CN117906719A - 一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 - Google Patents
一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117906719A CN117906719A CN202211234073.8A CN202211234073A CN117906719A CN 117906719 A CN117906719 A CN 117906719A CN 202211234073 A CN202211234073 A CN 202211234073A CN 117906719 A CN117906719 A CN 117906719A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- gas
- flow
- unit
- measuring unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 290
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 227
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 110
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 31
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 28
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 27
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 21
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 claims description 14
- 230000036772 blood pressure Effects 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 8
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Abstract
本发明公开了一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法，通过对气体分流，再对分流后的气体分别进行温度控制，最后将不同温度的气体进行混合，实现了气体温度的快速调节，实现了在环道式气体流量标准装置运行压力和流量范围内气体温度的快速准确的控制和调节，且不受环境温度以及扰动条件的影响。
Description
技术领域
本发明属于气体流量检定校准技术领域，具体涉及一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法。
背景技术
采用环线式气体流量标准装置是气体流量检定校准测试装置的技术发展趋势，包括环线式单相气体流量装置以及环线式多相流测试装置，相比传统的气体流标准装置具有测量压力范围宽、介质条件稳定等优点。环线式气体流量标准装置采用离心风机或压缩机为气体提供循环动力，驱动气体在封闭的环形管道中循环流动，由于离心风机或压缩机对气体做功导致离心风机或压缩机出口气体温度显著升高，需要压缩机的气体温升进行冷却控制。
目前常用的环道气体温度控制方法采用水冷却的方式对压缩机出口的气体进行降温冷却，通过PID控制方法对冷却水量的调节变化实现对气体温度的控制，但是由于PID控制方法的本质是基于偏差的控制，即当检测到的气体温度与目前温度的偏差时，再调节相应的冷却水量对温度进行控制，在控制方法上存在滞后、超调以及震荡的情况，难以实现气体温度的精确控制。同时，由于环线式气体流量标准装置需要实现快速的在不同气体压力(气体密度)，不同气体流量下进行流量测试，压缩机功率变化范围相当的宽泛，此外不同的测试设备、不同的环境温度调节，都会对环线装置中气体的温度造成影响，传统的PID温度控制方法难以满足环线式流量标准装置大范围工况的调节需要，采用PID温度控制策略的环线式气体流量标准装置在实际运行过程中，在气体温度控制方面往往出现温度稳定时间过长，测试工况调节后，温度波动等情况，影响了环线式气体标准装置的准确度，同时也极大的影响了环线式气体标准装置的运行效率。
发明内容
本申请的目的在于提供一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法，解决了现有技术中温度调节存在滞后、超调以及震荡的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本申请提供了一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统，包括离心风机、第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第四调节模块、第五调节模块、第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块、第四测量模块以及气体混合单元；
