CN201476821U

CN201476821U - 带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置

Info

Publication number: CN201476821U
Application number: CN2009203055975U
Authority: CN
Inventors: 毛志伟; 毛翊超; 毛清芳
Original assignee: 毛清芳
Current assignee: Zhejiang Dongneng Instrument Co., Ltd.
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2019-07-03

Abstract

本实用新型涉及一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置。解决了现有技术中在使用管道进行气体流量测量时，难以对管道内气体小流量进行测量的技术问题，测量管壁上接有横跨孔板的测量微小气体流速的旁通桥路，旁通桥路的入口接孔板的上游，旁通桥路的出口接孔板的下游，旁通桥路上接有热式测量敏感元件，热式测量敏感元件连接数据处理系统；差压传感器和热式测量敏感元件对被测汽流介质流量的测量结果存在互不干涉的冗余重叠区域。仅具备成熟的孔板流量测量技术的全部性能，而且把最小流量测量延伸到了热式气体流量检测可以测量的微小流速，量程比大于1∶100。同时，测量孔板元件的微差压通道和旁通桥路均安装在管道外，方便更换敏感测量元件；特别是在旁通桥路完成热式气体流量检测，避免了管道内的杂质对敏感的测量元件的直接冲击，从而提高了整体的可靠性。

Description

带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体流量测量装置，尤其是一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置。

背景技术

现有的气体流量测量技术中，速度式测量原理存在小流量不能准确测量的问题，容积式测量原理存在可动部件和大流量测量有局限的问题。所以，工业用气体流量计更多采用速度式测量方法，居民用气体流量计更多采用容积式测量方法。

近年来，提出采用热式气体质量流量测量技术，它有接近另始动的小流量测量特征，而且测量输出可以直接数字化，易于电子化。但是，热式气流测量有一个技术难点：管道内的杂质对于测量元件的影响。具体表现为：管道内流动的各种工业气体、天然气等，均带有微细的悬浮颗粒和油性物质，同时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。热式测量敏感元件，因为气体中悬浮颗粒和油性物质随时间或事件的累积，其表现为吸附或黏着敏感元件表面，从而影响其热对流、扩散和分布等热效应，导致测量误差。

可以看出，热式测量敏感元件受运行环境和气体介质污染后，原先设定的测量参数出现误差，即我们所说的数据偏移。数据偏移产生的原因不是因为测量元件的故障或失效，数据偏移不是简单地表现为仪器仪表不能工作，不是通常说的死机，而是，测量系统偏离了计量精度要求，其它基本功能，诸如显示通讯等数据处理功能是正常的。

速度式流量测量中，比如孔板流量计，有结构简单、运行可靠、技术成熟的特点。

充满管道的流体，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在节流件前后产生的压差就越大，所以孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小。这种测量方法是以能量守衡定律和流动连续性定律为基准的。

差压式流量计是一类应用最广泛的流量计，在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来，由于各种新型流量计的问世，它的使用量百分数逐渐下降，但目前仍是最重要的一类流量计。

优点：

(1)应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长；

(2)应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；

(3)检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产。

缺点：

(1)测量精度普遍偏低；

(2)范围度窄，一般仅3∶1-4∶1；

(3)现场安装条件要求高；

(4)压损大(指孔板、喷嘴等)。

如果，能够解决孔板流量计的小流量测量问题，也就是说，能够从接近零流量开始气体的流量测量；那么，该类技术不仅能够显著提升速度式流计性能，也能够更好地用于数量规模巨大的居民用气表，特别是天然气表等领域，具有重大的社会和经济效益。

发明内容

本实用新型解决了现有技术中在使用管道进行气体流量测量时，难以对管道内气体小流量进行测量的技术问题，提供一种设计合理，结构简单，能够从微笑流量开始测量，而且能有效消除杂质影响，延长检测装置使用寿命，降低使用成本的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，包括气体流量测量管、测量管内固定有中间带小孔的孔板，所述的孔板具有足够的厚度，测量管壁上接有横跨孔板的测量装置，测量装置主要包括差压传感器，差压传感器的一端接孔板的上游，差压传感器的另一端接孔板的下游，差压传感器连接数据处理系统，其特征在于测量管壁上接有横跨孔板的测量微小气体流速的旁通桥路，旁通桥路的入口接孔板的上游，旁通桥路的出口接孔板的下游，旁通桥路上接有热式测量敏感元件，热式测量敏感元件连接数据处理系统；差压传感器和热式测量敏感元件对被测汽流介质流量的测量结果存在互不干涉的冗余重叠区域。气体流量测量管内固定有中间带小孔的孔板，并在测量管的管壁上设有测量孔板上游和下游压差的差压传感器并通过数据处理系统进行处理，这种结构相当于典型孔板流量测量装置，可以测量的范围为6.0m/s-20.0m/s，提高压差传感器的精度，测量的范围可以缩小到2.0m/s，在测量管道的管壁上设置横跨孔板的带热式测量敏感元件的旁通桥路，热式测量敏感元件可以达到的测量范围为0.01m/s-15m/s，这样可以测量微小流量，压差测量通道与微小流量测量旁通桥路相互独立，测量时互不干涉；差压传感器和热式测量敏感元件的测量结果具有重叠的冗余区域，这样可以通过两者之间的变化得到实际测量相对于标定测量的偏移量从而得出修正值，通过修正值来对不重叠测量结果区域部分进行修正以得出正确的实际气体流量。

