靠。

矩阵流量计被开发用于非均匀流场气体流量测量，其核心技术思想是在大截面布置多个感压测点并汇总，实现多点均压(之后接差压变送器)，提高测量准确性。常规矩阵流量计为实时测量表计，测量迟滞时间可忽略不计，瞬时流量波动也能在线实时测量，在流场分布规律基本不变的前提下，经采用固定的流量系数标定后能较为准确测量气体流量，但一旦流场分布规律发生变化，由于多个感压测点之间存在窜流，气体流动的动能不能完全转化为势能，也即获取的均压后差压信号失真，流量系数不稳定，导致无法准确测量气体流量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种带自动标定功能的矩阵流量计及标定方法，实现了不同工况下的高精度测量，且实现气体流量实时连续输出。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种带自动标定功能的矩阵流量计，包括矩阵流量计本体、皮托管、平均全压引压管、平均静压引压管、第一差压变送器、全压比对引压管、全压比对通断阀、静压比对引压管、静压比对通断阀、第二差压变送器、支路全压管、支路全压通断阀、支路静压管和支路静压通断阀；

皮托管的数量N≥4，N根皮托管按标准网格法布置在矩阵流量计本体的上游或下游；

矩阵流量计本体上设有平均全压引压口和平均静压引压口，平均全压引压管一端连接平均全压引压口、另一端接至第一差压变送器的正压端，平均静压引压管的一端连接平均静压引压口、另一端接至第一差压变送器的负压端；

全压比对引压管一端连接平均全压引压管上任意位置、另一端接至第二差压变送器的正压端，全压比对通断阀设在全压比对引压管上；静压比对引压管一端连接平均静压引压管上任意位置、另一端接至第二差压变送器的负压端，静压比对通断阀设在静压比对引压管上；

支路全压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的全压接头分别通过对应支路全压管接至第二差压变送器的正压端，各支路全压管上均设有支路全压通断阀；支路静压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应支路静压管接至第二差压变送器的正压端，各支路静压管上均设有支路静压通断阀。

上述通过呈标准网格法布置的皮托管可实现大截面气体流量的准确测量，结合特定连接结构的设计，实现了不同工况下对矩阵流量计测量的精确修正，既保证了流量测量的无迟滞性，又保证了不同工况下测量的准确性。

为了便于差压变送器校零，上述带自动标定功能的矩阵流量计，优选，还包括平均全压通断阀、平均静压通断阀、平衡连通管和平衡连通阀；平均全压通断阀设在平均全压引压管上，平均静压通断阀设在平均静压引压管上；平衡连通管的一端接平均全压通断阀和第一差压变送器之间的平均全压引压管，另一端接平均静压通断阀与第一差压变送器之间的平均静压引压管；平衡连通阀设在平衡连通管上。

平均全压通断阀、平均静压通断阀、支路全压通断阀和支路静压通断阀均关闭，保持平衡连通阀、全压对比通断阀和静压比对通断阀均打开，实现第一差压变送器和第二差压变送器校零功能。

需要说明的是：当处于测量状态时，平均全压通断阀和平均静压通断阀处于打开状态，平衡连通阀处于关于状态。

上述全压比对通断阀、静压比对通断阀、支路全压通断阀、支路静压通断阀、第一差压变送器、第二差压变送器、平均全压通断阀、平均静压通断阀和平衡连通阀的电路均接至自动标定管控平台。需要说明的是：自动标定管控平台采用现有设备即可，通断阀“通断”的控制采用现有成熟技术，本申请对此并没有任何改进，因此不再赘述。

上述一个全压对比通断阀和一个静压比对通断阀组成一组比对通断阀，同一个皮托管对应的支路全压通断阀和支路静压通断阀组成一组支路通断阀，N个皮托管对应N组支路通断阀；

一组比对通断阀和N组支路通断阀中，至多只能保持其中一组通断阀(比对通断阀或支路通断阀)是打开的、其余均关闭，且轮巡打开其中一组通断阀，每组通断阀打开时间为T；

当N组支路通断阀轮巡打开时，获取整个测量截面的流速分布及平均流速，进而获取准确的流量值，取该时段内N根皮托管测量的流速或流量均值与该NT时段内矩阵流量计测量的流速或流量均值的比值K，作为矩阵流量计的在线标定系数，矩阵流量计的输出值修正为当前测量值乘以K之后的计算值。

当矩阵流量计测量数值在N组支路通断阀轮巡打开的NT时段内波动幅度小于±3％时，则进行K值的更新，否则(波动幅度≥±3％)不予更新。

在比对通断阀打开时段，第一差压变送器和第二差压变送器输出值的均值偏差超过±1％，自动标定管控平台发出差压变送器需要校准的报警提示。报警提示的具体设置方法采用现有成熟技术即可。

上述每组通断阀打开时间T优选介于5-30s之间。

在流速0-50m/s范围内具备分段标定功能，每段长为2～5m/s。

本申请尤其适用于不稳定工况的测量，实时且精准。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明带自动标定功能的矩阵流量计，结合呈标准网格法布置的皮托管和特定连接结构的设计，实现了不同工况下对矩阵流量计测量的精确修正，实现了不同工况下的高精度测量，同时保证了气体流量实时连续输出；进一步，还实现了差压变送器的在线校零。

附图说明

图1为本发明实施例1带自动标定功能的矩阵流量计的布置示意图；

图2为本发明实施例2带自动标定功能的矩阵流量计的布置示意图；

图3为本发明实施例1中带自动标定功能的矩阵流量计与常规不带标定功能的矩阵流量计、标准网格法流量计的测量输出值的对比图；

图中，1为矩阵流量计本体，2为皮托管，3为平均全压引压管，4为平均静压引压管，5为全压比对引压管，6为静压比对引压管，7为全压比对通断阀，8为静压比对通断阀，9为支路全压管，10为支路静压管，11为支路全压通断阀，12为支路静压通断阀，13为第一差压变送器，14为第二差压变送器，15为平均全压通断阀，16为平均静压通断阀，17为平衡连通管，18为平衡连通阀；Qa为带自动标定功能的矩阵流量计输出值，Qb为常规不带标定功能的矩阵流量计输出值，Qc为标准网格法流量计输出值。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示，一种带自动标定功能的矩阵流量计，包括矩阵流量计本体、皮托管、平均全压引压管、平均静压引压管、第一差压变送器、全压比对引压管、全压比对通断阀、静压比对引压管、静压比对通断阀、第二差压变送器、支路全压管、支路全压通断阀、支路静压管和支路静压通断阀；

皮托管的数量N≥4，N根皮托管按标准网格法布置在矩阵流量计本体的上游或下游；

矩阵流量计本体上设有平均全压引压口和平均静压引压口，平均全压引压管一端连接矩阵流量计本体的平均全压引压口、另一端接至第一差压变送器的正压端，平均静压引压管的一端连接矩阵流量计本体的平均静压引压口、另一端接至第一差压变送器的负压端；

全压比对引压管一端连接平均全压引压管上任意位置、另一端接至第二差压变送器的正压端，全压比对通断阀设在全压比对引压管上；静压比对引压管一端连接平均静压引压管上任意位置、另一端接至第二差压变送器的负压端，静压比对通断阀设在静压比对引压管上；

支路全压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的全压接头分别通过对应支路全压管接至第二差压变送器的正压端，各支路全压管上均设有支路全压通断阀；支路静压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应支路静压管接至第二差压变送器的正压端，各支路静压管上均设有支路静压通断阀。

一个全压对比通断阀和一个静压比对通断阀组成一组比对通断阀，同一个皮托管对应的支路全压通断阀和支路静压通断阀组成一组支路通断阀，N个皮托管对应N组支路通断阀；一组比对通断阀和N组支路通断阀中，至多只能保持其中一组通断阀(比对通断阀或支路通断阀)是打开的、其余均关闭，且轮巡打开其中一组通断阀，每组通断阀打开时间为T(5-30s)；

当N组支路通断阀轮巡打开时，获取整个测量截面的流速分布及平均流速，进而获取准确的流量值，取该时段内N根皮托管测量的流速或流量均值与该NT时段内矩阵流量计测量的流速或流量均值的比值K(当矩阵流量计测量数值在此NT时段内波动幅度小于±3％时，则按此方法进行K值的更新，否则不更新K值)，作为矩阵流量计的在线标定系数，矩阵流量计的输出值修正为当前测量值乘以K之后的计算值。

为了比对上述带自动标定功能的矩阵流量计(含标准网格法流量计)与常规不带标定功能的矩阵流量计测量特性，分别存储输出带自动标定功能的矩阵流量计与常规不带标定功能的矩阵流量计、标准网格法流量计的测量曲线，应用场合600MW等级燃煤发电机组脱硫后、烟囱前的烟道直管段，N为36，T为8，结果如图3所示，由图3可看出，带自动标定功能的矩阵流量计与标准网格法流量计的测量基本吻合，仅是存在相位差，也即标准网格法流量计迟滞一段时间，另外标准网格法流量计测量曲线更平滑，自带滤波效果，在剧烈变工况情况下，其测量值的波峰值更小或波谷值更大；矩阵流量计测量输出值未标定情况下，其与标准网格法流量计测量曲线吻合度较差，测量不准。

实施例2

如图2所示，在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：为了便于差压变送器校零，带自动标定功能的矩阵流量计，还包括平均全压通断阀、平均静压通断阀、平衡连通管和平衡连通阀；平均全压通断阀设在平均全压引压管上，平均静压通断阀设在平均静压引压管上；平衡连通管的一端接平均全压通断阀和第一差压变送器之间的平均全压引压管，平衡连通管的另一端接平均静压通断阀与第一差压变送器之间的平均静压引压管；平衡连通阀设在平衡连通管上。平均全压通断阀、平均静压通断阀、支路全压通断阀和支路静压通断阀均关闭，保持平衡连通阀、全压对比通断阀和静压比对通断阀均打开，实现第一差压变送器和第二差压变送器校零功能。

当处于测量状态时，平均全压通断阀和平均静压通断阀处于打开状态，平衡连通阀处于关于状态。具体修正方法同实施例1。

全压比对通断阀、静压比对通断阀、支路全压通断阀、支路静压通断阀、第一差压变送器、第二差压变送器、平均全压通断阀、平均静压通断阀和平衡连通阀的电路均接至自动标定管控平台。在比对通断阀打开时段，第一差压变送器和第二差压变送器输出值的均值偏差超过±1％，自动标定管控平台发出差压变送器需要校准的报警提示。

在流速0-50m/s范围内具备分段标定功能，每段长为2～5m/s。

上述各例带自动标定功能的矩阵流量计，结合呈标准网格法布置的皮托管和特定连接结构的设计，实现了不同工况下对矩阵流量计测量的精确修正，实现了不同工况下的高精度测量，同时保证了气体流量实时连续输出。

Claims (9)

1.一种带自动标定功能的矩阵流量计，其特征在于：包括矩阵流量计本体、皮托管、平均全压引压管、平均静压引压管、第一差压变送器、全压比对引压管、全压比对通断阀、静压比对引压管、静压比对通断阀、第二差压变送器、支路全压管、支路全压通断阀、支路静压管和支路静压通断阀；

皮托管的数量N≥4，N根皮托管按标准网格法布置在矩阵流量计本体的上游或下游；

矩阵流量计本体上设有平均全压引压口和平均静压引压口，平均全压引压管一端连接平均全压引压口、另一端接至第一差压变送器的正压端，平均静压引压管的一端连接平均静压引压口、另一端接至第一差压变送器的负压端；

全压比对引压管一端连接平均全压引压管、另一端接至第二差压变送器的正压端，全压比对通断阀设在全压比对引压管上；静压比对引压管一端连接平均静压引压管、另一端接至第二差压变送器的负压端，静压比对通断阀设在静压比对引压管上；

支路全压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的全压接头分别通过对应支路全压管接至第二差压变送器的正压端，各支路全压管上均设有支路全压通断阀；支路静压引压管的数量与皮托管的数量相等、且一一对应，各皮托管的静压接头分别通过对应支路静压管接至第二差压变送器的正压端，各支路静压管上均设有支路静压通断阀。

2.如权利要求1所述的带自动标定功能的矩阵流量计，其特征在于：还包括平均全压通断阀、平均静压通断阀、平衡连通管和平衡连通阀；平均全压通断阀设在平均全压引压管上，平均静压通断阀设在平均静压引压管上；平衡连通管的一端接平均全压通断阀和第一差压变送器之间的平均全压引压管，另一端接平均静压通断阀与第一差压变送器之间的平均静压引压管；平衡连通阀设在平衡连通管上。

3.如权利要求2所述的带自动标定功能的矩阵流量计，其特征在于：全压比对通断阀、静压比对通断阀、支路全压通断阀、支路静压通断阀、第一差压变送器、第二差压变送器、平均全压通断阀、平均静压通断阀和平衡连通阀的电路均接至自动标定管控平台。

4.权利要求1-3任意一项所述的带自动标定功能的矩阵流量计的标定方法，其特征在于：一个全压对比通断阀和一个静压比对通断阀组成一组比对通断阀，同一个皮托管对应的支路全压通断阀和支路静压通断阀组成一组支路通断阀，N个皮托管对应N组支路通断阀；

一组比对通断阀和N组支路通断阀中，至多保持其中一组通断阀是打开的、其余均关闭，轮巡打开其中一组通断阀，每组通断阀打开时间为T；

当N组支路通断阀轮巡打开时，获取整个测量截面的流速分布及平均流速，进而获取准确的流量值，取该时段内N根皮托管测量的流速或流量均值与该NT时段内矩阵流量计测量的流速或流量均值的比值K，作为矩阵流量计的在线标定系数，矩阵流量计的输出值修正为当前测量值乘以K之后的计算值。

5.如权利要求4所述的标定方法，其特征在于：当矩阵流量计测量数值在N组支路通断阀轮巡打开的NT时段内波动幅度小于±3％时，则进行K值的更新，否则不予更新。

6.如权利要求4或5所述的标定方法，其特征在于：T介于5-30s之间。

7.如权利要求4或5所述的标定方法，其特征在于：平均全压通断阀、平均静压通断阀、支路全压通断阀和支路静压通断阀均关闭，保持平衡连通阀、全压对比通断阀和静压比对通断阀均打开，实现第一差压变送器和第二差压变送器校零功能。

8.如权利要求4或5所述的标定方法，其特征在于：在比对通断阀打开时段，第一差压变送器和第二差压变送器输出值的均值偏差超过±1％，自动标定管控平台发出差压变送器需要校准的报警提示。

9.如权利要求4或5所述的标定方法，其特征在于：在流速0-50m/s范围内具备分段标定功能，每段长为2～5m/s。