所述离心风机用于传输气体，且所述离心风机通过升温通道或降温通道连接至气体混合单元；所述第五调节模块设置于升温通道上，且所述第五调节模块用于控制升温通道的通断；所述降温通道包括一条主降温通道以及三条子降温通道，所述离心风机通过主降温通道连通至三条子降温通道，且所述三条子降温通道均连通至气体混合单元；所述第一调节模块以及第一测量模块顺次设置于主降温通道上，所述第一调节模块用于控制主降温通道的通断，并将离心风机输入主降温通道中的气体进行一次降温，所述第一测量模块用于测量第一调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第二调节模块设置于第一子降温通道上，所述第二调节模块用于控制第一子降温通道的开断；所述第三调节模块以及第二测量模块顺次设置于第二子降温通道上，所述第三调节模块用于控制第二子降温通道的通断，并将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温，所述第二测量模块用于测量第三调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第四调节模块以及第三测量模块顺次设置于第三子降温通道上，所述第四调节模块用于控制第三子降温通道的通断，并将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温，所述第三测量模块用于测量第四调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第四测量模块设置于气体混合单元的输出端上，以测量气体混合单元输出气体的压力和温度，所述第四测量模块连通至环道的输入端，所述环道的输出端连通至离心风机的输入端。
在一种可能的实施方式中，所述第一调节模块包括顺次设置于主降温通道上的第二分流调节阀以及风冷散热单元，所述第二分流调节阀的一端与所述离心风机的一端连通，所述第二分流调节阀的另一端连通至风冷散热单元的输入端，所述风冷散热单元的输出端连通至第一测量模块；所述第二分流调节阀用于控制主降温通道的通断，所述风冷散热单元用于对离心风机输入主降温通道中的气体进行一次降温。
在一种可能的实施方式中，所述第一测量模块包括顺次设置于主降温通道上的第一流量测量单元、第一压力测量单元以及第一温度测量单元，所述第一流量测量单元的输入端连通至所述风冷散热单元的输出端，所述第一流量测量单元的输出端上设置有第一压力测量单元以及第一温度测量单元，且所述第一流量测量单元的输出端分别连通至三条子降温通道中，从而连通至第二调节模块、第三调节模块以及第四调节模块中；所述第一流量测量单元、第一压力测量单元以及第一温度测量单元分别用于测量主降温通道中气体的流量、压力以及温度。
在一种可能的实施方式中，所述第二调节模块包括设置于第一子降温通道上的第三分流调节阀，所述第三分流调节阀的一端与第一流量测量单元的输出端连通，所述第三分流调节阀的另一端连通至气体混合单元中，所述第三分流调节阀用于控制第一子降温通道的通断。
在一种可能的实施方式中，所述第三调节模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第四分流调节阀以及水冷热交换单元，所述第四分流调节阀的一端与第一流量测量单元的输出端连通，所述第四分流调节阀的另一端与水冷热交换单元的输入端连接，所述水冷热交换单元的输出端连通至第二测量模块中，所述第四分流调节阀用于控制第二子降温通道的通断，所述水冷热交换单元用于将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温。
在一种可能的实施方式中，所述第二测量模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第二流量测量单元、第二压力测量单元以及第二温度测量单元，所述第二流量测量单元的输入端连通至所述水冷热交换单元的输出端，所述第二流量测量单元的输出端上设置有第二压力测量单元以及第二温度测量单元，且所述第二流量测量单元的输出端连通至气体混合单元中；所述第二流量测量单元、第二压力测量单元以及第二温度测量单元分别用于测量第二子降温通道中气体的流量、压力以及温度。
在一种可能的实施方式中，所述第四调节模块包括顺次设置第三子降温通道上的第五分流调节阀以及液氮深冷热交换单元，所述第五分流调节阀的一端与第一流量测量单元的输出端连通，所述第五分流调节阀的另一端与液氮深冷热交换单元的输入端连接，所述液氮深冷热交换单元的输出端连通至第三测量模块中；所述第五分流调节阀用于控制第三子降温通道的通断，所述液氮深冷热交换单元用于将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温。
在一种可能的实施方式中，所述第三测量模块包括顺次设置第三子降温通道上的第三流量测量单元、第三压力测量单元以及第三温度测量单元，所述第三流量测量单元的输入端与液氮深冷热交换单元的输出端连通，所述第三流量测量单元的输出端上设置有第三压力测量单元以及第三温度测量单元，且所述第三流量测量单元的输出端连通至气体混合单元中；所述第三流量测量单元、第三压力测量单元以及第三温度测量单元分别用于测量第三子降温通道中的流量、压力以及温度。
在一种可能的实施方式中，所述第五调节模块包括设置于升温通道上的第一分流调节阀，所述第一分流调节阀的一端与所述离心风机的输出端连通，所述第一分流调节阀的另一端连通至气体混合单元中。
在一种可能的实施方式中，所述第四测量模块包括第四压力测量单元以及第四温度测量单元，所述第四压力测量单元以及第四温度测量单元均设置于气体混合单元的输出端上，以测量气体混合单元输出气体的压力以及温度。
第二方面，本申请提供了一种基于第一方面所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统的温度控制方法，包括升温控制、降温控制以及平衡温度控制；
所述升温控制包括：关闭第二分流调节阀，打开第一分流调节阀，以关闭降温通道，且打开升温通道，从而使气体混合单元中的气体升温；当第四温度测量单元所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制；
所述降温控制包括：关闭第一分流调节阀，打开第二分流调节阀，关闭第三分流调节阀，打开第四分流调节阀和/或第五分流调节阀，以关闭升温通道，且打开降温通道，从而使气体混合单元中的气体降温；当第四温度测量单元所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制；
所述平衡温度控制包括：关闭第一分流调节阀，打开第二分流调节阀，调节第三分流调节阀、第四分流调节阀以及第五分流调节阀的开度比例，以调节降温通道的降温量，从而使第四温度测量单元所测量的温度维持在目标温度。
