CN1336536A - 组合式管道气、液流体多参数一体化传感器组件 - Google Patents

Abstract

一种管道气液流体参数信号引发器及其传感器组件,其特征在于引发器是在菱形柱体内有高低腔孔,并与锐角圆滑面上的若干信号采集孔相通;传感器组件是在壳体上有三个腔体和高低压感应孔嘴,并安装有温度传感器、差压传感器和绝对静压传感器;使用时将其密封连接后插入流体管道中,从而给测量仪器输出流体物理信号。

Description

组合式管道气、液流体多参数一体化传感器组件

本发明属于流体参数监测装置。

多年来对于管道中气、液流体的参数如流量Q、压力P、温度T等重要参数的测量均采用分散式仪表测量，由于条件限制，测量点甚至也是分散的。流体参数(Q、P、T)的监测是管道流体监测的三个重要参数，在工程技术中各自都具有相对独立的重要实际意义，又互有影响，尤其是当流体延流程的绝对静压力P、温度T是随机变化的；流体的密度p值的恒定性又受压力、温度影响是显著的，即ρ＝f(P，T)，则需要通过测定绝对静压力P、温度T进行密度换算从而实现流量测量精度的补偿校正时(即 $Q_v=C\sqrt{\mathrm{\ΔP}\×T/P}{m}^3/s$ ，Q_v——流体体积流量，C——综合常数值)，就给测量带来困难与麻烦。为此，在许多情况下，就抛弃了密度测算环节，舍弃了流量测量精度校正过程，如矿井瓦斯抽放管网系统的瓦斯流量监测。多年来一直采用不同工艺形式的孔板流量计为代表的节流式经典检测仪表。使用这类仪器的最大缺点是增加系统动力源的能量损耗，在运行的管道上不便于安装拆卸，长期运行费用大，测量精度差，无法实现在线动态的自动化监测与控制。近几年来出现了涡街原理、超声原理及测压求速原理等的流量检测仪表，这些原理的仪表解决了自动化监测的问题，但仪表研制的针对性太强，存在着使用条件受限的诸多致命缺点(如流体介质密度校正等)，通用与稳定性差。

本发明的目的是设计一种易于安装拆卸，动力源损耗少，测量精度高，能实现多参数在线自动化动态监测的一体化装置。

本发明的主体构造包括信号引发器和传感器组件。流体参数信号引发器的构造是在横截面为菱形(两对对角经圆滑处理)的柱状体内，加工有两个同规格的腔孔，其中一个腔孔为流体高压腔孔，另一个为低压腔孔。孔的直径Ф₁＝(5～8)mm较宜。在两个菱形锐角圆滑面上垂直钻4～6个信号采集孔，分别与高、低压腔孔连通。信号采集孔的直径Ф₂＝(0.4～0.6)Ф₁，信号采集孔数量与流体管道内径有关，具体数量计算按切比雪夫公式计算(或等面积圆法)。复合型传感器组件的构造是在一个壳体内加工有贯通的三个腔体与高、低压感应孔嘴。高压感应孔嘴内安装有温度传感器，并从左侧腔口引出信号线；中间腔体安装差压传感器，并从本腔口引出信号线；右侧腔体安装绝对静压力传感器，并从本腔口引出信号线。组装时信号引发器的高、低压腔孔与复合型传感器组件的高、低压感应孔嘴密封连接在一起。测量流体参数时，将传感器的信号线(或信号插座)接入由A/D处理器、CPU数据处理系统、数据显示电路及通讯接口等组成的数字信号接收处理电路；将流体参数信号引发器通过液体管道壁开口插入流体管道内，并加以固定和密封，插入时将高压侧的信号采集孔对准流体流动方向。从信号引发器采集孔采集的流体物理参数信号经高压腔孔和低压腔孔传给复合型传感器组件的三个传感器、传感器输出信号给数字信号接收处理电器，经检测和数据处理、显示出流量、压力、温度值。

