CN1945232A - 管道气流的外引式采样的测量方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量方法及其设备，尤其是涉及一种管道气流的外引式采样的测量方法及其装置。本发明主要是解决现有技术所存在的管道内的杂质易影响和损坏测量气流量的传感元件，更换测量装置会带来使用和维护成本高昂等的技术问题；提供了一种设计合理，结构简单，气流的采集和测量方式独特，能够有效消除杂质影响，延长检测装置使用寿命，降低使用成本的外引式采样的测量方法及其装置。本发明的技术方案为：设置于输气管道上的管道气流的外引式采样测量装置，包括至少一根采样管，在采样管上开有若干个依次排列且朝向一致的采样口，采样口上设置有锥形采集管，采样管设置在管道内，其外端引出至管道外并与一根引流管相连通。

Description

管道气流的外引式采样的测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种测量方法及其设备，尤其是涉及一种管道气流的外引式采样的测量方法及其装置。

背景技术

在管道内流动的煤气、天然气等气体由于生产工艺的原因经常会带有数量不等的杂质。即便刚进入管道时是高纯度的清洁气体，也可能因为管道本身自带的杂质，而使气体污染，从而使气体带有杂质。管道内的杂质很大的可能是由于管道生产时产生的，因而要消除杂质的技术难度非常高，在现实中实现气体极度纯净不带杂质是非常困难的。

管道内气体流量测量元件本身非常灵敏、精确，气流中杂质的存在会影响测量元件的测量精度。用某些气体流量测量方法时，比如罗茨(腰轮)流量计，热式气体质量流量计，气流中的杂质甚至会损坏仪表。更为重要的一方面是：用以测量气体流量的测量元件是直接暴露在气体中的，不纯净的气体中的杂质对测量元件有损伤，影响使用寿命，在气体高速流动时，有时会损坏测量元件。特别是类似于基于MEMS技术的测量元件(MEMS是指微机电系统技术)，其本身的高精密性和敏感性决定了其对工作环境要求的严格性。这就在很大程度上限制了这种具有高性能的测量元件的应用范围，即使通过及时更换测量元件可以保证测量的精度，其使用维护成本会非常高昂也是可想而知的。

另一方面，测量元件的安装位置是在管道内，更换测量元件非常的不方便。一般在制作整个的测量装置时，没有将测量元件设计成可更换式的，因为测量元件的更换一般都是生产厂家才能进行，使用者需要更换其中的测量元件是非常困难、不易实现的。因此，在设备损坏时，给使用者带来非常大的不便。如一种国内专利号为89104403.5的测量流体流量的装置，它的特征是：一种流体流量的测量装置，它包括一个使被测流体流过的管子，在管内选定的位置片改变温度的装置，以及在选定位置的上游和下游位置测量温度的探测器，以及由测得的温度值来确定流体流率的装置。管子被固着于或者嵌入一传热材料层中，该材料适于将热量沿着基本上垂直于管子的方向从一部分传到另一部分，或者传到与管子隔开的一个导热体。

为此，人们进行了长期的探索，提出了多种多样的实施方案。目前的技术中，很多是用于测量微流量的流量测量装置，如一种国内专利号为200510051726.9的流量传感器及流量测量装置，它的技术特征是：一种流量传感器，通过防止外部环境温度条件对测量精度的不良影响，提高测量精度，使得即使是粘度较高的粘性流体或微小流量，也可正确测定在配管内流动的流体的流量，而且易于组装；该流量传感器具有在基板上形成发热体和感温体的流量测量部、在与被测量流体之间导热的翅片、输出与流量相应的电压值的输出端子，由模塑覆盖上述翅片的一部分和上述输出端子的一部分。这种技术难以在大流量的管道内测量气体的流量。