在成熟的孔板流量测量装置上下游跨接一个测量微小气体流速的旁通桥路，实现了热式测量技术和孔板速度式测量技术的交集测量，也就说：当管道内有气体流过时，主管道和旁通桥路同时有气体流过，主管道和旁通桥路同步进行流量测量工作；如果气体流速处在孔板流量计难以准确测量的小流量区域时，孔板原理的测量不产生准确流量测量信号，但是通过旁通桥路的热式测量技术能够对分流的气体流量进行准确测量；当管道内气流工作在孔板流量计能够准确测量的流量区域时，孔板原理的测量和旁通桥路的热式测量都同步能够对主管道内气体流速和分流的气体流量进行有效测量，两个测量通道完成了冗余测量，提高了流量测量的可靠性。

上述双桥结构孔板气体流量测量装置，当管道内气流工作在孔板流量计能够准确测量的流量区域时，能够充分发挥孔板流量计测量信号只对气体流速相关，而对气体介质本身的温度压力质量大小无关的测量原理，同步对通过旁通桥路的由热式测量技术进行分流测量的测量信号进行比对。所以，只要热式测量技术的测量范围有与孔板流量测量装置的测量范围交集，就得以实现自适应校正；同时，在孔板流量计能够准确稳定测量的状态下，通过关闭旁通桥路管道上安装的位于热式测量敏感元件两侧的开闭阀门，就得以实现热式测量敏感元件校零以及进行该检测装置的在线更换。

作为优选，旁通桥路上安装有入口阀门和出口阀门，热式测量敏感元件设置在入口阀门与出口阀门之间。旁通桥路两侧的阀门可以关闭或者开启旁通桥路，以便选择单独压差测量或者压差测量与热式测量相结合的方式。

作为优选，旁通桥路的入口的前端顶在测量管的内壁或者悬设在测量管内，旁通桥路入口的开口迎向气流的来源的方向并形成一个导入角。旁通桥路的入口在测量管内部形成一个导入角，方便气流从入口进入。

作为优选，旁通桥路的入口的断面形状边缘圆滑无刃角，人口的后端为尺寸扩大的柱形腔，柱形腔后端接热式测量敏感元件测量的引入通道。入口的形状是为了使气体更易流入旁通桥路，入口边缘圆滑保证气流在此处不容易产生过多的紊流或者激变，入口的形状可以采用圆形或者椭圆形，或者其他形状，入口后端的柱形腔，尺寸大于入口的尺寸，使得气流从入口进入后能起到缓冲的作用，气流分流产生的波动能在柱形腔内释放，并形成稳定的气流进入到引入通道，使得热式测量敏感元件检测到的数据更加接近实际的参数。

考虑到气体本身会携带杂质，或者在测量管路中会产生杂质，从而影响热式测量敏感元件的测量值，作为优选，柱形腔靠近入口部位，减小杂质对入口的影响，柱形腔内设有分离气体杂质的叶片或者滤网，叶片或者滤网分离气体所占的总面积与引入通道截面积的比值为10∶1-100∶1。

用旁通桥路的入口导入气流，气流顺着旁通桥路进入腔体，进入腔体内的气体顺着热式气体流量测量检测装置引入通道，流过热式气体流量检测装置后顺旁通桥路到出口处送回管道的下游。旁通桥路跨接在板气体流量测量装置上下游，热式气体流量检测装置安装于旁通桥路中间，通过检测旁通桥路内的气流量计算出管道内的气流量。

作为优选，数据处理系统包括热式测量敏感元件的自适应校正模块、信号采样和处理模块。

由于存在气体污染的现象，差压传感器和热式测量敏感元件之间会存在实际测量结果不等的问题，此时就需要对热式测量敏感元件进行修正，通过微电子微机械技术实现一个修正的条件：假设热式测量敏感元件的特性曲线函数关系f_(v，t)保持不变。参见附图5，横轴为气体流速V_(t)，数轴为电压信号Y_(t)，Y_(t)＝K_(t)f_(v，t)+α_(t)，K_(t)表示函数的一个系数，α_(t)表示函数的零点，标定函数12在Vt₁-Vt₂之间的测量结果与差压传感器的测量结果相等，经过一段时间后，气体介质被污染，造成K_(t)下降，同时零点α_(t)发生偏移，出现实际测量函数13，取V(t₁)-V(t₂)之间的V(t_i)，在标定函数上得出Y(t_i)，在实际测量函数上得出Y’(t_i)，Y’(t_i)与Y(t_i)之间具有ΔY，零点发生偏移，Δα＝α(t₀)-α‘(t₀)，如果ΔY超过热式测量敏感元件的精度，比如≥1.0％，则需要确定修正的K(_t)的值得出K’(_t)，由于函数关系保持不变，因此经过修正的函数重新符合标定函数，实际测量得出的小于重叠区域的测量值经过修正后变成真实的实际测量值，零点的数值可以通过关闭旁通桥路两端的阀门形成一个无流速的数值。

本实用新型的有益效果是：本实用新型不仅具备成熟的孔板流量测量技术的全部性能，而且把最小流量测量延伸到了热式气体流量检测可以测量的微小流速，量程比大于1∶100。同时，测量孔板元件的微差压通道和旁通桥路均安装在管道外，方便更换敏感测量元件；特别是在旁通桥路完成热式气体流量检测，避免了管道内的杂质对敏感的测量元件的直接冲击，从而提高了整体的可靠性。基于热式测量技术和孔板流量测量装置的两个测量通道的测量范围交集，实现了了冗余测量，通过自动检定和校零功能，使整体的测量精度和稳定性大大的提高。可以测量大口径管道气流量，也可以用于小口径的居民用气体流量仪表，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，其制造和使用成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图；

图2是本实用新型的一种旁通桥路入口的结构示意图；

图3是本实用新型的一种旁通桥路入口的结构示意图；

图4是本实用新型的另一种结构示意图；

图5是本实用新型的一种测量函数关系图；

图中：1、测量管，2、孔板，3、小孔，4、入口，5、柱形腔，6、入口阀门，7、热式测量敏感元件，8、出口阀门，9、差压传感器，10、出口，11、入口管，12、标定函数，13、实际测量函数。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置(参见附图1附图2)，包括气体流量测量管1、测量管内固定有中间带小孔3的孔板2，所述的孔板具有足够的厚度，测量管壁上接有横跨孔板的测量装置，测量装置主要包括差压传感器9，差压传感器的一端接孔板的上游，差压传感器的另一端接孔板的下游，差压传感器连接数据处理系统，测量管壁上接有横跨孔板的测量微小气体流速的旁通桥路，旁通桥路的入口4接孔板的上游，旁通桥路的出口10接孔板的下游，旁通桥路上接有热式测量敏感元件7，热式测量敏感元件连接数据处理系统；旁通桥路上安装有入口阀门6和出口阀门8，热式测量敏感元件设置在入口阀门与出口阀门之间；旁通桥路的入口的前端顶在测量管的内壁形成向测量管壁内部凹陷的凹腔，凹腔朝向气体流动的来源方向；旁通桥路的入口的断面形状边缘圆滑无刃角呈圆形，人口的后端为尺寸扩大的圆柱形腔，入口的长度较短，柱形腔接近入口的端部，柱形腔后端接热式测量敏感元件测量的引入通道；柱形腔内设有分离气体杂质的滤网，滤网分离气体所占的总面积与引入通道截面积的比值为20∶1，数据处理系统包括热式测量敏感元件的自适应校正模块、信号采样和处理模块。

实施例2：一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置(参见附图3)，旁通桥路的入口为一段悬设在测量管内部的入口管11，入口的开口朝向气体流动来源的方向，其余结构参照实施例1。

实施例3：一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置(参见附图4)，差压传感器的前端接到旁通桥路入口的后端，差压传感器的后端接到旁通桥路出口的前端。其余结构参照实施例1。

以上所述的实施例只是本实用新型的几种较佳方案，并非对本实用新型作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，包括气体流量测量管、测量管内固定有中间带小孔的孔板，所述的孔板具有足够的厚度，测量管壁上接有横跨孔板的测量装置，测量装置主要包括差压传感器，差压传感器的一端接孔板的上游，差压传感器的另一端接孔板的下游，差压传感器连接数据处理系统，其特征在于测量管壁上接有横跨孔板的测量微小气体流速的旁通桥路，旁通桥路的入口接孔板的上游，旁通桥路的出口接孔板的下游，旁通桥路上接有热式测量敏感元件，热式测量敏感元件连接数据处理系统；差压传感器和热式测量敏感元件对被测汽流介质流量的测量结果存在互不干涉的冗余重叠区域。

2.根据权利要求1所述的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，其特征在于旁通桥路上安装有入口阀门和出口阀门，热式测量敏感元件设置在入口阀门与出口阀门之间。

3.根据权利要求1所述的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，其特征在于旁通桥路的入口的前端顶在测量管的内壁或者悬设在测量管内，旁通桥路入口的开口迎向气流的来源的方向并形成一个导入角。

4.根据权利要求1或3所述的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，其特征在于旁通桥路的入口的断面形状边缘圆滑无刃角，人口的后端为尺寸扩大的柱形腔，柱形腔后端接热式测量敏感元件测量的引入通道。

5.根据权利要求4所述的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，其特征在于柱形腔内设有分离气体杂质的叶片或者滤网，叶片或者滤网分离气体所占的总面积与引入通道截面积的比值为10∶1-100∶1。

6.根据权利要求1所述的带旁通桥路的双通道孔板气体流量测量装置，其特征在于数据处理系统包括热式测量敏感元件的自适应校正模块、信号采样和处理模块。