CN217465870U - 一种气体流量检测装置及离心空压机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种气体流量检测装置及离心空压机，气体流量检测装置，包括壳体，壳体内设置有PCB基板，PCB基板上设置有压力传感器、大气压传感器和控制器，压力传感器上设置有高压气接口和低压气接口，壳体上设置有与高压气接口连通的接气口，压力传感器用于检测高压气接口和低压气接口之间的气压差，大气压传感器用于检测壳体内的气压和温度，控制器与压力传感器、大气压传感器分别电连接，用于采集压力传感器的气压差数据及大气压传感器的气压和温度数据、计算出气体流量数据并对外输出数据。应用本实用新型的气体流量检测装置的离心空压机，实时检测进气口的空气流量，精度高，能精准控制离心空压机以防进入喘振状态。

Description

一种气体流量检测装置及离心空压机

技术领域

本实用新型涉及空压机气体流量检测的技术领域，更确切地说涉及一种气体流量检测装置及离心空压机。

背景技术

离心空压机具有大排量、高效率、无油、能长周期连续运转等优点，易于实现自动化控制，在大型工厂中的应用越来越广泛。但离心空压机作为一种透平机械，如果生产中必须减少空压机的输送气流量，则在进气端压力或流量降低到一定程度时会触发喘振这个致命缺陷，对设备安全有严重的危害。为了保证设备不发生喘振，通常会在离心空压机的出气端设置旁通管道，在流量减少到喘振预警线时，自动打开旁通管道，让多余的气体经旁通管道放空，或经降压后仍回进气端，宁肯多消耗流量与功率，也要让空压机通过足够的气流量，以防进入喘振状态，如果进入喘振则应立即加大进气流量退出喘振或立即停机。

为了能精准控制离心空压机以防进入喘振状态，就需要实时检测进气端空气的流量并与机组喘振线比较来作为控制依据。目前市面上可采购的空气流量计如涡街流量计、皮托管流量计、热式流量计等，不但价格高昂，安装在空压机组内后，企业还需要向厂商提供应用场景的关键技术参数并依赖厂商的技术支持才能发挥理想的效用，企业自主开发应用场景容易受限，限制了企业的发展，也不利于高新企业的技术秘密保护。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种气体流量检测装置，能实时检测空气的流量，精度高，数据传输方便，便于后期开发应用场景，而且结构简单，安装方便，价格低廉。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种气体流量检测装置，包括壳体，壳体内设置有PCB基板，PCB基板上设置有压力传感器、大气压传感器和控制器，压力传感器上设置有高压气接口和低压气接口，壳体上设置有与高压气接口连通的接气口，压力传感器用于检测高压气接口和低压气接口之间的气压差，大气压传感器用于检测壳体内的气压和温度，控制器与压力传感器、大气压传感器分别电连接，用于采集压力传感器的气压差数据及大气压传感器的气压和温度数据、计算出气体流量数据并对外输出所述的气体流量数据。

与现有技术相比，本实用新型的气体流量检测装置有以下优点：控制器通过实时采集压力传感器的气压差数据及大气压传感器的气压和温度数据，就能根据孔板流量理论的差压式流量测量原理实时计算出气体流量数据，并对外输出所述的气体流量数据，将本实用新型的气体流量检测装置安装在离心空压机上用于实时测量进气口的吸气流量，就能实现精准控制离心空压机以防进入喘振状态；本实用新型的气体流量检测装置中，各部件均能采用进口或者国产的先进集成电路硬件方案，可以做到高精度且数据传输方便，结构简单，安装方便，价格低廉，对外输出所述的气体流量数据也便于后期开发应用场景。

优选的，壳体的外侧还设置有温湿度检测腔，温湿度检测腔的腔壁上设置有若干个透气孔，温湿度检测腔内设置有用于检测环境温度和湿度的温湿度传感器，温湿度传感器与控制器电连接，控制器还用于采集温湿度传感器的温度和湿度数据，并依据采集压力传感器的气压差数据、大气压传感器的气压、数据温湿度传感器的温度和湿度数据计算出气体流量数据并对外输出所述的气体流量数据。采用此结构，将温湿度传感器与壳体内的环境隔离开，避免PCB基板上的电路元器件工作发热而使环境温度检测不准确；在计算模型中添加湿度的影响且用硬件在控制器内实现，能提高本实用新型的气体流量检测装置的精度。

优选的，控制器采用STC单片机，PCB基板上设置有输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块用于给STC单片机供电，STC单片机通过I2C接口与压力传感器、大气压传感器及温湿度传感器通信。采用此结构，STC单片机作为带硬件I2C的芯片，工作电压5V，能同时挂接多个功能模块，有利于后期开发应用场景，而且STC单片机作为国产芯片，逻辑编程和程序烧录都较为简单，有利于降低研发成本，且其不会受国外供货政策影响，采购价格低，也有利于降低生产成本。

优选的，所述的输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块包括SY8502芯片及其外围电路。采用此结构，SY8502芯片是国产的直流降压芯片，结合其外围电路能为STC单片机提供稳定的5V直流电压，且其不会受国外供货政策影响，采购价格低，有利于降低生产成本。

优选的，压力传感器采用XGZP6897D芯片，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给XGZP6897D芯片供电。采用此结构，XGZP6897D芯片是国产的适用于差压测量的压力传感器，工作电压5V，能将高压气接口和低压气接口之间的压力差值转换成电压信号，具有自动校准和温度补偿功能，测量精度高，能与STC单片机通过I2C接口通信，且其不会受国外供货政策影响，采购价格低，有利于降低生产成本。

优选的，温湿度传感器采用AHT20芯片，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给AHT20芯片供电。采用此结构，AHT20芯片是国产的温湿度传感器，工作电压5V，体积小、精度高、成本低，能与STC单片机通过I2C接口通信。

优选的，大气压传感器采用BMP180芯片，PCB基板上设置有5V转3.3V的低压差稳压电路模块，所述的低压差稳压电路模块包括LM1086-3.3芯片及其外围电路，用于给BMP180芯片供电。采用此结构，BMP180芯片体积小、精度高、成本低，工作电压3.3V，能与STC单片机通过I2C接口通信，LM1086-3.3芯片能为BMP180芯片提供稳定的3.3V的直流电压，且均有国内其他芯片可以替换。

优选的，PCB基板3-3上设置有差分总线收发电路模块，所述的差分总线收发电路模块包括SN65176B芯片及其外围电路，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给差分总线收发电路模块供电，STC单片机与所述的差分总线收发电路模块电连接并采用485接口对外输出所述的气体流量数据。采用此结构，SN65176B芯片设计为双向数据通讯多点总线传输线路，工作电压5V，方便STC单片机用485接口对外输出所述的气体流量数据，且有国内其他芯片可以替换。

优选的，透气孔3-21上均覆盖有防水防尘的透气膜。采用此结构，透气膜可采用采用基于 EPTFE 的防水透气材料，防止液态水和灰尘颗粒进入温湿度检测腔内影响温湿度传感器的精度。

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种离心空压机，能实时检测进气口的空气流量，精度高，数据传输方便，便于精准控制离心空压机以防进入喘振状态，而且结构简单，装配方便，生产成本低。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种离心空压机，包括电机、叶轮和蜗壳，蜗壳内设置有进气通道，蜗壳上设置有如上所述的气体流量检测装置，蜗壳上还设置有与进气通道连通的采样孔，所述的采样孔与气体流量检测装置壳体上的接气口连通。

与现有技术相比，本实用新型的离心空压机有以下优点：通过压力传感器实时获取进气通道的气压与环境气压的气压差，通过大气压传感器实时获取环境气压和温度数据，由控制器根据孔板流量理论的差压式流量测量原理实时计算出气体流量数据，并实时对外输出所述的气体流量数据，能实现精准控制离心空压机以防进入喘振状态；本实用新型的气体流量检测装置中，各部件均能采用进口或者国产的先进集成电路硬件方案，可以做到高精度且数据传输方便，结构简单，装配方便，生产成本低。

附图说明

图1为本实用新型的离心空压机的进气端的结构示意图。

图2为本实用新型的气体流量检测装置的电路结构示意图。

如图中所示：1、叶轮，2、进气通道，2-1、高压气管，3、气体流量检测装置，3-1、内腔，3-2、温湿度检测腔，3-21、透气孔，3-3、PCB基板，3-4、压力传感器，3-41、高压气接口，3-42、低压气接口，3-5、控制器，3-6、大气压传感器，3-7、温湿度传感器。

具体实施方式

为了更好得理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“具有”、“包含”、“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“…至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修改列表中的单独元件。

实施例1：

本实用新型的离心空压机，包括电机、叶轮1和蜗壳，蜗壳内设置有进气通道2，如图1中所示，蜗壳上设置有气体流量检测装置3，气体流量检测装置3上设置有接气口，蜗壳上还设置有与进气通道2连通的采样孔，所述的采样孔与气体流量检测装置3的接气口通过高压气管连通2-1。为了取样准确，所述的采样孔邻近叶轮1，为了减小叶轮1运转发热对气体流量检测装置3的影响，气体流量检测装置3则远离叶轮1。

气体流量检测装置3包括壳体，壳体内设置有内腔3-1，内腔3-1中封装有PCB基板3-3，PCB基板3-3上设置有压力传感器3-4、大气压传感器3-6和控制器3-5，压力传感器3-4上设置有高压气接口3-41和低压气接口3-42，所述的接气口与高压气接口3-41连通的接气口，低压气接口3-42与内腔3-1环境连通，压力传感器3-4用于检测高压气接口3-41和低压气接口3-42之间的气压差，大气压传感器3-6用于检测壳体内的气压和温度。壳体的外侧还设置有温湿度检测腔3-2，温湿度检测腔3-2的腔壁上设置有若干个透气孔3-21，透气孔3-21上均覆盖有防水防尘的透气膜，温湿度检测腔3-2内设置有用于检测大气环境温度和湿度的温湿度传感器3-7。控制器3-5与压力传感器3-4、大气压传感器3-6、温湿度传感器3-7分别电连接，用于采集压力传感器3-4的气压差数据、大气压传感器3-6的气压数据以及温湿度传感器3-7的温度和湿度数据，然后用采集的各种数据计算出气体流量数据并对外输出所述的气体流量数据。

如图2中所示，控制器3-5采用国产的STC单片机，本实施例中具体采用STC8G1K17SOP16系列带硬件I2C的芯片，STC单片机内设置有存储单元和可编程逻辑单元，可编程逻辑单元内烧录有根据孔板流量理论的差压式流量测量公式以及理想气体状态方程编写的程序，形成运算硬件，存储单元内则存储有孔板流量理论的差压式流量测量公式中的各个参数默认值以及进气通道2的内径和气体流量检测装置3的接气口的内径或蜗壳上采样孔的内径，所述的参数默认值取值于国标文件中的数据，比如ASME炮筒的规范测试数据。

压力传感器3-4采用国产的XGZP6897D芯片，温湿度传感器3-7采用国产的AHT20芯片，大气压传感器3-6采用BMP180芯片，STC单片机通过I2C接口与XGZP6897D芯片、BMP180芯片及AHT20芯片通信，获取压差数据、大气压数据、环境温度和湿度并存储在存储单元内，然后运算硬件获取存储单元内的数据并计算出进气通道2的气体流量数据。

PCB基板3-3上还设置有差分总线收发电路模块，所述的差分总线收发电路模块包括SN65176B芯片及其外围电路，STC单片机与所述的差分总线收发电路模块电连接，使STC单片机能采用485接口对外输出所述的气体流量数据。

PCB基板3-3上还设置有电源模块，电源模块包括12V转5V的直流-直流稳压电路模块和5V转3.3V的低压差稳压电路模块，12V转5V的直流-直流稳压电路模块包括国产的SY8502芯片及其外围电路，5V转3.3V的低压差稳压电路模块包括LM1086-3.3芯片及其外围电路，PCB基板3-3上还设置有用于指示5V直流电源的绿色指示灯和用于指示3.3V低压直流电源的红色指示灯。5V的直流电源给STC单片机、XGZP6897D芯片、AHT20芯片、SN65176B芯片供电，3.3V的低压直流电源电压给BMP180芯片供电。

实施例2：

本实施例的离心空压机与实施例1的区别在于，不设置温湿度传感器3-7。由于BMP180芯片也可以采样环境温度，在理想的常温常压工况下，PCB基板3-3上的各个部件的发热量对壳体内的温度影响不大，湿度也稳定，则可以不设置温湿度传感器3-7，采用BMP180芯片采集的环境温度存储在存储单元内供运算单元计算，湿度数据则采用理想工况下的大气湿度数据，并作为参数存储在存储单元内供运算单元计算。

以上仅为本实用新型的具体实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围；如果不脱离本实用新型的精神和范围，对本实用新型进行修改或者等同替换，均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种气体流量检测装置，其特征在于，包括壳体，壳体内设置有PCB基板(3-3)，PCB基板(3-3)上设置有压力传感器(3-4)、大气压传感器(3-6)和控制器(3-5)，压力传感器(3-4)上设置有高压气接口(3-41)和低压气接口(3-42)，壳体上设置有与高压气接口(3-41)连通的接气口，压力传感器(3-4)用于检测高压气接口(3-41)和低压气接口(3-42)之间的气压差，大气压传感器(3-6)用于检测壳体内的气压和温度，控制器(3-5)与压力传感器(3-4)、大气压传感器(3-6)分别电连接，用于采集压力传感器(3-4)的气压差数据及大气压传感器(3-6)的气压和温度数据、计算出气体流量数据并对外输出所述的气体流量数据。

2.根据权利要求1所述的气体流量检测装置，其特征在于，壳体的外侧还设置有温湿度检测腔(3-2)，温湿度检测腔(3-2)的腔壁上设置有若干个透气孔(3-21)，温湿度检测腔(3-2)内设置有用于检测环境温度和湿度的温湿度传感器(3-7)，温湿度传感器(3-7)与控制器(3-5)电连接，控制器(3-5)还用于采集温湿度传感器(3-7)的温度和湿度数据，并依据采集压力传感器(3-4)的气压差数据、大气压传感器(3-6)的气压、数据温湿度传感器(3-7)的温度和湿度数据计算出气体流量数据并对外输出所述的气体流量数据。

3.根据权利要求2所述的气体流量检测装置，其特征在于，控制器(3-5)采用STC单片机，PCB基板(3-3)上设置有输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块用于给STC单片机供电，STC单片机通过I2C接口与压力传感器(3-4)、大气压传感器(3-6)及温湿度传感器(3-7)通信。

4.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于，所述的输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块包括SY8502芯片及其外围电路。

5.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于，压力传感器(3-4)采用XGZP6897D芯片，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给XGZP6897D芯片供电。

6.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于，温湿度传感器(3-7)采用AHT20芯片，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给AHT20芯片供电。

7.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于，大气压传感器(3-6)采用BMP180芯片，PCB基板(3-3)上设置有5V转3.3V的低压差稳压电路模块，所述的低压差稳压电路模块包括LM1086-3.3芯片及其外围电路，用于给BMP180芯片供电。

8.根据权利要求3所述的气体流量检测装置，其特征在于，PCB基板(3-3)上设置有差分总线收发电路模块，所述的差分总线收发电路模块包括SN65176B芯片及其外围电路，输出电压为5V的直流-直流稳压电路模块也用于给差分总线收发电路模块供电，STC单片机与所述的差分总线收发电路模块电连接并采用485接口对外输出所述的气体流量数据。

9.根据权利要求2所述的气体流量检测装置，其特征在于，透气孔(3-21)上均覆盖有防水防尘的透气膜。

10.一种离心空压机，包括电机、叶轮(1)和蜗壳，蜗壳内设置有进气通道(2)，其特征在于，蜗壳上设置有如权利要求1至9中任意一项所述的气体流量检测装置，蜗壳上还设置有与进气通道(2)连通的采样孔，所述的采样孔与气体流量检测装置壳体上的接气口连通。

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