目前技术中，测量气体流量的方法还可以为超声波测量。如一种国内申请号为200410071282.0的超声波气流计和测量内燃发动机废气流量的装置以及获取气体流量的方法，其内容为：一种超声波气流计，包括一个带有发送接收声波变换器的、气体流经的测量管道，以及一个发送、接收和评估电子器件，为了设计出具有改善的性能，特别是温度稳定性和简化以及考虑温度特性的传感器，声波传感器被设计为电容性电声超声波传感器，并且设置了用于比较调节气体温度特性以及用于将温度特性对气流测量的影响最小化的设备，获取气体流量的方法，其中以高时间分辨率由两个传输时间获取平均流速和由此得出的流经气体量，应该实现使气体的体积流量及质量流量更精确可靠的计算，特别在高动态流动中，因此在确定传输时间以后计算流量的估计值并至少借助于气体的一个特征温度和管道壁温度对其进行修正。但是使用超声波测量的方法的成本非常大，所以使用的地方很狭隘。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的管道内的杂质易影响和损坏测量气流量的传感元件，更换测量装置会带来使用和维护成本高昂等的技术问题；提供了一种设计合理，结构简单，气流的采集和测量方式独特，能够有效消除杂质影响，延长检测装置使用寿命，降低使用成本的外引式采样的测量方法及其装置。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的在气体流量测量传感元件异常时维修不方便，日常维护难度大等技术问题；提供了一种将关键部件放置于管道外部旁路管道中，便于日常维护、保养和更换的外引式采样的测量方法及其装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：设置于输气管道上的管道气流的外引式采样测量装置，包括至少一根采样管，在采样管上开有若干个依次排列且朝向一致的采样口，采样口上设置有锥形采集管，采样管设置在管道内，其外端引出至管道外并与一根引流管相连通，所述引流管的另一端与上述管道的下游相贯通，在引流管内设有用于检测气体流量的压损接近零的流量检测装置；采样口的朝向与气流的流动方向相反，且至一根采样管是经过管道的中心，采样口与管道的轴线重合。

本发明创造性地在管道内对气流进行采集，并将采集到的气流引出至管道外。在气流的采集和外引过程中，杂质被及时地排除，这样经过测量装置的气流是相对较为清洁的。这样就可以有效地防止管道内气流中的杂质直接冲击到流量检测装置。有效消除杂质对流量测量装置的影响，并且提高流量检测装置的测量精度。此外，为了能够更顺利的采集到气流，在采集管上安装有锥形采集管，锥形采集管可以减小气流流动的阻力，使气流更加顺畅的进入采集管，另外锥形管对气流有一定的导向作用，对气流的流动有一定的强制作用。因此，通过管道内不同部位的气流采样和混合，能够保证外引的被测气流真实地反映管道的气流状况，引流管内气体流速和管道内流速单值相关。气流在引流管内用几乎零压损的流量检测装置测量后，又会回到管道的下游内，这就与现有的技术有明显的差别。

作为优选，所述的锥形采集管较小的一端朝向采样管，锥形采集管较大的一端朝向管道。

作为优选，所述的锥形采集管可以为空心的圆管或多边形管道；管道的形状对于气体的流动无太大的影响，采用圆形或者多边形的管道都能使气体顺利的流入管道，圆形管道在制造上较为容易实现，因此采用圆锥形的锥形采集管较为妥当。

作为优选，所述的采样口呈圆形、椭圆形或其他形状；所有采样口的面积总和引流管截面积的比值为1∶0～10∶0；采样口的形状是为了使气体更易流入采样管，圆形的采样口是最理想的选择；在使用其他形状的采样口的时候如果对于气体参数的测量影响不大，其他形状的采样口，如椭圆形或者方形，都是可以的。

作为优选，所述的采样管为螺旋盘绕成平面状，采样管与管道的横截面平行设置。

作为另一种选择，所述的管道内设有若干根并联设置且相互平行的采样管，各采样管的后端部汇聚至引流管。

作为优选，所述的螺旋采样管螺旋盘绕成平面状，螺旋采样管与管道的横截面平行设置或与管道的横截面之间形成一夹角γ；螺旋采样管的内端部呈封闭状或内端部设有开口，且所述的开口朝向与气流的流动方向相反。为了能够使采集到的气流真实地反映管道内气流的状况，采用了螺旋采集的方式，一般来说至少有一个采样口是位于管道的中心，即螺旋分布的采样口所形成的平面与管道的径向剖面是重合的或者与管道的径向剖面成一定的角度；采样管螺旋盘绕成平面状，使其采样点可以更均匀的分布在管道内，这样能更好的采集管道内气体的参数；螺旋状的采样管缠绕的越密集，对于管道内的气体采集越精确，但是螺旋状的采样管缠绕的过于密集，对于气体的流动会有影响，必然会导致对气体参数的影响；采样管倾斜可以对采集气体参数有帮助，但是角度的设定对于采集气体有好的影响也有坏的影响，因此不能随意的设定倾斜角度，而要使倾斜角对采集气体有最大的帮助；采样管顶部与气体不连通，气体不会从采样管顶部流入，而被迫进入引流管内；前端不封闭时，开口的作用与采用口是相同的，并且采集了管道最中心部位的气体参数，对于全面的测量气体参数有很大的帮助

作为优选，所述的线状采样管的前端部顶在上述管道的内壁或悬设在上述管道内；线状采样管的前端部呈封闭状或前端部设有开口，且所述的开口朝向与气流的流动方向相反；一般来说设置的采样管数量越多，越能反映真实的气流状况；但是设置过多的采样管也会影响管道的正常工作；前端封闭是为了使气体易于流入采样管；前端不封闭时，开口的作用与采用口是相同的，并且采集了管道最中心部位的气体参数，对于全面的测量气体参数有很大的帮助；

作为优选，所述的采样管上的各个采样口均匀分布或螺旋状采样管上的各个采样口呈中间密集、周遍稀疏的分布或线状采样管上的各个采样口呈封闭端密集、引流管连通处稀疏的分布；均匀分布是较简单也是较易实现的一种技术方案；非均匀分布可以减小气流进入采样管的阻力和平均各个采样口采集气体的流量，使各个采样点的气流能较平均的进入管道。

上述的管道气流的外引式采样测量装置是通过下述管道气流的外引式采样测量方法实现的，其特征在于，包括如下测量过程：用采样管采集管道截面上呈离散分布的多个采样口的气流，气流顺着锥形采集管进入采样口，进入采样管内的气流顺着采样管流动至管道外的引流管内，气体通过引流管将气流送回管道的下游，流量检测装置安装于引流管内，通过检测引流管内的气流量计算出管道内的气流量。

因此，本发明具有如下优点：通过旁路测量，避免了管道内的杂质对敏感的测量元件的直接冲击，从而避免了敏感的测量元件的损坏给使用带来的不便，提高了整体的稳定性；测量元件安装在管道外，方便更换测量元件，敏感的测量元件是易损坏的元件，再好的保护也不可避免敏感的测量元件的损坏，便于更换测量元件设计，使测量元件受损时，能尽快的更换，以减小因为部件损坏给使用带来的不便和减小损失；设计合理，结构简单，气流的采集和测量方式独特，能够有效消除杂质影响，延长检测装置使用寿命，降低使用成本，敏感的测量元件的单个成本比较昂贵，更好的保护敏感的测量元件使维护的费用大大降低，对于使用者来说是非常有益；将关键部件放置于管道外部旁路管道中，极大地方便了日常维护和保养，并将损坏部分及时更换。本发明可以测量大口径管道气流量，突破以往流量计的测量范围的局限；相对于超声波测量装置，制造和使用成本低廉。