在一种可能的实施方式中，调节第三分流调节阀、第四分流调节阀以及第五分流调节阀的开度比例之后，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
其中，th表示目标温度，即第四温度测量单元测量的温度；C·(V1·ρ1-V2·ρ2-V3·ρ3)·T1表示通过第三分流调节阀进入混合气体单元的气体热容量，C·V2·ρ2·T2表示通过水冷热交换单元进入混合气体单元的气体热容量，C·V3·ρ3·T3表示通过液氮深冷热交换单元进入混合气体单元的气体热容量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元所测量的温度，T2表示第二温度测量单元所测量的温度，T3表示第三温度测量单元所测量的温度。
在一种可能的实施方式中，当第四温度测量单元所测量的温度到达目标温度时，且所述气体混合单元输出气体经过环道第一次到达离心风机后，调节第三分流调节阀、第四分流调节阀以及第五分流调节阀的开度比例，以控制降温量与离心风机的加热量相一致，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
ΔQ降＝C·V2·ρ2·(T1-T2)+C·V3·ρ3·(T1-T3)＝ΔQ升＝C·V1·ρ1·(T1-T4)
其中，ΔQ降表示降温量，ΔQ升表示离心风机所带来的升温量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元所测量的温度，T2表示第二温度测量单元所测量的温度，T3表示第三温度测量单元所测量的温度，T4表示第四温度测量单元所测量的温度。
本申请实施例提供的一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法，通过对气体分流，再对分流后的气体分别进行温度控制，最后将不同温度的气体进行混合，实现了气体温度的快速调节，实现了在环道式气体流量标准装置运行压力和流量范围内气体温度的快速准确的控制和调节，且不受环境温度以及扰动条件的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统的结构框图。
图2为本申请实施例提供的一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的一种环道式气体流量测试装置的温度控制方法的流程图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-离心风机、2-第一分流调节阀、3-第二分流调节阀、4-风冷散热单元、5-第一流量测量单元、6-第一压力测量单元、7-第一温度测量单元、8-第三分流调节阀、9-第四分流调节阀、10-第五分流调节阀、11-水冷热交换单元、12-液氮深冷热交换单元、13-第二流量测量单元、14-第二压力测量单元、15-第二温度测量单元、16-第三流量测量单元、17-第三压力测量单元、18-第三温度测量单元、19-气体混合单元、20-第四压力测量单元、21-第四温度测量单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本申请实施例提供了一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统，包括离心风机、第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第四调节模块、第五调节模块、第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块、第四测量模块以及气体混合单元；离心风机用于传输气体，且离心风机通过升温通道或降温通道连接至气体混合单元；第五调节模块设置于升温通道上，且第五调节模块用于控制升温通道的通断；降温通道包括一条主降温通道以及三条子降温通道，离心风机通过主降温通道连通至三条子降温通道，且三条子降温通道均连通至气体混合单元；第一调节模块以及第一测量模块顺次设置于主降温通道上，第一调节模块用于控制主降温通道的通断，并将离心风机输入主降温通道中的气体进行一次降温，第一测量模块用于测量第一调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；第二调节模块设置于第一子降温通道上，第二调节模块用于控制第一子降温通道的开断；第三调节模块以及第二测量模块顺次设置于第二子降温通道上，第三调节模块用于控制第二子降温通道的通断，并将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温，第二测量模块用于测量第三调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；第四调节模块以及第三测量模块顺次设置于第三子降温通道上，第四调节模块用于控制第三子降温通道的通断，并将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温，第三测量模块用于测量第四调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；第四测量模块设置于气体混合单元的输出端上，以测量气体混合单元输出气体的压力和温度，第四测量模块连通至环道的输入端，环道的输出端连通至离心风机的输入端。
通过第一调节模块对离心风机传输的气体进行初步温度控制后，再通过第二调节模块、第三调节模块和/或第四调节模块，从而进行二次调温，调温时可以选择任意一个调节模块、任意两个调节模块或者三个调节模块进行调温，再将几部分输出的气体再气体混合单元中混合，从而实现快速温度调节。值得说明的是，第二调节模块、第三调节模块和第四调节模块均可以实现0-100％的开度调节；当开度为0时，表示该调节模块关闭；当开度为100％时，表示该调节模块完全打开，允许通过的气体流量最大。
如图2所示，第一调节模块包括顺次设置于主降温通道上的第二分流调节阀3以及风冷散热单元4，第二分流调节阀3的一端与离心风机1的一端连通，第二分流调节阀3的另一端连通至风冷散热单元4的输入端，风冷散热单元4的输出端连通至第一测量模块；第二分流调节阀3用于控制主降温通道的通断，风冷散热单元4用于对离心风机1输入主降温通道中的气体进行一次降温。
