CN202836646U - 带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，解决了现有技术中在使用管道进行流体流量测量时，难以对管道内气体小流量进行测量的缺陷，包括流体流量测量管，测量管具有一段缩径段，测量管内固定有以旋涡原理测量流量的旋涡流量计，测量管外部设置有旁通桥路，旁通桥路的两端连通到测量管内，旁通桥路的入口端连接在缩径段上；旁通桥路上连接有热式测量敏感元件，热式测量敏感元件和旋涡流量计相结合不仅具备成熟的旋涡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，量程比可以高达1：1000。

Description

带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种气体流量测量装置，尤其是具备超宽量程和低功耗特性的一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置。

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，它有接近零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：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，也就是测量系统偏离了计量精度要求，虽然其它基本功能，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，旋涡流量计使用改进的涡街测量原理，传感元件由涡街传感器和压力传感器以及温度传感器组成。由体积流量经运算得出质量流量。旋涡街流量计是流量测量中比较先进的一种流量计，具有灵敏度高、选用范围宽、工作稳定、精度高、抗管道震动干扰能力强、介质通用性好不怕气体悬浮颗粒和油污分子等优点。实用新型专利号200720124971.2就公开了一种一体化智能旋进旋涡流量计，在计量表体内，设置有压力传感器和温度传感器，可直接测量和显示出被测介质的瞬时流量、累积流量、压力、温度等参数，并对压力、温度、压缩因子进衍自动跟踪补偿运算；结构紧凑，使用方便；将温度传感器和压力传感器安装在表体上，并与流量积算仪连接成一体，使用方便；节省原材料。但旋涡流量计对接近流量下限的流体流量测量仍然反应不敏感，特别是不能满足流量变动范围大的气体流量测量。 

为改进测量范围，提高流体流量测量的量程比，实用新型专利号200420002415.4就公开了一种全量程流量计，其结构由阀体、流量下限检测装置、流量上限检测装置、控制装置与表体组成；流量上限检测装置由涡街传感器测量，流量下限检测装置由加热传感器与参比传感器组成；涡街传感器、加热传感器与参比传感器沿流体流动方向依次安装于管道内上。实现了涡街流量测量和热式测量的串联补充，达到了小流量部分由热式测量完成的计量模式，明显提高了量程比。但是，由于流量下限检测装置安装在气体流动的管道内，测量信号受被测点的流场分布变化影响，其加热传感器与参比传感器均为带有热套管的电阻式温度传感器，这一对电阻式传感器的功耗高，只能采用电源供电，对流量测量的计量应用带来明显局限。同时，该全量程流量计存在涡街测量部分抗管道震动能力弱，对运行现场适应能力也有局限。

因此，就需要有一种宽量程微功耗的流量计，可以方便地对流体流量进行全量程的精确测量方法，同时能采用电池供电，而且能够适应安装现场有管道震动干扰，又气体介质通用性好。那么，该类技术不仅能够显著提升速度式流量计性能，也能够更好地用于广泛存在的商业用和工业用气表，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流体流量测量时，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，结构可靠，能够从微小流量开始测量，而且能有效消除杂质影响，延长检测装置使用寿命，采用电池供电，超宽量程微功耗的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，包括流体流量测量管，测量管具有一段缩径段，测量管内固定有以旋涡原理测量流量的旋涡流量计，测量管外部设置有旁通桥路，旁通桥路的两端连通到测量管内，旁通桥路的入口端连接在缩径段上；旁通桥路上连接有热式测量敏感元件；热式测量敏感元件和旋涡流量计对被测流体介质流量的测量结构存在相互独立且测量范围相互冗余重叠区域；热式测量敏感元件的信号和旋涡流量计的信号均分别连接到数据处理电路。测量管内设置缩径段形成上下游压力差；测量管内的旋涡流量计测量气体大流速区段，这种结构相当于典型旋涡旋进流量测量装置，可以测量的范围为约为3.0m/s-30.0m/s。在在测量管道的管壁上设置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-10m/s，这样可以测量微小流量，旋涡原理流量测量通道和热式测量通道相互独立，对被测流体介质流量的测量结果存在相互独立且测量范围相互冗余重叠区域。

在成熟的旋涡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，旁通桥路的口径面积仅为主管道的1/100～1/1000之间，测量管和旁通桥路同步进行流量测量工作；如果气体流速处在旋涡流量计难以准确测量的小流量区域时，旋进旋涡流量计的测量无测量信号或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；当测量管内气流进入到在旋涡流量计能够准确测量的流量区域时，旋涡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。当管道内气流工作在旋涡流量计能够准确测量的流量区域时，能够充分发挥旋涡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旋涡流量测量装置的测量范围交集，就得以实现自适应校正。

作为优选，旁通桥路上安装有入口阀门和出口阀门，热式敏感元件设置在入口阀门和出口阀门之间。在旋涡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入口阀门和出口阀门，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。旁通桥路两侧的入口阀门和出口阀门可以关闭或者开启，以选择单独旋涡测量或者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，旁通桥路的入口的开口迎向气体的来源的方向并形成一个导入角。导入角方便气流从入口进入。

作为优选，旁通桥路的入口的后端为柱形腔，柱形腔的尺寸大于旁通桥路的入口处的截面尺寸，所述的热式测量敏感元件设置在柱形腔的后端。入口的形状尺寸是为了控制旁通桥路的分流比，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。

作为优选，热式测量敏感元件为热式质量流量传感器，其输出信号和流体的质量流量成正比单值相关输出特性函数，功耗在1-50豪瓦。热式质量流量传感器的功耗比较低。

作为优选，柱形腔内设有分离气体杂质的叶片或滤网，叶片或滤网分离气体所占的总面积与隐入通道截面积的比值为10：1-100：1。叶片或滤网主要对气体进行过滤，防止杂质随气体流动，给测量带来较大的误差，控制叶片或滤网的作用面积，防止对气体的流速造成影响。

作为优选，旋涡流量计包括旋涡发生体、涡街传感器、压力传感器和温度传感器；旋涡发生体安装与测量管内的缩径段的大径端，涡街传感器位于旋涡发生体的流体流动方向的下游，压力传感器和温度传感器设置到测量管的管壁上并连通测量管内部。

作为优选，旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的上游部，旁通桥路的出口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位；或者旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的上游部，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨整个旋涡流量计；或者旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨涡街传感器、压力传感器和温度传感器。

作为优选，测量管外部固定有壳体，壳体上通过连接杆固定有表头；旁通桥路设置于壳体内，数据处理电路处于表头中。

作为优选，数据处理电路包括由连接线路连接的数据处理分析电路、低流速处理电路、大流速测量电路、自适应校正电路和显示电路；自适应校正电路控制热式测量敏感元件在气体低流速区段自动进行测量，并在气体在大流速区段自动进入休眠状态。

本实用新型的有益效果是：热式测量敏感元件和旋涡流量计相结合不仅具备成熟的旋涡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，量程比可以高达1：1000。同时，测量小流量区段的旁通桥路均安装在管道外，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，而且方便更换热式敏感测量元件，使整体的测量精度和稳定性大大的提高。

附图说明

图1是本实用新型一种结构示意图；

图2是本实用新型第二种结构示意图；

图3是本实用新型第三种结构示意图；

图4是本实用新型一种数据处理电路原理图；

图中：1、测量管，2、旁通桥路，3、热式测量敏感元件，4、旋涡发生体，5、涡街传感器，6、压力传感器，7、温度传感器，8、表头，9、连接杆，10、壳体。

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热式旋涡复合流量测量装置（参见附图1），包括流体流量测量管1，测量管具有一段缩径段，测量管内固定有以旋涡原理测量流量的旋涡流量计。旋涡流量计包括旋涡发生体4、涡街传感器5、压力传感器6和温度传感器7。其中旋涡发生体4安装与测量管内的缩径段的大径端，涡街传感器5位于旋涡发生体的流体流动方向的下游，压力传感器6和温度传感器7设置到测量管的管壁上并连通测量管内部。

测量管外部固定有壳体10，壳体上通过连接杆9固定有表头8。壳体内设置有旁通桥路2。旁通桥路的两端连通到测量管内，旁通桥路的两端安装有入口阀门和出口阀门，旁通桥路的入口处于旋涡发生体的上游部位，旁通桥路的出口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位。旁通桥路的入口的前端顶在测量管的内壁，旁通桥路的入口的开口迎向气体的来源的方向并形成一个导入角。旁通桥路的入口的后端为柱形腔，柱形腔的尺寸大于旁通桥路的入口处的截面尺寸。柱形腔内设有分离气体杂质的叶片或滤网，叶片或滤网分离气体所占的总面积与隐入通道截面积的比值为50：1。旁通桥路的入口与出口之间连接有热式测量敏感元件3，热式测量敏感元件和旋涡流量计对被测流体介质流量的测量结构存在相互独立且测量范围相互冗余重叠区域。热式测量敏感元件为热式质量流量传感器，其输出信号和流体的质量流量成正比单值相关输出特性函数，功耗在1-50豪瓦。热式测量敏感元件设置在柱形腔的后端，处于入口阀门和出口阀门之间。

表头内设置有数据处理电路，数据处理电路包括由连接线路连接的数据处理分析电路、低流速处理电路、大流速测量电路、自适应校正电路和显示电路。热式测量敏感元件的信号和旋涡流量计的信号均分别连接到数据处理电路（参见附图4），热式测量敏感元件通过低流速区段检测电路连接到数据处理分析电路，数据处理分析电路连接自适应校正电路并对热式测量敏感元件进行控制，涡街传感器5、压力传感器6和温度传感器7通过大流速区段检测电路与数据处理分析电路相连，数据处理分析电路通过连接线路连接到测量数据显示电路上，数据处理分析电路通过数据通信连接到出线端口，电源通过出线端口连接数据处理电路。自适应校正电路控制热式测量敏感元件在气体低流速区段自动进行测量，并在气体在大流速区段自动进入休眠状态。

数据处理电路对流量分为小流量区段、重叠区段和大流量区段经过微处理电路精确的拟和，使得该流量装置可以测量从微小流量到量程上限的流体的质量流量，其自适应校正电路控制热式测量敏感元件在气体低流速区段自动进行测量，并在气体在大流速区段自动进入休眠状态。其精确流量测量结果由数据处理分析电路送到显示电路显示出来，也可以由数据处理分析电路经数据通信送到其它设备，实现远程数据传送的功能。

实施例2：一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置（参见附图2），壳体内部设置有旁通桥路2，旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的上游部，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨整个旋涡流量计。其余结构参照实施例1。

实施例3：一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置（参见附图3），旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨涡街传感器、压力传感器和温度传感器。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 (10)

1. 一种带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，包括流体流量测量管（1），测量管具有一段缩径段，测量管内固定有以旋涡原理测量流量的旋涡流量计，其特征在于测量管外部设置有旁通桥路（2），旁通桥路的两端连通到测量管内，旁通桥路的入口端连接在缩径段上；旁通桥路上连接有热式测量敏感元件（3）；热式测量敏感元件和旋涡流量计对被测流体介质流量的测量结构存在相互独立且测量范围相互冗余重叠区域；热式测量敏感元件的信号和旋涡流量计的信号均分别连接到数据处理电路。

2.根据权利要求1所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于旁通桥路上安装有入口阀门和出口阀门，热式敏感元件设置在入口阀门和出口阀门之间。

3.根据权利要求1所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，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，旁通桥路的入口的开口迎向气体的来源的方向并形成一个导入角。

4.根据权利要求1或2或3所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于旁通桥路的入口的后端为柱形腔，柱形腔的尺寸大于旁通桥路的入口处的截面尺寸，所述的热式测量敏感元件设置在柱形腔的后端。

5.根据权利要求4所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于热式测量敏感元件为热式质量流量传感器，其输出信号和流体的质量流量成正比单值相关输出特性函数，功耗在1-50豪瓦。

6.根据权利要求4所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于柱形腔内设有分离气体杂质的叶片或滤网，叶片或滤网分离气体所占的总面积与隐入通道截面积的比值为10：1-100：1。

7.根据权利要求1或2或3所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于旋涡流量计包括旋涡发生体（4）、涡街传感器（5）、压力传感器（6）和温度传感器（7）；旋涡发生体安装与测量管内的缩径段的大径端，涡街传感器位于旋涡发生体的流体流动方向的下游，压力传感器和温度传感器设置到测量管的管壁上并连通测量管内部。

8.根据权利要求7所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的上游部，旁通桥路的出口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位；或者旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的上游部，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨整个旋涡流量计；或者旁通桥路的入口设置于旋涡发生体的下游与涡街传感器的上游之间的部位，旁通桥路的出口设置于涡街传感器的下游，旁通桥路横跨涡街传感器、压力传感器和温度传感器。

9.根据权利要求1或2或3所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于测量管外部固定有壳体（10），壳体上通过连接杆（9）固定有表头（8）；旁通桥路设置于壳体内，数据处理电路处于表头中。

10.根据权利要求1所述的带旁通桥路的热式旋涡复合流量测量装置，其特征在于数据处理电路包括由连接线路连接的数据处理分析电路、低流速处理电路、大流速测量电路、自适应校正电路和显示电路；自适应校正电路控制热式测量敏感元件在气体低流速区段自动进行测量，并在气体在大流速区段自动进入休眠状态。

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