CN213120668U

CN213120668U - 一体化差压气体质量流量计

Info

Publication number: CN213120668U
Application number: CN202022221341.5U
Authority: CN
Inventors: 廖荣忠; 孙亚林; 魏武学; 万驹
Original assignee: Mccollow Guangzhou Instrument Co ltd
Current assignee: Mccollow Guangzhou Instrument Co ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-05-04
Anticipated expiration: 2030-09-30

Abstract

本实用新型提供一体化差压气体质量流量计，包括一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器；多变量气体质量流量变送器包括双腔壳体、MEMS芯片和处理模块，处理模块包括第一CPU处理电路和第二CPU处理电路；节流装置包括单孔差压测量探杆和导压管，单孔差压测量探杆包括型腔和测量探头，型腔与双腔壳体连通且密封，测量探头连接于型腔的底部，测量探头具有正压通道、负压通道、正压侧孔、负压侧孔。本实用新型一体化差压气体质量流量计，能够以一支100mm长的探杆测量管径为大于等于25mm的任意管道的气体质量流量，具有应用范围广，量程范围宽，可以测量超小差压，操作简单体积小、功耗低等良好的性能，适用于需要本安防爆的场合。

Description

一体化差压气体质量流量计

技术领域

本实用新型涉及流体测量技术领域，尤其是涉及一体化差压气体质量流量计。

背景技术

管道介质流量是流程工业自动控制中必不可少的一个重要参数，差压式流量计是基于节流装置在流体流过时，产生差压的原理，通过相关算法实现介质流量的测量，被广泛地应用于流体测量的技术领域。管道介质有气体，液体和蒸汽三种，气体流量有体积/质量流量，质量流量是在体积流量基础上进行温压补偿的结果。

在现有技术中，差压式气体质量流量计分为节流装置、差压变送器、压力变送器、温度变送器和具有温压补偿的积算仪五个独立的部分；而节流装置是根据用户管径定制的，不可以换为其它不同管径，导致产品应用范围小。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于解决上述缺陷的一体化差压气体质量流量计，通过优化差压气体质量流量计的结构设计，具有应用范围广，量程范围宽，可以测量超小差压，操作简单体积小、功耗低等良好的性能，适用于需要本安防爆的场合。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一体化差压气体质量流量计，包括一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器；

所述多变量气体质量流量变送器包括双腔壳体和密封于所述双腔壳体内的MEMS芯片和处理模块，所述处理模块包括第一CPU处理电路和第二CPU处理电路；

所述节流装置包括单孔差压测量探杆和导压管，所述单孔差压测量探杆包括型腔和测量探头，所述型腔的顶部与所述双腔壳体连通且密封，所述测量探头连接于所述型腔的底部，所述导压管的一端与所述处理模块的信号采集端连接，所述导压管的另一端与所述测量探头连接；

所述测量探头具有正压通道、负压通道、与所述正压通道连通正压侧孔、与所述负压通道连通的负压侧孔。

作为其中一种优选方案，所述多变量气体质量流量变送器还包括压力传感器与温度传感器。其中，压力信号是节流装置的正压孔传递到变送器传感器板上的MEMS压力芯片，通过该芯片测量，获得数字形式的压力值；温度传感器(如热电阻)是插在节流装置的正压孔，获取介质的现场实时温度，其信号输出的三根线接到传感器板上，也可以通过接线盒的端子连接(作为外接温度)输入到第一CPU。

作为其中一种优选方案，所述单孔差压测量探杆的长度为100mm，所述单孔差压测量探杆的规格包括但不限于D12或D16或D26。

作为其中一种优选方案，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的卡箍结构，所述单孔差压测量探杆通过所述卡箍结构压紧固定。

作为其中一种优选方案，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的法兰结构；

所述法兰结构包括用于与待测管道焊接的法兰安装支架，以及用于固定所述法兰安装支架的对穿螺丝。

作为其中一种优选方案，所述双腔壳体包括显示腔与接线腔；

所述显示腔内设有人机交互设备，所述人机交互设备与所述多变量气体质量流量变送器连接；

所述接线腔内设有接线盒、供电接口、模拟输出接口、串行接口和外接温度接口。

作为其中一种优选方案，所述人机交互设备包括LCD屏和键盘。

作为其中一种优选方案，所述接线腔内设有接线盒、供电接口、模拟输出接口、串行接口和外接温度接口。

作为其中一种优选方案，所述第一CPU处理电路分别与所述MEMS芯片、所述温度传感器、所述串行接口连接；

所述第二CPU处理电路分别与所述第一CPU处理电路、所述人机交互设备连接。

作为其中一种优选方案，所述多变量气体质量流量变送器还包括二线制4～20mA+HART总线输出，其中，二线制4～20mA为瞬时质量流量的模拟输出，二线制HART总线叠加在二线制4～20mA电流上，含有数字信号；所述数字信号包括但不限于：瞬时质量流量、累积流量、管道压力、介质温度、节流装置上产生的差压值。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于，通过一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器，配合设于外侧的双腔壳体，使得差压气体质量流量计具有稳固的机械结构，密封性能较好；此外，一体化差压式气体质量流量变送器，可以测量25～6000mm范围的各种气体质量流量，具有应用范围广，量程范围宽，可以测量超小差压，操作简单体积小、功耗低等良好的性能，适用于需要本安防爆的场合。

附图说明

图1是本实用新型其中一种实施例中的差压气体质量流量计的结构示意图；

图2a～2b展示的是本实施例中的差压气体质量流量计的测量探头的剖视图；

图3是本实用新型其中一种实施例中的差压气体质量流量计的模块连接示意图；

图4是本实用新型其中一种实施例中的卡箍安装的结构示意图；

图5是本实用新型其中一种实施例中的法兰安装的结构示意图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

1、双腔壳体；2、测量探头；3、型腔；4、导压管；5、显示腔；6、接线腔；7、主板；8、MEMS差压芯片；9、MEMS压力芯片；10、温度传感器；11、第一CPU处理电路；12、第二CPU处理电路；13、LCD屏；14、键盘；15、正压通道；16、负压通道；17、正压侧孔；18、负压侧孔；

A、卡箍支架；B、法兰安装支架；C、管道内径。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有定义，本实用新型所使用的所有的技术和科学术语与属于本的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型中说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参见图1，本实用新型一实施例提供了一体化差压气体质量流量计包括一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器；

所述多变量气体质量流量变送器包括双腔壳体1，优选地，双腔壳体1采用本质安全型的防爆型式，能够将产品内部和暴露于潜在爆炸性环境的连接导线可能产生的电火花或热效应能量限制在不能产生点燃的水平，在含有爆炸性危险气体混合物的场合中能够防止爆炸事故发生。

所述多变量气体质量流量变送器还包括MEMS芯片和处理模块，所述处理模块包括第一CPU处理电路11和第二CPU处理电路12；

所述节流装置包括单孔差压测量探杆和导压管4，所述单孔差压测量探杆包括型腔4和测量探头2，所述型腔3的顶部与所述双腔壳体1连通且密封，所述测量探头2连接于所述型腔4的底部，所述导压管4的一端与所述处理模块的信号采集端连接，所述导压管4的另一端与所述测量探头2连接；

如图2a～2b示出，所述测量探头2设计为双龟壳型探头，具有正压通道、负压通道、与所述正压通道连通的正压侧孔、与所述负压通道连通的负压侧孔。应当说明的是，所述节流装置包括单孔差压测量探杆4，型腔3，单孔差压测量探杆4上用于插入待测管道内的一端为检测端，也即测量探头2，在所述测量探头2的外侧表面相对开设有一与所述正压通道连通的正压孔，以及一与所述负压通道连通的负压孔。

此外，现有技术中的差压气体质量流量计，无法实现二线制(电源线，输出线和通信线三和一)，如果要获取累积流量，产品还需要使用CNN总线(汽车上常用的总线)，而不是二线制的4～20mA+HART总线，极大地限制了差压式流量计的使用场合与工作性能，更重要的是，由于产品的功耗较高，无法满足本安防爆的基本要求，不能在危险场合使用，将在应用上受到许多限制。更重要的是，现有技术中的差压式流量计，其变送器为电容式/谐振式/压电式等，对于微差压的测量效果不尽人意，难以达到较大的测量范围与较佳的测量精度。在本实用新型实施例中，选用相关的MEMS差压芯片，在实现功耗低的同时，能够达到体积小、价格低廉、精度高的优点，产品能够稳定测量超小和/或超大的差压，从而可以实现超大量程比，使得流量计的工作性能大大提升。

在上述实施例中，每片芯片都在自动快速台上标定，将标定数据保存在存储器E²ROM中，产品能够保证差压在2帕时，可以实现稳定的测量，在5～10帕时，达到较佳的精度；同时，最大差压可以稳定测量到10～15千帕，差压量程比为5000～7500倍，流量量程比为70.7～86.6倍，具有相当大的流量测量范围，是传统差压变送器(电容式/谐振式/压电式等)或者传统的流量计所无法比拟的。

在上述实施例中，MEMS芯片包括低功耗的MEMS差压芯片与MEMS压力芯片，差压与压力等信息通过单孔差压测量探杆施加给MEMS差压芯片与MEMS压力芯片，优选地，在上述实施例中，差压信号取自所述节流装置的高低压孔，直接送到MEMS差压芯片的高低压取压口，将差压信号转换成mV信号；所述压力信号取自于所述节流装置的正压侧孔(称为前端取压)，MEMS压力芯片将压力转换成I2C数字信号；所述温度传感器是插在所述节流装置的正压侧孔里，以测量所述待测管道内部的介质温度，以电阻值大小反映介质温度高低；三路信号与第一CPU处理电路电性连接(见图3)，经过不同的处理读入第一CPU处理电路。

进一步的，在上述实施例中，所述单孔差压测量探杆的长度为100mm，所述单孔差压测量探杆的规格包括但不限于D12或D16或D26。不同的规格是按照高低压分离处的最大直径确定的，如：D16最大直径处为16cm。国外产品只有D12，探杆直径小，可以用于较小的管径，但无法测量潮湿气体，孔太小，水膜将测量孔堵了，使产品无法正常工作，而气体中一定会含一定湿度的水分，这也是国外产品非常明显的缺点

优选地，在其中一种实施例中，请参见图5，图5示出为本发明其中一种实施例中的卡箍安装的结构示意图，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的卡箍结构，所述单孔差压测量探杆通过所述卡箍结构压紧固定。

优选地，在另一种实施例中，请参见图4，图4示出为本发明其中一种实施例中的法兰安装的结构示意图，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的法兰结构；所述法兰结构包括用于与待测管道焊接的法兰安装支架B，以及用于固定所述法兰安装支架的对穿螺丝。法兰结构可以保证探杆的二个高低压分界点垂直于流体，卡箍结构的定位有一定的难度；同时可以避免卡箍无法多次使用，压紧之后，无法将卡箍和探杆撤下来。卡箍结构有3部分：基座(卡箍支架)、卡箍(看不见,在基座上面螺帽下面)和卡箍锁紧螺帽，安装到位时，必须用大扳手旋转卡箍锁紧螺帽，如果不拧紧，会漏气；拧的太紧了，将卡箍变形。一旦想将探杆拔出来，虽然螺帽全部松了，但是卡箍与探杆咬死，卡箍和探杆都无法分离，这就是选择法兰结构的主要原因，当然，也可根据实际的成本要求与场地限制，或根据不同的实际测量需求在差压式气体质量流量计本体的特定位置处设置其他类型的连接固定件，从而实现稳定的测量。

在上述实施例中，所述双腔壳体包括显示腔5与接线腔6；

所述显示腔5内设有人机交互设备，所述人机交互设备与所述多变量气体质量流量变送器连接；

所述接线腔6内设有接线盒、供电接口、模拟输出接口、串行接口和外接温度接口。

需要说明的是，双腔壳体上设有二处可以打开，其一为接线盖，其二为面板显示腔，可以打开，但是在高等级的防爆场合，盖板不能够打开，将来可以通过红外操作进行控制，从而接线时，不能带电操作。

所述上述实施例中的一体化差压气体质量流量计有外接温度接口，温度探头是穿过正向导压管插到管道里面，直接测量管道内介质的温度；如果这种结构的温度传感器发生损坏，可以通过外接附近管道里的温度传感器直接接入；此外，如果没有传感器，可以通过菜单设置一个常数，因为质量流量与体积流量的最大差别就是有无温压补偿，所以需要温度/压力传感器。

优选地，在上述实施例中，所述人机交互设备包括LCD屏和键盘。

优选地，在其中一种实施例中，所述人机交互设备包括LCD屏13和键盘14。选用带背光的LCD屏13和键盘14操作能够方便技术人员在特殊场合对流量计的使用，其中LCD屏能够实时显示瞬时流量、累积流量、差压、压力、温度等相关参数，以及壳体内部的温度和流量百分数，并将质量流量以百分数形式通过4～20mA输出，全部数值和单位可以显示于LCD屏上，方便测量人员对信息的直观获取。当然，人机交互设备也可根据实际的成本要求与场地限制选用其他带有触屏功能的设备来实现上述功能。

毫无疑问的是，多变量气体质量流量变送器需要设置相关的主板7来执行对应的预处理及计算功能，其中，所述双CPU电路包括第一CPU处理电路11和第二CPU处理电路12；

所述第一CPU处理电路11分别与所述MEMS芯片、所述温度传感器、所述串行接口连接；

所述第二CPU处理电路12分别与所述第一CPU处理电路11、所述人机交互设备连接。

在本实施例中，产品硬件包括3路信号采集，双CPU，通过MEMS差压芯片对待测管道内的差压数据进行获取，通过MEMS压力芯片获取待测管道内的压力数据和目标位置的环境温度等数据，通过与温度传感器连接的感温元件(如热电阻)，对待测管道内的温度数据进行获取；通过相关的放大电路与信号转换电路，将三路信号采集到第一CPU处理电路，第一CPU处理电路负责采集滤波平滑，同时用标定好的数据对差压值进行线性插值，得到对应的处理结果，通过串行接口将处理结果发送至第二CPU处理电路；第二CPU处理电路负责瞬时流量/累积流量的计算(采用相关的算法)，同时与人机交互设备进行实时的通信交互。

优选地，在上述实施例中，所述多变量气体质量流量变送器还包括二线制4～20mA+HART总线输出，所述二线制4～20mA输出为瞬时质量流量的模拟输出；

所述HART总线叠加在4～20mA电流上，含有数字信号；其在，所述数字信号包括但不限于：瞬时质量流量、累积流量、管道压力、介质温度、节流装置上产生的差压值。

为方便理解，本实用新型实施例中的一体化差压气体质量流量计的工作流程如下：

设于现场的一体化差压气体质量流量计用于采集相关的参数以及对数据的预处理，而关键参数的计算则由后台的服务器(优选为云端服务器)执行，再与终端设备配合，终端设备包括手机、平板、笔记本电脑等，且终端设备上设有相应的用户操作界面APP，其用于收集和录入相关信息，包括管道信息(直径、壁厚、材质)，介质信息(介质名称、标况密度、密度条件)和工艺参数(设计温度/压力、满量程流量和单位)，终端设备通过通信模块将相关信息发送至后台服务器进行处理，由后台服务器计算得到对应的关键参数，再通过通信模块发送至终端设备，由技术人员获取，技术人员仅需要在现场的一体化差压气体质量流量计中将关键参数输入，也可以根据现场测量的结果，实时修正设计数据，重新计算关键参数和重新输入到变送器，达到精确测量目的，得到最终的气体质量流量，进而结束现场的调试工序，极大地简化了现场的测量服务。当然，如果安装的管道和参数都已经事先确定，上述工序也可以在产品出厂前预置到一体化差压气体质量流量计中，从而进一步简化了现场的操作流程。

本实用新型实施例提供的一体化差压气体质量流量计，有益效果在于，通过一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器，配合设于外侧的双腔壳体，使得差压气体质量流量计具有稳固的机械结构，密封性能较好；此外，一体化差压式气体质量流量变送器，可以测量25～6000mm范围的各种气体质量流量，具有应用范围广，量程范围宽，可以测量超小差压，操作简单体积小、功耗低等良好的性能，适用于需要本安防爆的场合。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一体化差压气体质量流量计，其特征在于，包括一体化安装的节流装置与多变量气体质量流量变送器；

2.如权利要求1所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述多变量气体质量流量变送器还包括压力传感器与温度传感器。

3.如权利要求1所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述单孔差压测量探杆的长度为100mm，所述单孔差压测量探杆的规格包括但不限于D12或D16或D26。

4.如权利要求1所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的卡箍结构，所述单孔差压测量探杆通过所述卡箍结构压紧固定。

5.如权利要求1所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述一体化差压气体质量流量计还包括设于所述节流装置外侧的法兰结构；

6.如权利要求2所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述双腔壳体包括显示腔与接线腔；

7.如权利要求6所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述人机交互设备包括LCD屏和键盘。

8.如权利要求6所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述第一CPU处理电路分别与所述MEMS芯片、所述温度传感器、所述串行接口连接；

9.如权利要求1所述的一体化差压气体质量流量计，其特征在于，所述多变量气体质量流量变送器还包括二线制4～20mA+HART总线输出，其中，二线制4～20mA为瞬时质量流量的模拟输出，二线制HART总线叠加在二线制4～20mA电流上，含有数字信号；所述数字信号包括但不限于：瞬时质量流量、累积流量、管道压力、介质温度、节流装置上产生的差压值。