风冷散热单元4可以包括设置于主通道外表面上的散热片，通过依靠散热片的被动散热，实现初步降温，再通过第二调节模块至第四调节模块进行精准降温。风冷散热单元4还可以包括加快散热片散热的风扇，通过风扇与散热片的组合，可以加快散热。
在一种可能的实施方式中，第一测量模块包括顺次设置于主降温通道上的第一流量测量单元5、第一压力测量单元6以及第一温度测量单元7，第一流量测量单元5的输入端连通至风冷散热单元4的输出端，第一流量测量单元5的输出端上设置有第一压力测量单元6以及第一温度测量单元7，且第一流量测量单元5的输出端分别连通至三条子降温通道中，从而连通至第二调节模块、第三调节模块以及第四调节模块中；第一流量测量单元5、第一压力测量单元6以及第一温度测量单元7分别用于测量主降温通道中气体的流量、压力以及温度。
在一种可能的实施方式中，第二调节模块包括设置于第一子降温通道上的第三分流调节阀8，第三分流调节阀8的一端与第一流量测量单元5的输出端连通，第三分流调节阀8的另一端连通至气体混合单元19中，第三分流调节阀8用于控制第一子降温通道的通断。
在一种可能的实施方式中，第三调节模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第四分流调节阀9以及水冷热交换单元11，第四分流调节阀9的一端与第一流量测量单元5的输出端连通，第四分流调节阀9的另一端与水冷热交换单元11的输入端连接，水冷热交换单元11的输出端连通至第二测量模块中，第四分流调节阀9用于控制第二子降温通道的通断，水冷热交换单元11用于将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温。
在一种可能的实施方式中，第二测量模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第二流量测量单元13、第二压力测量单元14以及第二温度测量单元15，第二流量测量单元13的输入端连通至水冷热交换单元11的输出端，第二流量测量单元13的输出端上设置有第二压力测量单元14以及第二温度测量单元15，且第二流量测量单元13的输出端连通至气体混合单元19中；第二流量测量单元13、第二压力测量单元14以及第二温度测量单元15分别用于测量第二子降温通道中气体的流量、压力以及温度。
在一种可能的实施方式中，第四调节模块包括顺次设置第三子降温通道上的第五分流调节阀10以及液氮深冷热交换单元12，第五分流调节阀10的一端与第一流量测量单元5的输出端连通，第五分流调节阀10的另一端与液氮深冷热交换单元12的输入端连接，液氮深冷热交换单元12的输出端连通至第三测量模块中；第五分流调节阀10用于控制第三子降温通道的通断，液氮深冷热交换单元12用于将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温。
本申请采用的水冷热交换单元11，用水冷机组为其提供冷水，在热交换容量设计上确保在环道设计流量和压力范围内对流过水冷热交换单元气体的显著降温；本申请采用的液氮深冷热交换单元12，用液氮为低温介质，可实现对气体的深度降温，其降温效果幅度显著优于水冷热交换单元的降温效果。
水冷热交换单元11与液氮深冷热交换单元12结构一致，均可以为管道，子降温通道贯穿于该管道，即相当于子降温通道有部分位于该管道中，并且该管道的直径大于子降温通道的直径，当该管道中流过冷水或者液氮时，冷水或者液氮与子降温通道接触，从而进行热交换。把需要热交换(降温或升温)的流体管道周围用其他温度的介质流体包裹，相当于双层管道，内部管道流过需要控温的流体，管道夹层之间流过提供降温能力的流体介质，使不同温度的流体进行热交换，对于降温控制来说，一般是用制冷机持续产生低温冷水或其他低温介质，流入到热交换器，水冷热交换单元和液氮深冷热交换单元的主要不同在于提供冷却的低温介质的低温程度不同，降温的效果不同。
在一种可能的实施方式中，第三测量模块包括顺次设置第三子降温通道上的第三流量测量单元16、第三压力测量单元17以及第三温度测量单元18，第三流量测量单元16的输入端与液氮深冷热交换单元12的输出端连通，第三流量测量单元16的输出端上设置有第三压力测量单元17以及第三温度测量单元18，且第三流量测量单元16的输出端连通至气体混合单元19中；第三流量测量单元16、第三压力测量单元17以及第三温度测量单元18分别用于测量第三子降温通道中的流量、压力以及温度。
本申请采用气体混合单元，采用内外套环形式对冷热气体进行混合，其中低温气体由气体混合单元的中心以一定的角度注入到高温气体中，可以实现高低温气体的快速混合和温度平衡。
在一种可能的实施方式中，第五调节模块包括设置于升温通道上的第一分流调节阀2，第一分流调节阀2的一端与离心风机1的输出端连通，第一分流调节阀2的另一端连通至气体混合单元19中。
在一种可能的实施方式中，第四测量模块包括第四压力测量单元20以及第四温度测量单元21，第四压力测量单元20以及第四温度测量单元21均设置于气体混合单元19的输出端上，以测量气体混合单元19输出气体的压力以及温度。
本申请实施例提供一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统，可根据气体温度调节的需要，提供升温控制、降温控制和平衡温度控制三种工作模式，可实现对环道内气体温度的任意调节和控制。
可选的，气体流量检测单元可优选超声流量计或者涡轮流量计，多个所述气体流量检测单元选择为同一类型的流量计，第二流量检测单元13和第三流量检测单元16所选流量计的测量范围为第一流量检测单元5所选流量计测量范围的2/3到3/4；所述的分流调节阀可实现对应配套流量测量单元的流量从0到100％的调节。
本申请控制的气体按照分为一定的比例，分为不同的几部分，分别对其进行不同程度的控温，再对控温后的几部分气体进行高效混合，实现对气体温度的高效快速精确控制，通过对几部分气体分配比例的调节，实现对气体控制温度的调节。
