TWI762081B - 流速監測系統、零點校正方法、全幅校正方法及沖吹暨校正方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種流速監測系統及校正方法，其中流速監測系統包含本體、探測模組及大氣孔，其中本體內設有傳感模組、零點模組、全幅模組及沖吹模組，其中沖吹模組與探測模組及零點模組連接，零點模組與傳感模組、全幅模組及大氣孔連接，處理模組則與各模組連接並作為指揮中樞，其中零點模組切換探測模組與傳感模組之間的相通關係，並將大氣壓傳遞至傳感模組，其中全幅模組產生壓力，並傳遞至傳感模組，傳感模組則利用大氣壓，以及全幅模組產生的壓力實施零點校正及全幅校正。

Description

流速監測系統、零點校正方法、全幅校正方法及沖吹暨校正方法

本發明屬於流速監測領域，尤其是一種對氣體流速監測系統實施自動沖吹、零點及全幅校正的流速監測系統及校正方法。

從18世紀，法國發明家亨利．皮托發明皮托管(Pitot Tube)以來，皮托管已成為工程師監測煙囪氣流流速，並藉以判斷廠區整體狀況的重要指標，至今，產業已發展出一套包含皮托管及差壓傳感器(Differential Pressure Transmitter，DPT)的流速監測系統，藉由安裝於煙囪的皮托管及差壓傳感器，達到監測煙囪氣流流速的目的。

如同所有監測系統一般，流速監測系統必須定期實施沖吹及校正，藉以維護流速監測系統的精準度，然而先前技術在實施沖吹及校正時，必須仰賴工程師攀爬煙囪至皮托管的安裝點，並以手動操控閥件的方式，分別實施沖吹操作步驟，以及校正操作步驟，才得以完成定期的維護作業。

再者，依照標準的校正流程，流速監測系統必須實施零點校正(zero calibration)與全幅校正(span calibration)，但先前技術礙於無法提供標準壓力差之緣故，無法在不將差壓傳感器與皮托管由煙囪上拆除的情況下，實施全幅校正，僅可實施零點校正。

因此，如何在不將差壓傳感器與皮托管由煙囪上拆除的情況下，提供一種具有自動實施零點校正及全幅校正，又同時實施管路沖吹的流速監測系統，仍一項亟待解決之問題。

本案發明人有鑑於上述先前技術所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本發明之流速監測系統、零點校正方法、全幅校正方法及沖吹暨校正方法。

為解決上述先前技術之問題，本發明提供一種流速監測系統、零點校正方法、全幅校正方法及沖吹暨校正方法，其目的在於：1.提供一種自動實施沖吹及校正的流速監測系統及校正方法；2.提供一種同時實施沖吹，以及零點校正(zero calibration)或全幅校正(span calibration)的流速監測系統及校正方法；3.提供一種於遠端實施沖吹，以及零點校正或全幅校正的流速監測系統及校正方法；4.提供一種可以產生標準微壓，以便全幅校正的流速監測系統及校正方法；5.提供一種不須將流速監測系統由煙囪上拆除，而實施全幅校正的流速監測系統及校正方法；6.提供一種零點校正或全幅校正可共用管路的設計，而節省管路空間的流速監測系統及校正方法。

本發明之流速監測系統包含探測模組及本體，且在本體內設有容置空間、通道孔、大氣孔，其中本體中還包含傳感模組、零點模組、全幅模組、沖吹模組，以及作為中樞操控系統的處理模組，其中通道孔為容置空間與探測模組之間的通道，其中大氣孔為容置空間與大氣之間的通道。

其中，沖吹模組與探測模組及零點模組連接，零點模組則與傳感模組、全幅模組及大氣孔連接，處理模組則作為各模組的指揮中樞，同時與傳感模組、沖吹模組、零點模組及全幅模組連接，其中探測模組經由通道孔與沖吹模組連接，而全幅模組則與大氣孔連接，其中沖吹模組又與外界的氣源連接。

其中，探測模組為皮托管(Pitot Tube)，包含動壓元件與靜壓元件，安裝於煙囪裡面，探測煙囪的氣流壓差，並傳遞至傳感模組。

其中，傳感模組為差壓傳感器(Differential Pressure Transmitter，DPT)，接收探測模組所探測到的氣流壓差，並量測氣流壓差的數值。

其中，沖吹模組包含第一沖吹閥及第二沖吹閥，且與探測模組及氣源連接，其中第一沖吹閥與靜壓元件及氣源連接，而第二沖吹閥與動壓元件及氣源連接，當處理模組下達指令實施沖吹時，沖吹模組將阻斷傳感模組與零點模組之間的傳遞，並利用氣源沖吹探測模組。

其中，零點模組包含第一零點閥及第二零點閥，且設於探測模組與傳感模組之間，並切換探測模組與傳感模組之間的相通關係，當處理模組下達指令實施零點校正時，零點模組阻斷探測模組與傳感模組之間的相通關係，並將大氣壓傳遞至傳感模組。

其中，全幅模組包含壓力控制元件及全幅閥，全幅閥與零點模組及壓力控制元件連接，且全幅閥與大氣孔連接且相通，當處理模組下達指令實 施零點校正時，全幅模組將大氣壓傳遞至零點模組，而當處理模組下達實施全幅校正的指令時，壓力控制元件產生壓力，且全幅閥切斷與一大氣孔的相通關係，並將壓力控制元件產生的壓力，經由零點模組傳遞至傳感模組。

其中，處理模組可以同時下達指令實施沖吹與零點校正，或同時下達指令實施沖吹與全幅校正。

其中，處理模組還可以依據煙囪的氣流壓差之數值，計算煙囪的氣流流速。

其中，流速監測系統以大氣壓為標準壓力實施零點校正。

其中，流速監測系統以大氣壓及壓力控制元件產生的壓力實施全幅校正。

綜上所述，本發明提供一種在不將差壓傳感器與皮托管由煙囪上拆除的情況下，自動實施零點校正及全幅校正，並同時實施沖吹的流速監測系統。

1:本體

10:容置空間

11:通道孔

111:第一通道孔

112:第二通道孔

12:大氣孔

13:氣孔

2:探測模組

21:靜壓元件

22:動壓元件

3:傳感模組

4:沖吹模組

41:第一沖吹閥

411:第一沖一端

412:第二沖一端

413:第三沖一端

42:第二沖吹閥

421:第一沖二端

422:第二沖二端

423:第三沖二端

43:蓄壓元件

5:零點模組

51:第一零點閥

511:第一零一端

512:第二零一端

513:第三零一端

52:第二零點閥

521:第一零二端

522:第二零二端

523:第三零二端

53:第一過濾元件

54:第二過濾元件

6:全幅模組

61:全幅閥

611:第一全幅端

612:第二全幅端

613:第三全幅端

62:壓力控制元件

7:處理模組

71:控制閥

711:第一控制端

712:第二控制端

713:第三控制端

8:氣源

81:第一壓過濾元件

811:逆止閥

82:第二壓過濾元件

83:氣源閥

S201-205:步驟

S301-305:步驟

S601-606:步驟

S801-808:步驟

圖1 為本發明流速監測系統之第一實施例的方塊圖；圖2 為本發明沖吹暨零點校正方法之第一實施例的步驟圖；圖3 為本發明沖吹暨全幅校正方法之第一實施例的步驟圖；圖4 為本發明流速監測系統之第二實施例的示意圖；圖5 為本發明流速監測系統之第二實施例的通常狀態示意圖；圖6 為本發明沖吹暨零點校正方法之第二實施例的步驟圖；圖7 為本發明流速監測系統之第二實施例的零點校正狀態示意圖； 圖8 為本發明沖吹暨全幅校正方法之第二實施例的步驟圖；圖9 為本發明流速監測系統之第二實施例的全幅校正狀態示意圖；圖10 為本發明流速監測系統之第三實施例的通常狀態示意圖。

為利 貴審查委員了解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達到之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請參閱圖1，其係為本發明流速監測系統之第一實施例的方塊圖。在本發明流速監測系統之第一實施中，流速監測系統包含本體1及探測模組2，且在本體1內具有一個容置空間10，並於本體1周圍設有通道孔11及大氣孔12，其中通道孔11為外界與容置空間10之間的通道，大氣孔12則為容置空間10與大氣之間的通道，而容置空間10中則包含傳感模組3、沖吹模組4、零點模組5、全幅模組6及處理模組7。其中，沖吹模組4與探測模組2及零點模組5連接，零點模組5則與傳感模組3、全幅模組6及大氣孔12連接，處理模組7則作為各模組的指揮中樞，同時與傳感模組3、沖吹模組4、零點模組5及全幅模組6電性連接，而全幅模組6則與大氣孔12連接，其中沖吹模組4又與外界的氣源8連接。

以下有關步驟的順序係屬可調換，各步驟亦可同時實施，換而言之，步驟的編號並不影響步驟的先後順序。

請參閱圖2，其係為本發明沖吹暨零點校正方法之第一實施例的步驟圖。本發明之沖吹暨零點校正方法，包含：S201：利用沖吹模組4，將氣源8的氣體傳遞至探測模組2；S202：利用沖吹模組4及零點模組5，阻斷探測模組2與傳感模組3之間的傳遞；S203：利用零點模組5，將大氣的大氣壓傳遞至傳感模組3；S204：利用零點模組5及全幅模組6，將經由全幅模組6的大氣壓傳遞至傳感模組3；S205：傳感模組3，利用大氣壓為標準壓力實施零點校正。

請參閱圖3，其係為本發明沖吹暨全幅校正方法之第一實施例的步驟圖。本發明之沖吹暨全幅校正方法，包含：S301：利用沖吹模組4，將氣源8的氣體傳遞至探測模組2；S302：利用沖吹模組4及零點模組5，阻斷探測模組2與傳感模組3之間的傳遞；S303：利用零點模組5，將大氣的大氣壓傳遞至傳感模組3；S304：利用全幅模組6，產生壓力，並傳遞至傳感模組3；S305：傳感模組3，利用大氣壓及壓力為標準壓差實施全幅校正。

在本發明之第一實施例中，處理模組7為具有人機互動(Human Machine Interaction)介面及遠端終端裝置(Remote terminal unit)的工業電腦，處理模組7可自動實施步驟S201-S205，以及步驟S301-S305，亦將結果透過螢幕提供予使用者。

請參閱圖4，其係為本發明流速監測系統之第二實施例的示意圖。在本發明流速監測系統之第二實施中，通道孔11包含第一通道孔111及第二通道孔112。

其中，探測模組2為皮托管(Pitot Tube)，並包含靜壓元件21及動壓元件22，其中靜壓元件21探測外界的靜壓，並以延伸管由第一通道孔111與沖吹模組4連接，而動壓元件22探測外界的動壓，並以延伸管由第二通道孔112與沖吹模組4連接。

其中，探測模組2藉由探測外界的動壓與靜壓，而探得外界的氣流壓差，再將氣流壓差傳遞至傳感模組3後，由傳感模組3量測外界的氣流壓差數值，處理模組7再接收氣流壓差數值而計算外界的氣流流速。

在本發明流速監測系統之第二實施例中，本體1還具有一個氣孔13，且氣孔13與外界的氣源8連接，並將氣源8的氣體傳送至容置空間10內，其中沖吹模組4包含第一沖吹閥41及第二沖吹閥42，且第一沖吹閥41包含第一沖一端411、第二沖一端412及第三沖一端413，而第二沖吹閥42包含第一沖二端421、第二沖二端422及第三沖二端423，其中氣源8經由氣孔13與第一沖一端411及第一沖二端421連接，而第二沖一端412與靜壓元件21連接，第二沖二端422則與動壓元件22連接。

在本發明流速監測系統之第二實施例中，零點模組5包含第一零點閥51及第二零點閥52，且第一零點閥51包含第一零一端511、第二零一端512及第三零一端513，而第二零點閥52則包含第一零二端521、第二零二端522及第三零二端523，其中第一零一端511與大氣孔12連接，而使零點模組5可以與大氣相通，其中第二零一端512與第三沖一端413連接，使第一零點閥51與第一沖吹閥41連接，而第三零一端513與傳感模組3連接，其中第二零二端522與第三沖二端423連接，使第二零點閥52與第二沖吹閥42連接，而第三零二端523與傳感模組3連接。

在本發明流速監測系統之第二實施例中，全幅模組6包含全幅閥61及壓力控制元件62，其中全幅閥61包含第一全幅端611、第二全幅端612及第三全幅端613，其中第一全幅端611與壓力控制元件62連接，第二全幅端612與大氣孔12連接，而使全幅閥61可以與大氣相通，而第三全幅端613則與第一零二端521連接，使全幅閥61與第二零點閥52連接，其中壓力控制元件62與大氣孔12連接，而使壓力控制元件62可以與大氣相通。

其中，零點模組5的第一零點閥51及第二零點閥52，以及全幅模組6的全幅閥61為電磁閥，因此處理模組7可直接與第一零點閥51、第二零點閥52及全幅閥61電性連接。

其中，壓力控制元件62為電子微壓調整器，因此處理模組7可直接與壓力控制元件62電性連接。

其中，沖吹模組4的第一沖吹閥41及第二沖吹閥42為氣動閥，不可以直接與處理模組7電性連接，因此本發明第二實施例的流速監測系統還包含控制閥71，其中控制閥71包含第一控制端711、第二控制端712及第三控制端713，其中第一控制端711與氣源8連接，第三控制端713與第一沖吹閥41連接及第二沖吹閥42連接，其中控制閥71為電磁閥，並與處理模組7電性連接，使處理模組7得以藉由控制閥71，而控制第一沖吹閥41及第二沖吹閥42。

請參閱圖5，其係為本發明流速監測系統之第二實施例的通常狀態示意圖。本發明流速監測系統之第二實施例在通常狀態下，第一沖一端411、第一沖二端421、第一零一端511、第一零二端521、第一全幅端611及第一控制端711為關閉狀態，而其他閥件的各端則為開啟狀態。

其中，在通常狀態下，外界氣流的靜壓會由靜壓元件21經由第一沖吹閥41及第一零點閥51傳遞至傳感模組3。

其中，在通常狀態下，外界氣流的動壓會由動壓元件22經由第二沖吹閥42及第二零點閥52傳遞至傳感模組3。

傳感模組3根據動壓及靜壓，轉換成外界氣流氣壓的數值。

請參閱圖6及7，其係為本發明沖吹暨零點校正方法之第二實施例步驟圖及流速監測系統之第二實施例的零點校正狀態示意圖。在本發明流速監測系統之第二實施例為通常狀態下，實施以下步驟：S601：開啟第一控制端711並關閉第二控制端712，藉以實現步驟S202及步驟S203；S602：開啟第一沖一端411並關閉第三沖一端413；S603：開啟第一沖二端421並關閉第三沖二端423；S604：開啟第一零一端511並關閉第二零一端512，將大氣壓傳遞至傳感模組3；S605：開啟第一零二端521並關閉第二零二端522；S606：傳感模組3以大氣為標準，實施零點校正。

其中，開啟第一控制端711並關閉第二控制端712的指令，係由處理模組7下達。

其中，氣流8的氣體經由第一沖吹閥41，對靜壓元件21實施沖吹。

其中，氣流8的氣體經由第二沖吹閥42，對動壓元件22實施沖吹。

其中，大氣壓由大氣孔12進入容置空間10，一部分的大氣壓經由第一零點閥51傳遞至傳感模組3，而另一部分的大氣壓經由第二零點閥52傳遞至傳感模組3。

請參閱圖8及9，其係為本發明沖吹暨全幅校正方法之第二實施例步驟圖及流速監測系統之第二實施例的全幅校正狀態示意圖。在本發明流速監測系統之第二實施例為通常狀態下，實施以下步驟：S801：開啟第一控制端711並關閉第二控制端712，藉以實現步驟S302及步驟S303；S802：開啟第一沖一端411並關閉第三沖一端413；S803：開啟第一沖二端421並關閉第三沖二端423；S804：開啟第一零一端511並關閉第二零一端512，而將大氣壓傳遞至傳感模組3；S805：開啟第一零二端521並關閉第二零二端522；S806：開啟第一全幅端611並關閉第二全幅端612；S807：開啟壓力控制元件62，產生壓力；S808：傳感模組3以來自大氣的大氣壓及壓力控制元件62產生的壓力，實施全幅校正。

其中，氣流8的氣體經由第一沖吹閥41，對靜壓元件21實施沖吹。

其中，氣流8的氣體經由第二沖吹閥42，對動壓元件22實施沖吹。

其中，大氣壓由大氣孔12進入容置空間10，再經由第一零點閥51傳遞至傳感模組3。

其中，壓力控制元件62產生的壓力，傳遞並經過全幅閥61後，通往第二零點閥52，而使壓力傳遞至傳感模組3。

其中，壓力控制元件62產生的壓力，係依據探測模組2及傳感模組3的靈敏度而定，例如在本發明之第二實施例中，探測模組2及傳感模組3的結合可以偵測2-34m/s的流速，因此壓力控制元件62選用，最可產生5mbar或8mbar之壓力的超精度微壓產生器。

其中，傳感模組3以大氣壓及來自壓力控制元件62的壓力，實施全幅校正。

在本發明之第二實施例中，處理模組7為具有人機互動(Human Machine Interaction)介面及遠端終端裝置(Remote terminal unit)的工業電腦，處理模組7可自動實施步驟S601-S606，以及步驟S801-S808，亦將結果透過螢幕提供予使用者。

請參閱圖10，其係為本發明流速監測系統之第三實施例的通常狀態示意圖。在本發明之第三實施例中，沖吹模組4更包含蓄壓元件43，分別與氣源8、第一沖一端411及第一沖二端421連接，具有增加沖吹模組4的沖吹壓力之功效。

其中，零點模組5更包含第一過濾元件53及第二過濾元件54，其中第一過濾元件53設於第三零一端513與傳感模組3之間，而第二過濾元件54設於第三零二端523與傳感模組3之間，第一過濾元件53及第二過濾元件54具有避免空氣微粒進入傳感模組3之功效。

其中，本發明流速監測系統更包含調第一壓過濾元件81及第二壓過濾元件82，其中第一壓過濾元件81設於氣源8及控制閥71之間，而第二壓過濾元件82設於氣源8及壓力控元件62之間，第一壓過濾元件81及第二壓過濾元件82具有將氣源8的氣體壓力，調整至各閥件及元件適用壓力之功效。

其中，本發明流速監測系統更包含氣源閥83，設在氣源8之後，具有開關氣源8之功效。

其中，本發明流速監測系統更包含逆止閥811，設於第一壓過濾元件81與控制閥71之間，具有避免沖吹模組4在沖吹時，發生氣體失壓狀況，導致第一沖吹閥41及第二沖吹閥42失效而關閉之功效。

在本發明之流速監測系統的第二實施例及第三實施例的通常狀態下，第一沖一端411、第一沖二端421、第一零一端511、第一零二端521、第一全幅端611及第一控制端711為常閉(normal close)點，第三沖一端413、第三沖二端423、第二零一端512、第二零二端522、第二全幅端612及第二控制端712為常開(normal open)點，第二沖一端412、第二沖二端422、第三零一端513、第三零二端523、第三全幅端613及第三控制端713為共接(common)點。

在本發明流速監測系統的第一實施例至第三實施例中，探測模組2可以安裝於煙囪內，並探測煙囪的氣流壓差。

先前技術的流速監測系統為確保其精準度，必須定期安排工程師攀爬煙囪至皮托管的安裝點，以手動操作閥件的方式，達到沖吹流速監測系統以及零點校正的目的，暨無法自動操作，也無法同時實施沖吹及校正，更無法在不將流速監測系統從煙囪內取出的情況下實施全幅校正。

為此，本發明提供一種流速監測系統及校正方法，其內設有壓力控制元件及處理模組，方便工程師在不將差壓傳感器與皮托管從煙囪內取出的情況下，於遠端自動實施全幅校正以及零點校正，且在實施校正時，亦同時實施沖吹，縮短沖吹及校正的時間，減少工程師的負擔，避免人工的失誤。

上列詳細說明係針對本發明之可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1:本體

10:容置空間

11:通道孔

12:大氣孔

2:探測模組

3:傳感模組

4:沖吹模組

5:零點模組

6:全幅模組

7:處理模組

8:氣源

Claims (10)

1. 一種流速監測系統，包含：一探測模組，探測外界的氣流壓差；一本體，與該探測模組連接，且該本體包含一容置空間及一大氣孔，其中該大氣孔為該容置空間與大氣之間的通道；其中，該容置空間包含：一傳感模組，與該探測模組連接，並接收該氣流壓差，而量測該氣流壓差的數值；一零點模組，設於該探測模組與該傳感模組之間，且與該大氣孔連接，並允許該探測模組與該傳感模組之間的傳遞，或阻斷該探測模組與該傳感模組之間的傳遞並將大氣壓傳遞至該傳感模組；一全幅模組，與該零點模組及該大氣孔連接，並將大氣壓傳遞至該零點模組，或產生一壓力且將該壓力傳遞至該零點模組後，再被傳遞至該傳感模組；以及一處理模組，連接並控制該傳感模組、該零點模組及該全幅模組，以及依據該數值計算氣流流速。
2. 如請求項1所述之流速監測系統，更包含一沖吹模組，設於該傳感模組與該零點模組之間，且與一氣源及該處理模組連接，並依據該處理模組的指令，阻斷該傳感模組與該零點模組之間的傳遞，並利用該氣源沖吹該探測模組。
3. 如請求項2所述之流速監測系統，其中該沖吹模組包含一第一沖吹閥及一第二沖吹閥。
4. 如請求項1所述之流速監測系統，其中該探測模組為皮托管(Pitot Tube)，且包含一動壓元件與一靜壓元件。
5. 如請求項1所述之流速監測系統，其中該傳感模組為差壓傳感器(Differential Pressure Transmitter，DPT)。
6. 如請求項1所述之流速監測系統，其中該零點模組包含一第一零點閥及一第二零點閥，且分別與該傳感模組及該探測模組連接。
7. 如請求項1所述之流速監測系統，其中該全幅模組包含壓力控制元件以及，與該壓力控制元件連接的全幅閥，其中該全幅閥與該零點模組連接，且該全幅閥與該大氣孔連接且相通。
8. 一種零點校正方法，係利用如請求項1至8所述之流速監測系統，該零點校正方法包含：利用一零點模組，阻斷一探測模組與一傳感模組之間的氣流壓差傳遞；利用一第一零點閥，將大氣壓傳遞至該傳感模組；利用一第二零點閥，將大氣壓經由一全幅模組的一全幅閥傳遞至傳感模組；利用大氣壓作為標準壓力，實施該傳感模組的零點校正。
9. 一種全幅校正方法，係利用如請求項1至8所述之流速監測系統，該全幅校正方法包含： 利用一零點模組，阻斷一探測模組與一傳感模組之間的氣流壓差傳遞；利用一第一零點閥，將大氣壓傳遞至該傳感模組；利用一全幅閥，使該全幅閥與一大氣孔不相通；利用一壓力控制元件，產生一壓力；利用該全幅閥，將該壓力由該零點模組傳遞至該傳感模組；利用大氣壓及該壓力作為標準壓差，實施該傳感模組的全幅校正。
10. 一種沖吹暨校正方法，係利用如請求項1至8所述之流速監測系統，該沖吹暨校正方法包含：利用沖吹模組，將一氣源的氣體傳遞至該探測模組；利用沖吹模組，阻斷該探測模組與該零點模組之間的傳遞；利用一零點模組及一全幅模組實施如請求項8所述之零點校正方法；或利用一零點模組及一全幅模組實施如請求項9所述之全幅校正方法。

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