CN202119488U - 一种利用示踪气体测量风道风量的装置 - Google Patents

Abstract

一种利用示踪气体测量风道风量的装置，属于流体流量测量的技术领域。该装置由数据处理系统、示踪气体源、减压阀、流量计、第一气体浓度传感装置、第二气体浓度传感装置和活接释放管构成；所述的活接释放管有三种类型，可依据流量计出口压力的不同进行选择。该测量装置采用了多种类型的活接释放管，从而确保了示踪气体与空气在短距离内充分混合。本实用新型具有测量精度高、适用范围广的优点，可用于直风道、带有扰动部件的风道、带回风系统的风道等多种场合的测量，具有很高的实用价值。

Description

一种利用示踪气体测量风道风量的装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用示踪气体测量风道风量的装置，属于流体流量测量的技术领域，特别适用于暖通空调领域中风道风量的测量，通过对示踪气体的参数测量达到空调系统的风道内的风量测量的目的。

背景技术

空气是空调系统的热湿载体，这使得风量成为暖通空调领域中重要的指标参数。采用机械通风或自然通风时，通风量是评价通风效果的重要指标。采用空调系统运行时，空调系统的风量也是计算空调系统能耗的重要参数之一。此外，无论是空调系统投入运行时的初调节，还是空调系统的节能诊断，风量的测量都是测试过程中的基础工作之一。通常情况下，风道(包括通风管道、通风竖井等)是进行风量测量的主要场所。因此，风道风量的测量方法及其系统的研究与开发也显得尤为重要。

在工程实践中，常用的测量风道风量的方法是截面平均风速法，测量仪器有两种——风速仪和皮托管。这些方法的基本原理都是通过多点测量风道截面的平均风速，进而计算出风道风量。截面风速分布的不均匀性以及同一点风速的脉动变化，使得测点的布置和读数人员的主观反应都会对上述两种测量方法的结果产生超出工程允许范围的误差。

示踪气体测量方法作为一种非常规的流量测量方法，在自然通风等领域的风量测量中已经得到广泛应用。现有的利用示踪气体测量风道风量的方法是基于如下公式所述原理进行的(参见：朱能，田哲，王侃红.示踪气体跟踪测量方法在空调通风上的应用[J].暖通空调，1999，29(2)：58-62)：

$Q=\frac{S}{c_2-c_1}$

其中：

Q——风道风量，m³/s；

S——示踪气体源的释放强度，m³/s；

c₁——风道中示踪气体释放点前测得的浓度，m³/m³；

c₂——风道中释放点后均匀混合后测得的浓度，m³/m³。

上述原理是由附图1所述装置实现风道风量测量的。该装置由数据处理系统2、示踪气体源3、减压阀4、流量计5以及测量释放点前、后浓度的两个传感器构成，各部分间通过信号线或者气体连接管构成一个整体。测量时，示踪气体源3释放出示踪气体，经减压阀4流至流量计5，测得释放强度后流至待测风道1中，经过一段距离之后示踪气体与风道内空气已充分混合；两个传感器分别置于释放点的上游和下游，测得该点的示踪气体浓度；流量计5、释放点前后的传感器将测得的数据传入数据处理系统2中，经过计算处理，实现对风道风量的测量。

以此为基础，在近期对该测量方法进行的进一步研究(参见：蒋选，邵晓亮，李先庭.利用示踪气体测量风道中风量的研究[J].广州大学学报，2010，9(6)：27-31)中，研究人员对一些影响测量的因素进行了初步研究，并提出了通过对风量求均值的方法提高测量稳定性，并消除误差，基于如下公式：

$Q\left(t\right)=\frac{1}{m}\·\underset{i=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{S(t-\mathrm{i\Δ\τ})}{c_2(t-\mathrm{i\Δ\τ})-c_1(t-\mathrm{i\Δ\τ})}$