当升温控制时，可实现环道温度快速升温，升温速率不低于5℃每分钟，当采用该种工作模式时，关闭第二分流调节阀3，打开第一分流调节阀2，使离心风机出口的气体不经过风冷散热单元4、水冷热交换单元11以及液氮深冷热交换单元12，通过离心风机1对气体的热效应为环道中气体持续加热升温，当温度上升调节至预定温度时，切换到平衡温度控制。
当降温控制时，可实现环道温度快速降低，降温速率可优于5℃每分钟，当采用该种工作模式时，关闭第一分流调节阀2，关闭第三分流调节阀8，并可根据降温速率的要求，打开第四分流调节阀9和/或第五分流调节阀10。
当平衡温度控制时，可实现环道温度的稳定控制，温度变化不超过0.1℃每分钟，当采用该种工作模式时，关闭第一分流调节阀2，并根据目标控制温度的需要，以及具体的流体和压力工作条件，通过调节第三分流调节阀8、第四分流调节阀9和第五分流调节阀10的开度，控制调节从风冷散热单元4流出的气体按照相应的比例流过水冷热交换单元11、液氮深冷热交换单元12或直接进入气体混合单元19。
实施例2
如图2所示，本申请提供了一种基于环道式气体流量测试装置的温度控制系统的温度控制方法，包括升温控制、降温控制以及平衡温度控制。
升温控制包括：关闭第二分流调节阀3，打开第一分流调节阀2，以关闭降温通道，且打开升温通道，从而使气体混合单元19中的气体升温；当第四温度测量单元21所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制。
降温控制包括：关闭第一分流调节阀2，打开第二分流调节阀3，关闭第三分流调节阀8，打开第四分流调节阀9和/或第五分流调节阀10，以关闭升温通道，且打开降温通道，从而使气体混合单元19中的气体降温；当第四温度测量单元21所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制。
平衡温度控制包括：关闭第一分流调节阀2，打开第二分流调节阀3，调节第三分流调节阀8、第四分流调节阀9以及第五分流调节阀10的开度比例，以调节降温通道的降温量，从而使第四温度测量单元21所测量的温度维持在目标温度。
分流调节阀可根据控制的需要，调节阀门开度比例，实现对应通路上流量从0～100％的调节，通过多个分流调节阀的组合控制，实现对气体流量在几个通路上的任意分配。
当气体流过第一流量测量单元5、第一压力测量单元6、第一温度测量单元7时，可以分别获取气体的流量为V1、压力P1以及温度T1，对于环道型流量装置，环道管路中气体的组分是固定和已知的，利用气体的组分、流量、温度和压力可以计算经风冷散热单元后流过流量测量单元1的气体的质量流量和相应的热容量为：
qm1＝V1·ρ1
Q1＝C·V1·ρ1·T1
其中，qm1表示流过第一流量测量单元5的气体质量流量；ρ1表示流过第一流量测量单元5的气体密度，其可以通过压力P1、温度T1以及气体组分获取，C为气体的比热容。
同理，可以通过第二流量测量单元13、第二压力测量单元14以及第二温度测量单元15测得流量V2、压力P2以及温度T2，通过第三流量测量单元16、第三压力测量单元17以及第三温度测量单元18测得流量V3、压力P3以及温度T3，从而获取水冷热交换单元11处理后气体对应的质量流量以及热容量，以及获取液氮深冷热交换单元12处理后气体对应的质量流量以及热容量，具体为：
qm2＝V2·ρ2
Q2＝C·V2·ρ2·T2
qm3＝V3·ρ3
Q3＝C·V3·ρ3·T3
其中，qm2表示流过水冷热交换单元11的气体质量流量；ρ2表示流过水冷热交换单元11的气体密度，其可以通过压力P2、温度T2以及气体组分获取。qm3表示液氮深冷热交换单元12的气体质量流量，ρ3表示流过液氮深冷热交换单元12的气体密度，其可以通过压力P3、温度T3以及气体组分获取。
根据气体质量守恒原理，通过第三分流调节阀8进入混合气体单元19的气体热容量Q4为：
Q4＝C·(V1·ρ1-V2·ρ2-V3·ρ3)·T1
在一种可能的实施方式中，调节第三分流调节阀8、第四分流调节阀9以及第五分流调节阀10的开度比例之后，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
其中，th表示目标温度，即第四温度测量单元21测量的温度；C·(V1·ρ1-V2·ρ2-V3·ρ3)·T1表示通过第三分流调节阀8进入混合气体单元19的气体热容量，C·V2·ρ2·T2表示通过水冷热交换单元11进入混合气体单元19的气体热容量，C·V3·ρ3·T3表示通过液氮深冷热交换单元12进入混合气体单元19的气体热容量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元5所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元5的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元13所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元13的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元16所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元16的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元7所测量的温度，T2表示第二温度测量单元15所测量的温度，T3表示第三温度测量单元18所测量的温度。
对上式进行整理得：
由上式可以看出，通过高中低三种不同温度气体比例的调节，可以实现对气体温度从T1到T3范围内的任意快速调节，根据温度调节的需要，按照上述关系式对三种不同温度的气体比例进行分配调节。
同时考虑在具体的实施操作过程中，相关的流量、压力以及温度等测量单元都存在一定的误差，该误差为仪表固有特性，无法避免，因此在气体混合单元下游配置第四压力测量单元20以及第四温度测量单元21，用以对最终控制的气体温度进行监测，并依据第四温度测量单元21的测量值T4与目标控制调节温度的差异，再进行调节，实现对气体温度的调节与控制。