本发明的优点是：1、由于采用了圆滑处理棱角的菱形柱体为流体物理量信号引发器，在自然采集中，引发器的两个钝角对流经的流体流线起到一个对称固定分离点(延管径截面方向上)的作用，保证了引发器表面(固定分离点之后)不存在边界层流层而始终处于边界紊流状态；这样引发器对流体流场的干扰及产生的局部阻力系数既稳定又可忽略不计，对管网系统的动力源损耗也微忽其微；流量系数稳定，且与管道雷诺数无关；2、引发器安装简便易行，尤其适合于管道内流体绝对静压力小于同标高处绝对大气压力的管道，即抽出排放流体方式的管网系统，如矿井瓦斯抽放系统；3、便于通过数字信号处理电路实现自动化动态监测和控制。4、测量精度高，尤其是当流体压力、温度随机变化而引起流体密度为非定常值时，需测量流体绝对静压力P和温度T进行补偿校正，达到更高精度要求的测量目的。

结合附图说明本发明的实施例。

实施例如图1、图2、图3、图4所示本发明实施例属于具有较高自动化和智能化程度的监测仪表，是用于组合式流体多参数在线监测显示与远距离数据通讯的装置。图1是组合式流体多参数监测装置的结构及使用方式说明图；图2是复合型温度压力流量传感器组件的主视剖面图；图3是菱形流体物理量信号引发器的主视剖面图：图4是图3的K向图。图例说明：1-显示器；2-I/O通讯接口；3-复合型传感器组件；4-密封件；5-流体参数信号引发器；6-管道；7-复合型传感器壳体；8-四芯传感器信号插座；9-差压传感器；10-绝对静压传感器；11-传感器低压感应孔嘴；12-Pt100温度传感器；13-传感器高压感应孔嘴；14-高压腔体；15-低压腔体；16-流体参数信号采集孔；17-清污堵头丝孔；18-引发器壳体；19-高压腔体压力P₁引压孔嘴。从图2看出：复合型传感器组件(3)的壳体(7)是用螺栓连在一起的上体与下体，壳体(7)内有相互连通的三个腔体和高、低感应孔嘴(11)(13)，高压感应孔嘴(13)内置有温度传感器(12)，传感器(12)的信号线从左腔体引出，并联接在左腔体口的四芯插座(8)上；中间腔体内置有差压传感器(9)，其信号线联接在中间腔口的四芯插座上；右腔体内置有绝对静压传感器(10)，其信号线联接在右腔口的四芯插座上。从图3、图4看出，信号引发器(5)是在一个经圆滑处理棱角的锐角65°的菱形柱体(18)内钻两个直径6mm通孔，分别为高压腔体(14)和低压腔体(15)，通孔底部分别套丝，底部丝孔(17)为清污堵头丝孔，顶部有高压引压孔嘴(19)和低压引压孔嘴(20)；在两个锐角棱圆滑面上分别钻四个直径3mm的信号采集孔(16)并分别与高、低压腔体连通。安装使用状态如图1所示。使用时，将信号引发器(5)的两个孔嘴(19)、(20)分别插入传感器组件(3)的高、低压感应孔嘴(11)、(13)，并用密封件(4)加以密封，传感器组件(3)的三个四芯插座接出信号线联接通讯接口(2)和显示器(1)，将其插入管道(6)中固定密封后即可使用。其工作原理是：引发器的高压腔体内压力P₁传输给差压传感器的高压感应孔嘴(13)，同时将流体的温度T传入传感器组件的高压感应孔嘴内的温度传感器(12)。引发器的低压腔体内压力P₂传输给差压传感器的低压感应孔嘴(11)，由差压传感器(9)测出P₁减P₂的差值ΔP。同时压力P₂以等值关系作用于绝压传感器(10)的感应孔内，由绝压传感器(10)测出流体绝对静压力P。此实施例的体积流量计算式采用补偿校正式。

本发明实施例属于具有较高自动化和智能化程度的监测仪表，是用于组合式流体多参数在线监测显示与远距离数据通讯的装置。

Claims (1)

1、一种管道气、液流体多参数一体化传感器组件，其特征是它包括信号引发器和传感器组件；信号引发器是在横截面为菱形棱角经圆滑处理的柱状体内，加工有高压腔孔和低压腔孔，在两个菱形锐角圆滑面上垂直钻4～6个信号采集孔，并分别与高、低压腔孔连通；传感器组件是在一个壳体内加工有贯通的三个腔体和高、低压感应孔嘴，高压感应孔嘴内安装有温度传感器并从左侧腔体的腔口引出信号线，中间腔体安装差压传感器并从该腔口引出信号线，右侧腔体安装绝对静压力传感器并从本腔口引出信号线；然后将信号引发器的高低压腔口与传感器组件的高低压感应孔嘴密封连接在一起。

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