其中：

Q——风道风量，m³/s；

t——测量时间，s；

m——对风量取平均的时间步长数，一般取10；

i＝1、2、3、…、(m-1)；

Δτ——传感器的采样间隔，s；

S——示踪气体源的释放强度，m³/s；

c₁——风道中示踪气体释放点前测得的浓度，m³/m³；

c₂——风道中释放点后均匀混合后测得的浓度，m³/m³。

这些背景研究说明了利用示踪气体测量风道风量的方法建立在一种与风道内的流速分布无关的测量原理的基础之上，据此开发的测量装置能克服现有测量方法的缺点与不足。在利用示踪气体测量风道风量的方法的原理中，实现测量并保证测量结果的准确性依赖于释放系统和测量系统得到数据的准确性。直接将依据现有技术所开发的装置应用于暖通空调领域风道风量的测量中，还存在一些特殊问题。其具体表现在：

1)现有技术使用的传感器体积较大，不便安装，使其在工程应用受到很大限制；同时，示踪气体的浓度测量需要实时进行，现有技术使用的传感器有较为严重的滞后，对测量带来较为不利的影响；

2)现有技术对于释放点后的传感器的布置点与释放点之间的距离(定义为掺混长度)及其影响因素仅进行了定性研究，还需要进一步的定量研究；

3)工程实践中，测量直风道风量时，如何缩短掺混长度还需要一些可行的措施；此外，当风道中存在弯风道、风阀、风机等扰动部件时，现有技术对如何确保测量的准确还缺乏研究；

4)实际的空调通风系统多是带回风运行的系统，需要克服测试过程中回风导致的示踪气体浓度不稳定而产生的不利影响；现有技术没有对其在实际系统中的可行性进行分析，还需要进一步的分析。

由此可见，虽然利用示踪气体测量风道风量的方法在原理上具有测量方便结果精确的优点，然而相关研究的不足和带回风系统的适用性问题仍是制约该测量方法推广应用的重要原因。因此，迫切需要从原理和应用上继续改进和完善该测量方法，并在此基础上提出可实际应用的系统。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种利用示踪气体测量风道风量的装置，可实现示踪气体释放后在尽可能短的下游能够充分混合，并克服了现有技术在传感器的布置及测量方面的问题。

本实用新型的目的通过如下的技术方案实现：

一种利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：该装置包括数据处理系统、示踪气体源、减压阀、流量计、第一气体浓度传感装置、第二气体浓度传感装置和活接释放管，所述示踪气体源通过气体连接管和减压阀与流量计连接，所述的活接释放管通过气体连接管与流量计连接，所述第一气体浓度传感装置、第二气体浓度传感装置和流量计分别通过通过信号线与数据处理系统连接；所述的第一气体浓度传感装置由第一传感器吸气管、第一传感器气泵、第一传感器和第一传感器排气管构成；所述的第一传感器吸气管与第一传感器气泵的入口相连接，第一传感器的入口与第一传感器气泵的出口相连接，第一传感器排气管与第一传感器的出口相连接；所述的第二气体浓度传感装置由第二传感器吸气管、第二传感器气泵、第二传感器、第二传感器排气管构成；所述的第二传感器吸气管与第二传感器气泵的入口相连接，第二传感器的入口与第一传感器气泵的出口相连接，第二传感器排气管与第二传感器的出口相连接。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的活接释放管采用三种类型，第一种类型为低压有动力释放管，第二种类型为低压无动力释放管，第三种类型为高压释放管。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的低压有动力释放管有两种：第一种由第一释放管、微型轴流风机、弯连接管和活接释放头构成；第二种由第二释放管和动力旋流释放头构成；所述的活接释放头包括旋流释放头和散流释放头。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的低压有动力释放管由伸缩头外套管和伸缩头内管构成；所述的伸缩头内管表面布满孔眼，且端面带有拉环。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：高压释放管由第二释放管和气体喷头构成。

本实用新型采用了多种类型的活接释放管，从而确保了示踪气体与空气在短距离内充分混合，可用于长直风道、存在扰动部件的风道、带回风系统的风道等多种场合的测量，具有测量精确、适用范围广的优点，有很高的实用价值，具体表现在：

1)本实用新型采用抽气式传感器代替现有技术传感器，采用拟在线测量的方式克服了传感器迟滞带来的测量误差，同时使得传感器的布置和拆卸更加方便快捷。

2)第一传感器与释放点之间间隔长度由风道风速、释放头的气体出口速度决定，第二传感器与释放点之间的间隔长度——掺混长度由二者间的扰动部件、释放头、管径等因素决定，本实用新型给出了估计直风道中掺混长度的表达。

3)对于直风道，本实用新型采用活接释放管，使用多点释放或扩散释放的方法，使得示踪气体在释放后即与管道内的空气充分接触，加快了混合过程，缩短了掺混长度；对于弯风道、风阀、风机等加剧空气扰动的部件，本实用新型提出在这些扰动部件的上游释放，使得扰动部件起搅拌作用，加快混合过程，缩短掺混长度。

附图说明

图1为现有技术的结构原理示意图图。

图2为本实用新型提供的测量装置的结构原理图。

图3为本实用新型提供的活接释放管的第一种类型(一种低压无动力释放管的收缩与伸长时的状态图)。

图4为本实用新型提供的活接释放管的第二种类型(一种低压有动力释放管及两种活接释放头)。

图5为本实用新型提供的活接释放管的第二种类型(一种带有动力旋流释放头的低压有动力释放管)。

图6为本实用新型提供的活接释放管的第三种类型(一种释放头为气体喷头的高压释放管)。

图1～图6中各部件的名称为：

1-待测风道；2-数据处理系统；3-示踪气体源；4-减压阀；5-流量计；6-活接释放管；7-第一气体浓度传感装置；8-第一传感器吸气管；9-第一传感器气泵；10-第一传感器；11-第一传感器排气管；12-第一气体浓度传感装置；13-第二传感器吸气管；14-第二传感器气泵；15-第二传感器机身；16-第二传感器排气管；17-伸缩头外套管；18-伸缩头内管；19-第一释放管；20-微型轴流风机；21-弯连接管；22-活接释放头；22-1-旋流释放头；22-2-散流释放头；23-第二释放管；24-动力旋流释放头；25-气体喷头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式、工作原理和工作过程对其在在工程应用中的测量步骤作进一步的说明。

图2是本实用新型提供的“一种利用示踪气体测量风道风量的方法及装置”的工作原理图，其工作原理与图1所示的现有技术的关键不同之处是：在现有技术的连接于流量计5出口的气体连接管后加装了活接释放管6，通过其缩短掺混长度以扩大应用范围；用第一气体浓度传感装置7和第二气体浓度传感装置12代替了现有技术的传感器，使其布置拆卸简捷便于工程应用，同时消除了传感器的迟滞带来的测量误差。

一种利用示踪气体测量风道风量的装置，该装置包括数据处理系统2、示踪气体源3、减压阀4、流量计5、第一气体浓度传感装置7、第二气体浓度传感装置12和活接释放管6，所述示踪气体源3通过气体连接管和减压阀4与流量计5连接，所述的活接释放管6通过气体连接管与流量计5连接，所述第一气体浓度传感装置7、第二气体浓度传感装置12和流量计5分别通过通过信号线与数据处理系统2连接；所述的第一气体浓度传感装置7由第一传感器吸气管8、第一传感器气泵9、第一传感器10和第一传感器排气管11构成；所述的第一传感器吸气管8与第一传感器气泵9的入口相连接，第一传感器10的入口与第一传感器气泵9的出口相连接，第一传感器排气管11与第一传感器10的出口相连接；所述的第二气体浓度传感装置12由第二传感器吸气管13、第二传感器气泵14、第二传感器15、第二传感器排气管16构成；所述的第二传感器吸气管13与第二传感器气泵14的入口相连接，第二传感器15的入口与第一传感器气泵14的出口相连接，第二传感器排气管16与第二传感器15的出口相连接。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置中，所述的活接释放管6采用三种类型，第一种类型为低压有动力释放管，第二种类型为低压无动力释放管，第三种类型为高压释放管。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置中，所述的低压有动力释放管有两种：第一种由第一释放管19、微型轴流风机20、弯连接管21和活接释放头22构成；第二种由第二释放管23和动力旋流释放头24构成；所述的活接释放头包括旋流释放头22-1和散流释放头22-2。图4为本实用新型提供的活接释放管的第二种类型的第一种形式(一种低压有动力释放管及两种活接释放头)。图5为本实用新型提供的活接释放管的第二种类型的第二种形式(一种带有动力旋流释放头的低压有动力释放管)。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置中，所述的低压有动力释放管由伸缩头外套管17和伸缩头内管18构成；所述的伸缩头内管18表面布满孔眼，且端面带有拉环。图3为本实用新型提供的活接释放管的第一种类型(一种低压无动力释放管的收缩与伸长时的状态)。

本实用新型所提供的利用示踪气体测量风道风量的装置中，高压释放管由第二释放管23和气体喷头25构成。图6为本实用新型提供的活接释放管的第三种类型(一种释放头为气体喷头的高压释放管)。

需要说明的是，在上述的测量过程中，活接释放管6有不同的选择，其根据实流量计5的出口压力的不同：当出口压力小于P₁时，选择低压有动力释放管；当出口压力介于P₁与P₂之间时，选择低压无动力释放管；当出口压力大于P₂时，选择高压释放管；所述的P₁的取值范围是20Pa≤P₁≤200Pa，所述的P₂取值范围是5kPa≤P₂≤50kPa。

下面介绍在工程实践中测量的具体流程以及三个典型的实施例如下：

测量前，预先进行如下二步考察：

第一步，考察待测量的系统是否为带回风系统。需要说明的是，带回风系统是指实际运行中以带回风的模式运行的系统，部分设计有回风道但运行中以不带回风模式运行的系统视为非带回风系统。

第二步，考察待测量的风道是否带有扰动部件。扰动部件泛指能增加风道中的空气扰动，加速示踪气体与风道中空气掺混的部件，例如弯风道、风机、风阀等。

根据以上考察结果进行传感器的布置等测量准备工作，并选择本实用新型提供的对应的测量方法和测量过程之后进入测量过程。

Claims (5)

1.一种利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：该装置包括数据处理系统(2)、示踪气体源(3)、减压阀(4)、流量计(5)、第一气体浓度传感装置(7)、第二气体浓度传感装置(12)和活接释放管(6)，所述示踪气体源(3)通过气体连接管和减压阀(4)与流量计(5)连接，所述的活接释放管(6)通过气体连接管与流量计(5)连接，所述第一气体浓度传感装置(7)、第二气体浓度传感装置(12)和流量计(5)分别通过通过信号线与数据处理系统(2)连接；所述的第一气体浓度传感装置(7)由第一传感器吸气管(8)、第一传感器气泵(9)、第一传感器(10)和第一传感器排气管(11)构成；所述的第一传感器吸气管(8)与第一传感器气泵(9)的入口相连接，第一传感器(10)的入口与第一传感器气泵(9)的出口相连接，第一传感器排气管(11)与第一传感器(10)的出口相连接；所述的第二气体浓度传感装置(12)由第二传感器吸气管(13)、第二传感器气泵(14)、第二传感器(15)、第二传感器排气管(16)构成；所述的第二传感器吸气管(13)与第二传感器气泵(14)的入口相连接，第二传感器(15)的入口与第一传感器气泵(14)的出口相连接，第二传感器排气管(16)与第二传感器(15)的出口相连接。

2.根据权利要求1所述的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的活接释放管(6)采用三种类型，第一种类型为低压有动力释放管，第二种类型为低压无动力释放管，第三种类型为高压释放管。

3.根据权利要求2所述的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的低压有动力释放管有两种：第一种由第一释放管(19)、微型轴流风机(20)、弯连接管(21)和活接释放头(22)构成；第二种由第二释放管(23)和动力旋流释放头(24)构成；所述的活接释放头(22)包括旋流释放头(22-1)和散流释放头(22-2)。

4.根据权利要求2所述的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：所述的低压有动力释放管由伸缩头外套管(17)和伸缩头内管(18)构成；所述的伸缩头内管(18)表面布满孔眼，且端面带有拉环。

5.根据权利要求2所述的利用示踪气体测量风道风量的装置，其特征在于：高压释放管由第二释放管(23)和气体喷头(25)构成。

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