在一种可能的实施方式中，当第四温度测量单元21所测量的温度到达目标温度时，且气体混合单元19输出气体经过环道第一次到达离心风机1后，调节第三分流调节阀8、第四分流调节阀9以及第五分流调节阀10的开度比例，以控制降温量与离心风机1的加热量相一致，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
ΔQ降＝C·V2·ρ2·(T1-T2)+C·V3·ρ3·(T1-T3)＝ΔQ升＝C·V1·ρ1·(T1-T4)
其中，ΔQ降表示降温量，ΔQ升表示离心风机1所带来的升温量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元5所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元5的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元13所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元13的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元16所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元16的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元7所测量的温度，T2表示第二温度测量单元15所测量的温度，T3表示第三温度测量单元18所测量的温度，T4表示第四温度测量单元21所测量的温度。
当环道中气体温度调节至目标温度后，即第四温度测量单元21所测量的温度T4达到目标温度后，环道中气体在流过环道一周后重新进入离心风机1，通过离心风机1的提供动力再次循环，此次第四温度测量单元21所测量的温度T4即为气体进入离心风机时的温度值，利用第一流量测量单元5、第一压力测量单元6、第一温度测量单元7以及第四温度测量单元21，可以实时计算出离心风机1对气体的加热量ΔQ升为：
ΔQ升＝C·V1·ρ1·(T1-T4)
此时，为了维持环道中气体温度的稳定，可调节第三分流调节阀8、第四分流调节阀9以及第五分流调节阀10的开度，控制该温度控制系统的降温量与离心风机1的加热量ΔQ升一致，从而实现环道装置中气体温度的稳定，具体为：
Q降＝C·V2·ρ2·(T1-T2)+C·V3·ρ3·(T1-T3)＝ΔQ升＝C·V1·ρ1·(T1-T4)
对上式进行整理可得：
V2·ρ2·(T1-T2)+V3·ρ3·(T1-T3)＝V1·ρ1·(T1-T4)
上式中的所有参数都可通过系统配置的测量单元实时测量得到或计算得到，可实时量化监测离心风机的热效应，以及实时测量水冷热交换单元和液氮深冷热交换单元的冷却效应，因此可采用该控制逻辑实现环道装置温度的稳定控制，防止环道装置中气体温度的趋势性变化。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，包括离心风机、第一调节模块、第二调节模块、第三调节模块、第四调节模块、第五调节模块、第一测量模块、第二测量模块、第三测量模块、第四测量模块以及气体混合单元；
所述离心风机用于传输气体，且所述离心风机通过升温通道或降温通道连接至气体混合单元；所述第五调节模块设置于升温通道上，且所述第五调节模块用于控制升温通道的通断；所述降温通道包括一条主降温通道以及三条子降温通道，所述离心风机通过主降温通道连通至三条子降温通道，且所述三条子降温通道均连通至气体混合单元；所述第一调节模块以及第一测量模块顺次设置于主降温通道上，所述第一调节模块用于控制主降温通道的通断，并将离心风机输入主降温通道中的气体进行一次降温，所述第一测量模块用于测量第一调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第二调节模块设置于第一子降温通道上，所述第二调节模块用于控制第一子降温通道的开断；所述第三调节模块以及第二测量模块顺次设置于第二子降温通道上，所述第三调节模块用于控制第二子降温通道的通断，并将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温，所述第二测量模块用于测量第三调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第四调节模块以及第三测量模块顺次设置于第三子降温通道上，所述第四调节模块用于控制第三子降温通道的通断，并将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温，所述第三测量模块用于测量第四调节模块输出的气体对应的压力、流量及温度；所述第四测量模块设置于气体混合单元的输出端上，以测量气体混合单元输出气体的压力和温度，所述第四测量模块连通至环道的输入端，所述环道的输出端连通至离心风机的输入端。
2.根据权利要求1所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第一调节模块包括顺次设置于主降温通道上的第二分流调节阀(3)以及风冷散热单元(4)，所述第二分流调节阀(3)的一端与所述离心风机(1)的一端连通，所述第二分流调节阀(3)的另一端连通至风冷散热单元(4)的输入端，所述风冷散热单元(4)的输出端连通至第一测量模块；所述第二分流调节阀(3)用于控制主降温通道的通断，所述风冷散热单元(4)用于对离心风机(1)输入主降温通道中的气体进行一次降温。
3.根据权利要求2所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第一测量模块包括顺次设置于主降温通道上的第一流量测量单元(5)、第一压力测量单元(6)以及第一温度测量单元(7)，所述第一流量测量单元(5)的输入端连通至所述风冷散热单元(4)的输出端，所述第一流量测量单元(5)的输出端上设置有第一压力测量单元(6)以及第一温度测量单元(7)，且所述第一流量测量单元(5)的输出端分别连通至三条子降温通道中，从而连通至第二调节模块、第三调节模块以及第四调节模块中；所述第一流量测量单元(5)、第一压力测量单元(6)以及第一温度测量单元(7)分别用于测量主降温通道中气体的流量、压力以及温度。
