CN117804554B - 一种多场景适用的压差式气体流量测量装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多场景适用的压差式气体流量测量装置及使用方法，属于气流传感器设计领域；测量装置包括依次连接的前端气路模块、比例阀和后端气路模块，还包括前端传感器模块、滑动模块和后端传感器模块；所述前端传感器模块包括紧贴于前端气路模块上端面的第一绝压测量模块和压差测量模块，所述后端传感器模块包括紧贴于后端气路模块上端面的第二绝压测量模块；所述滑动模块设置于前端气路模块侧面，用于控制压差孔孔径；本发明给出了接触式结构设计，和可变式压差孔，可以适应不同压力条件下的气体流量测量；本发明还公开了相应压差孔孔径调节方法，基于前后管道压差和压差传感器测量精度给出了合适的压差孔孔径确认方法。

Description

一种多场景适用的压差式气体流量测量装置及使用方法

技术领域

本发明属于气流传感器技术领域，特别涉及一种多场景适用的压差式气体流量测量装置及使用方法。

背景技术

现有技术中，对焊接管道供气的气体流量测量已经有相关研究，中国专利ZL202311437235.2公开了一种高精度管道流量测量控制装置，给出了一种基于压差测量的气体流量测量装置，通过气管连接绝压传感器、压差传感器与测量气道。上述现有技术中存在以下两点需要改进之处：（1）现有传感器模块通过气管连接测量气道，气管安装不便，在高压气流下很难确保固定，气密性也较差；（2）现有压差式测量装置的核心压差孔孔径固定，当前端气压过大时，较小的压差孔会导致压损过大，甚至会导致后端气流压力不满足使用条件；当前端气压过小时，压差孔较大会导致压差测量不够精准，影响气体流量测量精度。

发明内容

发明目的：针对上述背景技术中存在的问题，本发明提供了一种场景适用的压差式气体流量测量装置及使用方法，通过传感器直接接触气道的结构避免了现有技术中通过气管连接导致的安装不便，气密性差的问题，此外通过设计可变式压差孔结构，解决现有技术中由于压差孔孔径固定导致的高压气流和低压气流测量不够准确的问题。

技术方案：本发明提供的一种多场景适用的压差式气体流量测量装置，包括前端气路模块、比例阀和后端气路模块；所述前端气路模块内部包括依次连接的接口气道、第一测量气道、压差孔、第二测量气道和输出气道；所述后端气路模块内部包括依次连接的后端测量气道和出口气道；所述比例阀通过气嘴接头分别连接所述输出气道和后端测量气道；还包括前端传感器模块、滑动模块和后端传感器模块；所述前端传感器模块包括紧贴于前端气路模块上端面的第一绝压测量模块和压差测量模块，所述后端传感器模块包括紧贴于后端气路模块上端面的第二绝压测量模块；所述滑动模块设置于前端气路模块侧面，用于控制压差孔孔径，包括直线电机、推杆和固定于推杆端部的滑块；所述直线电机控制推杆作直线往复运动，带动滑块在侧向滑轨内运动；滑块端面与滑轨端面间形成内径可变的压差孔。

进一步地，所述前端传感器模块包括平行于前端气路模块的前端传感器采集板，在靠近前端气路模块一侧分别固定有第一绝压传感器和压差传感器；所述第一测量气道上表面开有一条垂直于第一绝压传感器的第一绝压气道，第一绝压气道上端面通过前端密封垫圈与第一绝压传感器的下表面贴紧安装；所述第一测量气道与第二测量气道靠近压差孔一侧分别开有垂直于压差传感器的第一压差气道和第二压差气道；所述压差传感器通过嵌入式安装的密封盘片贴紧安装于第一压差气道和第二压差气道上；所述密封盘片与第一压差气道和第二压差气道上端面间分别设有密封垫圈。

进一步地，所述前端传感器采集板通过若干前端紧固螺栓固定于前端气路模块上表面；沿前端紧固螺栓外圈设有对应数量的调整垫圈，用于调整前端传感器采集板的高度，使第一绝压传感器和压差传感器紧贴于前端气路模块上表面。

进一步地，所述后端传感器模块包括后端传感器采集板和第二绝压传感器，后端传感器模块通过若干后端紧固螺栓固定于后端气路模块上表面；所述后端测量气道上方开有垂直于后端传感器模块的第二绝压气道，所述第二绝压气道上端面还设有后端密封垫圈；所述第二绝压传感器固定于后端传感器采集板下表面；沿后端紧固螺栓外圈设有对应数量的调整垫圈，使第二绝压传感器紧贴后端密封垫圈。

一种多场景适用的压差式气体流量测量装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1、通过自锁接头分别将接口气道和出口气道连接至外部气路中，外部气路通气；此时第一绝压传感器、压差传感器和第二绝压传感器分别测量前端气道绝对压力p1、管道压差值Δp和后端气道绝对压力p2；

步骤S2、根据压差传感器测量的压差值Δp进行判断：当Δp＜m*S时，判断此时气体压力较低，测量精度不足，此时通过直线电机控制滑块向内部滑动，缩小压差孔孔径；其中m为预设比值，S代表压差传感器精度；

步骤S3、根据第一绝压传感器和第二绝压传感器的测量值获取前后管道压损=p1-p2，当p1-p2＞n*p1或p1-p2＞q*L时，认为此时压损过大，影响后端气流压力条件；其中n、q为预设系数，L为压差传感器量程；此时通过直线电机41控制滑块43向外部滑动，增大压差孔孔径，最终将压差孔孔径设置于合适位置；

步骤S4、压差传感器基于调整后的压差孔孔径重新测量压差值，基于压差值计算得出调整后的管道内气体流量，传输至云平台后用于后续数据分析，并由云平台下达指令，控制比例阀开闭。

本发明采用的技术方案与现有技术方案相比，具有以下有益效果：

（1）本发明提出了一种压差孔孔径可变的测量装置结构，可以适应不同管道压力情况，自主控制压差孔孔径，使前后管道内的压差始终维持于合适的范围内，在确保测量精度的同时，可以扩大测量装置的适用压力范围。

（2）本发明通过直接接触式结构，使各压力传感器直接与测量气道接触，解决了现有技术中通过气管连接导致的气密性差，测量精度不高的问题。并且分别通过测量前后端管道的绝对压力，对管道压力范围进行评估，进而为压差孔孔径的调整提供依据。

附图说明

图1为本发明提供的高适应性压差式气体流量测量装置结构示意图；

图2为本发明提供的高适应性压差式气体流量测量装置半剖图；

图3为本发明提供的滑动模块结构示意图；

图4为本发明提供的前端传感器模块结构爆炸图。

附图标记说明：

1-前端气路模块；11-接口气道；12-第一测量气道；13-压差孔；14-第二测量气道；15-输出气道；16-气嘴接头；2-比例阀；3-后端气路模块；31-后端测量气道；32-出口气道；4-滑动模块；41-直线电机；42-推杆；43-滑块；44-滑轨；5-前端传感器模块；51-前端传感器采集板；52-前端紧固螺栓；53-第一绝压传感器；54-前端密封垫圈；55-第一绝压气道；56-压差传感器；57-密封盘片；58-第一压差气道；59-第二压差气道；510-调整垫圈；6-后端传感器模块；61-后端传感器采集板；62-后端紧固螺栓；63-第二绝压传感器；64-后端密封垫圈；65-第二绝压气道。

具体实施方式

本发明提供了一种多场景适用的压差式气体流量测量装置，针对现有压差式气体流量测量装置压差孔孔径固定，在测量高压气体时可能存在由于压差孔孔径过小导致压差过大，影响后端管道内气体压力，在测量低压气体时可能存在由于压差孔孔径过大，导致前后压差不够明显，气体流量测量结果不准确的问题，提出一种压差孔孔径可变的测量装置结构，可以适应不同管道压力情况，自主控制压差孔孔径，使前后管道内的压差始终维持于合适的范围内。此外，本发明还针对现有技术中绝对压力、压差测量时存在的气密性问题，设计了一体式安装结构，解决了外部传感器安装时可能存在的漏气问题。下面结合说明书附图对本发明技术方案进一步阐述。

如图1-图2所示，本发明设计的多场景适用的压差式气体流量测量装置包括依次连接的前端气路模块1、比例阀2和后端气路模块3。前端气路模块1顶部集成有一体安装的前端传感器模块5，侧面还设置有用于控制压差孔孔径变化的滑动模块4。后端气路模块3上部集成有后端传感器模块6。

前端气路模块1包括依次连接的接口气道11、第一测量气道12、压差孔13、第二测量气道14和输出气道15；其中接口气道11通过自锁接头连接至外部气路。右侧输出气道15通过气嘴接头16连接至比例阀2。比例阀2右侧同样通过气嘴接头连接至后端气路模块3内部的后端测量气道31，最终出口气道32通过自锁接头连接至外部气路。

本发明针对现有技术中压差式气体流量测量装置外部传感器均采用气管方式连接至前后端气路模块，在面对高压气流时存在气密性不好，安装困难的问题，提出了将前端传感器模块5和后端传感器模块6分别一体安装于前端气路模块1和后端气路模块3上的设计方法。如图1所示，其中前端传感器模块5包括平行于前端气路模块1的前端传感器采集板51，在靠近前端气路模块1一侧分别固定有第一绝压传感器53和压差传感器56。第一绝压传感器53紧贴于前端气路模块1上表面，且第一测量气道12上表面开有一条垂直于第一绝压传感器53的第一绝压气道55，第一绝压气道55上端面通过前端密封垫圈54与第一绝压传感器53的下表面贴紧安装。压差传感器56通过密封盘片57嵌入安装至前端气路模块1，第一测量气道12和第二测量气道14在靠近压差孔13处分别设有竖直方向的第一压差气道58和第二压差气道59。密封盘片57下方通过密封垫圈分别与两段压差气道密封连接。前端传感器采集板51通过若干前端紧固螺栓52固定于前端气路模块1上，且在前端传感器采集板下表面沿前端紧固螺栓外圈设有对应数量的调整垫圈510，其目的在于调整前端传感器采集板51与前端气路模块1的间距，确保第一绝压传感器和压差传感器紧密贴合于二者之间。

后端传感器模块6通过若干后端紧固螺栓62固定于后端气路模块3上方。后端测量气道31沿竖直方向开有第二绝压气道65，后端传感器采集板61平行于后端气路模块3设置，且下表面固定有第二绝压传感器63，第二绝压传感器63紧贴于第二绝压气道65上方，且二者之间设有后端密封垫圈64。后端紧固螺栓62外部同样设有对应数量的调整垫圈。

现有技术中由于压差孔孔径固定，因此只需通过测量压差孔两端气道的压力差即可通过计算获得管道气体流量。然而固定的压差孔孔径会导致当该测量装置在测量高压气体流量时，由于压差孔孔径过小，导致前后压损过大，后端气体压力过低，不满足使用场景需要。同样的，该测量装置在测量低压气体流量时，过大的压差孔孔径会导致压差测量不够精准，进而影响气体流量测量精度。针对上述问题，本发明设计了一种可变压差孔孔径结构，通过滑动模块4实现，具体如图3所示，

滑动模块4包括直线电机41、推杆42和滑块43。滑动模块4垂直安装于前端气路模块1侧面，直线电机41带动推杆42来回运动，滑块43固定于推杆42端部，滑块43沿内部滑轨44可以来回运动。滑块43远离滑轨左边界时，压差孔孔径变大，滑块43靠近滑轨左边界时，压差孔孔径变小。

实际使用时，将装置左右两端接入外部气道并通气，第一绝压传感器、压差传感器和第二绝压传感器分别测量前端气道绝对压力p1、压差值Δp和后端气道绝对压力p2，根据压差传感器测量的压差值Δp进行判断：当Δp＜m*S时，判断此时气体压力较低，测量精度不足。其中m为预设比值，S代表压差传感器精度。此时通过直线电机41控制滑块43向内部滑动，缩小压差孔孔径。此外，根据第一绝压传感器和第二绝压传感器的测量值获取当前压损=p1-p2，当p1-p2＞n*p1或p1-p2＞q*L时，认为此时压损过大，影响后端气流压力条件。其中n、q为预设系数，L为压差传感器量程。通过直线电机41控制滑块43向外部滑动，增大压差孔孔径，直至同时满足p1-p2≤n*p1且p1-p2≤q*L。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种多场景适用的压差式气体流量测量装置的使用方法，其特征在于，采用的压差式气体流量测量装置包括前端气路模块、比例阀和后端气路模块；所述前端气路模块内部包括依次连接的接口气道、第一测量气道、压差孔、第二测量气道和输出气道；所述后端气路模块内部包括依次连接的后端测量气道和出口气道；所述比例阀通过气嘴接头分别连接所述输出气道和后端测量气道；所述压差式气体流量测量装置还包括前端传感器模块、滑动模块和后端传感器模块；所述前端传感器模块包括紧贴于前端气路模块上端面的第一绝压测量模块和压差测量模块，还包括平行于前端气路模块的前端传感器采集板，在靠近前端气路模块一侧分别固定有第一绝压传感器和压差传感器；所述第一测量气道上表面开有一条垂直于第一绝压传感器的第一绝压气道，第一绝压气道上端面通过前端密封垫圈与第一绝压传感器的下表面贴紧安装；所述第一测量气道与第二测量气道靠近压差孔一侧分别开有垂直于压差传感器的第一压差气道和第二压差气道；所述压差传感器通过嵌入式安装的密封盘片贴紧安装于第一压差气道和第二压差气道上；所述密封盘片与第一压差气道和第二压差气道上端面间分别设有密封垫圈；所述前端传感器采集板通过若干前端紧固螺栓固定于前端气路模块上表面；沿前端紧固螺栓外圈设有对应数量的调整垫圈，用于调整前端传感器采集板的高度，使第一绝压传感器和压差传感器紧贴于前端气路模块上表面；

所述后端传感器模块包括紧贴于后端气路模块上端面的第二绝压测量模块，所述第二绝压测量模块包括后端传感器采集板和第二绝压传感器，后端传感器模块通过若干后端紧固螺栓固定于后端气路模块上表面；所述后端测量气道上方开有垂直于后端传感器模块的第二绝压气道，所述第二绝压气道上端面还设有后端密封垫圈；所述第二绝压传感器固定于后端传感器采集板下表面；沿后端紧固螺栓外圈设有对应数量的调整垫圈，使第二绝压传感器紧贴后端密封垫圈；

所述滑动模块设置于前端气路模块侧面，用于控制压差孔孔径，包括直线电机、推杆和固定于推杆端部的滑块；所述直线电机控制推杆作直线往复运动，带动滑块在侧向滑轨内运动；滑块端面与滑轨端面间形成内径可变的压差孔；

所述多场景适用的压差式气体流量测量装置的使用方法包括以下步骤：

步骤S1、通过自锁接头分别将接口气道和出口气道连接至外部气路中，外部气路通气；此时第一绝压传感器、压差传感器和第二绝压传感器分别测量前端气道绝对压力p1、管道压差值Δp和后端气道绝对压力p2；

步骤S2、根据压差传感器测量的压差值Δp进行判断：当Δp＜m*S时，判断此时气体压力较低，测量精度不足，此时通过直线电机控制滑块向内部滑动，缩小压差孔孔径；其中m为预设比值，S代表压差传感器精度；

步骤S3、根据第一绝压传感器和第二绝压传感器的测量值获取前后管道压损=p1-p2，当p1-p2＞n*p1或p1-p2＞q*L时，认为此时压损过大，影响后端气流压力条件；其中n、q为预设系数，L为压差传感器量程；此时通过直线电机控制滑块向外部滑动，增大压差孔孔径，最终将压差孔孔径设置于合适位置；

步骤S4、压差传感器基于调整后的压差孔孔径重新测量压差值，基于压差值计算得出调整后的管道内气体流量，传输至云平台后用于后续数据分析，并由云平台下达指令，控制比例阀开闭。