附图说明

附图1是本发明的一种主视结构示意图；

附图2是本发明的一种侧视结构示意图；

附图3是本发明实施例7的结构示意图；

附图4是本发明实施例8的结构示意图。

附图5是本发明的另一种方案的主视结构示意图；

附图6是本发明的另一种方案的侧视结构示意图；

附图7是本发明实施例5的结构示意图；

附图8是本发明实施例4的结构示意图；

附图9是本发明实施例2的结构示意图；

图中，管道1、采样管2、采样口3、流量测量装置4、引流管5、开口6、锥形采集器7。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图5、图6所示，管道1中流动的为高速、不纯净的气体，气体可以是单质或混合气体，其中搀杂各种杂质，杂质的粒度不足以堵塞管道，在管道的一侧开有一圆孔，采样管2通过圆孔深入到管道内，采样管2为螺旋状，采样口3上安装有锥形采集管7，采样管2管道的横截面重合或者采样管与管道的横截面之间形成一个夹角γ，采样管道上排布有采样口3，采样口3在采样管上的排布可以是均匀的，也可以是非均匀的排列；在采样管的外部连接有引流管5，引流管的直径比采样管小，便于引入气体；引流管一端接采样管，一端接管道1的侧壁，气体流经引流管后，流入管道内；在引流管上安装有流量测量装置4，测量气体的流量。

如图5所示，采样管2的端部封闭，并且采样管形成的平面与管道的截面重合。

使用时，气体流动方向与采样口的开口方向相反，气体进入采样口后顺着采样管向引流管流动，在此过程中，气体中的杂质得到了过滤，气体在引流管流动时，与测量部件相接触，气体通过引流管后，流回到管道中。

测量元件处的气体环境与管道内基本相似(流速、压力、温度等参数)，因此测量出的数值与管道内的数值是非常接近的。

使用时，封闭的管道能使气流受到较小的阻力即能顺着采样管流入引流管，从而使管道和引流管中的气体的各项参数均较接近。

实施例2：如图9所示，采样管2的端部开有一口，开口的方向与管道内的气流方向相反。其余均与实施例2相同，本文不做赘述。

使用时，气流也能从采样管下部的开口进入，下部的开口相当于采样口的作用。

实施例3：如图6所示，采样管上的采样口的分布为均匀分布，各个孔之间的距离相同，其余均与实施例1相同，本文不做赘述。

实施例4：如图8所示，采样管上的采样口分布为，采样管上的各个采样口呈中间密集、周遍稀疏的分布。其余均与实施例1相同，本文不做赘述。

实施例5：如图7所示，采样管与管道的横截面之间形成一个夹角γ，其余均与实施例1相同，本文不做赘述。

使用时，气体受到采用孔排布的影响，各个孔的进气量和进气速度将有所不同，从而对测量结果有一定的修正。

实施例6：如图1、图2所示，管道1中流动的为高速、不纯净的气体，气体可以单质或混合气体，其中搀杂各种杂质，杂质的粒度不足以堵塞管道，在管道的一侧开有一圆孔，采样管2通过圆孔深入到管道内，采样管2为一根或者多根直管，如为多根直管，它们的一端为汇集到一处，有一个共同的出口，采样管道上排布有采样口3，采样口3上安装有锥形采集管7，采样口3在采样管上的排布可以是均匀的，也可以是非均匀的排列；在采样管的外部连接有引流管5，引流管的直径比采样管小，便于引入气体；引流管一端接采样管，一端接管道1的侧壁，气体流经引流管后，流入管道内；在引流管上安装有流量测量装置4，测量气体的流量。

如图1所示，采样管2的端部接触到管道的内壁，并且与管道内壁形成一个封闭的整体。

使用时，气体流动方向与采样口的开口方向相反，气体进入采样口后顺着采样管向引流管流动，在此过程中，气体中的杂质得到了过滤，气体在引流管流动时，与测量部件相接触，气体通过引流管后，流回到管道中。

测量元件处的气体环境与管道内基本相似(流速、压力、温度等参数)，因此测量出的数值与管道内的数值是非常接近的。

实施例7：如图3所示，采样管2的端部不接触到管道的内壁，采样管2的端部封闭，与管道内的气流隔绝。其余均与实施例6相同，本文不做赘述。

使用时，封闭的管道能使气流受到较小的阻力即能顺着采样管流入引流管，从而使管道和引流管中的气体的各项参数均较接近。

实施例8：如图4所示，采样管2的端部不接触到管道的内壁，采样管2的端部开有一口，开口的方向与管道内的气流方向相反。其余均与实施例7相同，本文不做赘述。

使用时，气流也能从采样管下部的开口进入，下部的开口相当于采样口的作用。

实施例9：如图2所示，采样管上的采样口的分布为均匀分布，各个孔之间的距离相同，其余均与实施例6相同，本文不做赘述。

实施例10：采样管上的采样口分布为，在采样管封闭端分布较密集、与引流管连通处的采样管部分分布较稀疏。其余均与实施例6相同，本文不做赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了管道1、采样管2、采样口3、流量测量装置4、引流管5、开口6、锥形采集管7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种管道气流的外引式采样的测量装置，设置于输气管道(1)上，其特征在于，它包括至少一根采样管(2)，在采样管(2)上开有若干个依次排列且朝向一致的采样口(3)，采样口上设置有锥形采集管(7)，采样管(2)设置在管道(1)内，其外端引出至管道(1)外并与一根引流管(5)相连通，所述引流管(5)的另一端与上述管道(1)的下游相贯通，在引流管(5)内设有用于检测气体流量的压损接近零的流量检测装置(4)。

2.根据权利要求1所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的锥形采集管(7)较小的一端朝向采样管(2)，锥形采集管(v)较大的一端朝向管道(1)。

3.根据权利要求1所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的锥形采集管(7)可以为空心的圆管或多边形管道。

4根据权利要求1所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的采样口(3)呈圆形、椭圆形或其他形状；所有采样孔的面积总和引流管(5)截面积的比值为1∶0～10∶0。

5.根据权利要求1～4所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的采样管(1)为螺旋盘绕成平面状，采样管(2)与管道(1)的横截面平行设置。

6.根据权利要求1～4所述的管道气流的外引式线状采样测量装置，其特征在于，所述的管道(1)内设有若干根并联设置且相互平行的采样管(2)，各采样管(2)的后端部汇聚至引流管(5)。

7.根据权利要求5所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的螺旋采样管(1)螺旋盘绕成平面状，螺旋采样管(2)与管道(1)的横截面平行设置或与管道(1)的横截面之间形成一夹角γ；螺旋采样管(2)的内端部呈封闭状或内端部设有开口(6b)，且所述的开口(6b)朝向与气流的流动方向相反。

8.根据权利要求6所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的线状采样管(2)的前端部顶在上述管道(1)的内壁或悬设在上述管道(1)内；线状采样管(2)的前端部呈封闭状或前端部设有开口(6a)，且所述的开口(6a)朝向与气流的流动方向相反。

9.根据权利要求1～4所述的管道气流的外引式采样的测量装置，其特征在于，所述的采样管(2)上的各个采样口(3)均匀分布或螺旋状采样管(2)上的各个采样口(3)呈中间密集、周遍稀疏的分布或线状采样管(2)上的各个采样口(3)呈封闭端密集、引流管连通处稀疏的分布。

10.一种管道气流的外引式采样测量方法，其特征在于，包括如下测量过程：用采样管(2)采集管道(1)截面上呈离散分布的多个采样口(3)的气流，气流顺着锥形采集管(7)进入采样口(3)，进入采样管(2)内的气流顺着采样管(2)流动至管道(1)外的引流管(5)内，气体通过引流管(5)将气流送回管道(1)的下游，流量检测装置(4)安装于引流管(5)内，通过检测引流管(5)内的气流量计算出管道(1)内的气流量。

Images