4.根据权利要求3所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第二调节模块包括设置于第一子降温通道上的第三分流调节阀(8)，所述第三分流调节阀(8)的一端与第一流量测量单元(5)的输出端连通，所述第三分流调节阀(8)的另一端连通至气体混合单元(19)中，所述第三分流调节阀(8)用于控制第一子降温通道的通断。
5.根据权利要求4所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第三调节模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第四分流调节阀(9)以及水冷热交换单元(11)，所述第四分流调节阀(9)的一端与第一流量测量单元(5)的输出端连通，所述第四分流调节阀(9)的另一端与水冷热交换单元(11)的输入端连接，所述水冷热交换单元(11)的输出端连通至第二测量模块中，所述第四分流调节阀(9)用于控制第二子降温通道的通断，所述水冷热交换单元(11)用于将主降温通道输入第二子降温通道中的气体进行二次降温。
6.根据权利要求5所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第二测量模块包括顺次设置于第二子降温通道上的第二流量测量单元(13)、第二压力测量单元(14)以及第二温度测量单元(15)，所述第二流量测量单元(13)的输入端连通至所述水冷热交换单元(11)的输出端，所述第二流量测量单元(13)的输出端上设置有第二压力测量单元(14)以及第二温度测量单元(15)，且所述第二流量测量单元(13)的输出端连通至气体混合单元(19)中；所述第二流量测量单元(13)、第二压力测量单元(14)以及第二温度测量单元(15)分别用于测量第二子降温通道中气体的流量、压力以及温度。
7.根据权利要求6所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第四调节模块包括顺次设置第三子降温通道上的第五分流调节阀(10)以及液氮深冷热交换单元(12)，所述第五分流调节阀(10)的一端与第一流量测量单元(5)的输出端连通，所述第五分流调节阀(10)的另一端与液氮深冷热交换单元(12)的输入端连接，所述液氮深冷热交换单元(12)的输出端连通至第三测量模块中；所述第五分流调节阀(10)用于控制第三子降温通道的通断，所述液氮深冷热交换单元(12)用于将主降温通道输入第三子降温通道中的气体进行二次降温。
8.根据权利要求7所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第三测量模块包括顺次设置第三子降温通道上的第三流量测量单元(16)、第三压力测量单元(17)以及第三温度测量单元(18)，所述第三流量测量单元(16)的输入端与液氮深冷热交换单元(12)的输出端连通，所述第三流量测量单元(16)的输出端上设置有第三压力测量单元(17)以及第三温度测量单元(18)，且所述第三流量测量单元(16)的输出端连通至气体混合单元(19)中；所述第三流量测量单元(16)、第三压力测量单元(17)以及第三温度测量单元(18)分别用于测量第三子降温通道中的流量、压力以及温度。
9.根据权利要求1所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第五调节模块包括设置于升温通道上的第一分流调节阀(2)，所述第一分流调节阀(2)的一端与所述离心风机(1)的输出端连通，所述第一分流调节阀(2)的另一端连通至气体混合单元(19)中。
10.根据权利要求9所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统，其特征在于，所述第四测量模块包括第四压力测量单元(20)以及第四温度测量单元(21)，所述第四压力测量单元(20)以及第四温度测量单元(21)均设置于气体混合单元(19)的输出端上，以测量气体混合单元(19)输出气体的压力以及温度。
11.一种基于权利要求10所述的环道式气体流量测试装置的温度控制系统的温度控制方法，其特征在于，包括升温控制、降温控制以及平衡温度控制；
所述升温控制包括：关闭第二分流调节阀(3)，打开第一分流调节阀(2)，以关闭降温通道，且打开升温通道，从而使气体混合单元(19)中的气体升温；当第四温度测量单元(21)所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制；
所述降温控制包括：关闭第一分流调节阀(2)，打开第二分流调节阀(3)，关闭第三分流调节阀(8)，打开第四分流调节阀(9)和/或第五分流调节阀(10)，以关闭升温通道，且打开降温通道，从而使气体混合单元(19)中的气体降温；当第四温度测量单元(21)所测量的温度到达目标温度后，切换至平衡温度控制；
所述平衡温度控制包括：关闭第一分流调节阀(2)，打开第二分流调节阀(3)，调节第三分流调节阀(8)、第四分流调节阀(9)以及第五分流调节阀(10)的开度比例，以调节降温通道的降温量，从而使第四温度测量单元(21)所测量的温度维持在目标温度。
12.根据权利要求11所述温度控制方法，其特征在于，调节第三分流调节阀(8)、第四分流调节阀(9)以及第五分流调节阀(10)的开度比例之后，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
其中，th表示目标温度，即第四温度测量单元(21)测量的温度；C·(V1·ρ1-V2·ρ2-V3·ρ3)·T1表示通过第三分流调节阀(8)进入混合气体单元(19)的气体热容量，C·V2·ρ2·T2表示通过水冷热交换单元(11)进入混合气体单元(19)的气体热容量，C·V3·ρ3·T3表示通过液氮深冷热交换单元(12)进入混合气体单元(19)的气体热容量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元(5)所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元(5)的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元(13)所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元(13)的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元(16)所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元(16)的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元(7)所测量的温度，T2表示第二温度测量单元(15)所测量的温度，T3表示第三温度测量单元(18)所测量的温度。
13.根据权利要求11所述温度控制方法，其特征在于，当第四温度测量单元(21)所测量的温度到达目标温度时，且所述气体混合单元(19)输出气体经过环道第一次到达离心风机(1)后，调节第三分流调节阀(8)、第四分流调节阀(9)以及第五分流调节阀(10)的开度比例，以控制降温量与离心风机(1)的加热量相一致，第一测量单元、第二测量单元、第三测量单元以及第四测量单元之间的测量值满足：
ΔQ降＝C·V2·ρ2·(T1-T2)+C·V3·ρ3·(T1-T3)＝ΔQ升＝C·V1·ρ1·(T1-T4)
其中，ΔQ降表示降温量，ΔQ升表示离心风机(1)所带来的升温量，C表示气体的比热容，V1表示第一流量测量单元(5)所测量的气体流量，ρ1表示经过第一流量测量单元(5)的气体所对应的气体密度，V2表示第二流量测量单元(13)所测量的气体流量，ρ2表示经过第二流量测量单元(13)的气体所对应的气体密度，V3表示第三流量测量单元(16)所测量的气体流量，ρ3表示经过第三流量测量单元(16)的气体所对应的气体密度，T1表示第一温度测量单元(7)所测量的温度，T2表示第二温度测量单元(15)所测量的温度，T3表示第三温度测量单元(18)所测量的温度，T4表示第四温度测量单元(21)所测量的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211234073.8A CN117906719A (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211234073.8A CN117906719A (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117906719A true CN117906719A (zh) | 2024-04-19 |
Family
ID=90691031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211234073.8A Pending CN117906719A (zh) | 2022-10-10 | 2022-10-10 | 一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117906719A (zh) |
-
2022
- 2022-10-10 CN CN202211234073.8A patent/CN117906719A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS60225213A (ja) | 液体に対して一定温度を調節する方法およびサーモスタツト | |
| CN110440505A (zh) | 一种双循环载冷剂协同控制的风洞温控系统 | |
| CN112604720B (zh) | 一种恒温恒湿试验箱及快速调温调湿控制方法 | |
| CN108386953B (zh) | 一种产生恒定温湿度气体的控制系统及调节方法 | |
| CN113375839B (zh) | 一种精确控温的小流量循环水负载系统 | |
| CN213899191U (zh) | 风力发电机组的冷却系统及风力发电机组 | |
| JP2017522528A (ja) | 極低温冷却装置を調整するための方法および対応する装置 | |
| CN117906719A (zh) | 一种环道式气体流量测试装置的温度控制系统及方法 | |
| KR20180119417A (ko) | 터빈 시험장치 | |
| CN113569186B (zh) | 一种冷却水阀开度计算方法 | |
| CN109100164A (zh) | 热模拟系统及发热部件测试方法 | |
| JPWO2013054844A1 (ja) | 低温ガス供給装置、熱媒冷却装置、及び低温反応制御装置 | |
| CN220524251U (zh) | 一种空调及其调温系统 | |
| CN217006010U (zh) | 流量标准装置的温控系统 | |
| CN113589863B (zh) | 一种适用于发电机氢气冷却系统的冷氢温度控制方法 | |
| CN116538604A (zh) | 一种空调及其调温系统 | |
| CN214149814U (zh) | 一种变量泵低温试验系统 | |
| CN220524250U (zh) | 一种空调及其双向调温节能系统 | |
| CN116754273B (zh) | 一种冷水机组逆温工况测试系统及工况机组控制策略 | |
| CN113359897B (zh) | 一种换流阀水冷却系统内循环水出水温度控制方法及系统 | |
| JP2019079197A (ja) | 温度制御装置 | |
| CN219832713U (zh) | 燃料电池测试系统的循环水冷却装置 | |
| CN114562831B (zh) | 一种用于流动工质的控温系统以及控温方法 | |
| CN108896333A (zh) | 热模拟系统及发热部件测试方法 | |
| CN117471128A (zh) | 一种提供变温度、压力、风速校准环境的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |