專利名稱：一種差壓流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于流體計量儀表，尤其涉及一種帶有溫度補(bǔ)償功能的 差壓式流體計量裝置。
背景技術(shù)：
流量計廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、以及日常生活等領(lǐng)域。隨著 國家西氣東輸工程的進(jìn)行，油氣田事業(yè)的發(fā)展以及城市天然氣及煤氣的 大面積普及，流量測試范圍從簡單的液態(tài)流體擴(kuò)展到天然氣、石油以及 其他形態(tài)流體的測量。流量計有許多種類，差壓流量計是其中的一種最 經(jīng)典并且運用最廣泛的流體計量儀表。
從一般結(jié)構(gòu)上看，目前市場銷售的差壓流量計可分為以下兩類第 一類為帶引流管的差壓式流量計；另一類不帶引流管的差壓式流量計。 前者的優(yōu)點在于維護(hù)與更換時不影響流體的正常傳輸，但其結(jié)構(gòu)零件多， 體積相對較大，不易安裝，壓力在引流管中的損失比較大，故計量誤差 相對較大；后者結(jié)構(gòu)緊湊，但因留給傳感器安裝的位置較小，通常都不 安裝溫度傳感器，而將溫度、壓力對流體密度的影響和節(jié)流件的特性等 都?xì)w結(jié)成一個經(jīng)驗系數(shù)，初次標(biāo)定后就不再變化。事實上流體的流量受 諸多環(huán)境因素的影響，眾所周知，流體溫度、壓力發(fā)生變化時，其密度 也隨之變化，尤其是受溫度的影響較大，同時，差壓式流量計節(jié)流裝置 的結(jié)構(gòu)對流體壓力的影響也比較大，需要就近測量壓力差能得到較為準(zhǔn) 確的結(jié)果，因此，上述兩類結(jié)構(gòu)均存在一定的計量誤差。針對差壓流量 計的集成化和智能化和高精度計量的應(yīng)用需求，國內(nèi)外已有相當(dāng)多的研 究成果與應(yīng)用實例，如實用新型專利"溫、壓一體化智能差壓流量計(ZL02244278.2)"就是一種帶有帶溫度補(bǔ)償流量計，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用 渦流式流量傳感器；實用新型專利" 一 種智能流量計
(ZL200620104194.0)"其內(nèi)部采用的是流量變換器測量流體，兩者均價 格較昂貴，且不易加工；實用新型專利"一體化智能差壓流量計
(ZL0222484.5)"采用的是具有引流管的結(jié)構(gòu)，帶來壓力損失；已受理 的發(fā)明專利申請書"智能型氣體流量計(申請?zhí)?2117499. 7)"專門針對 氣體的流量測量，不適應(yīng)于多種流體的測量。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種差壓流量計，解決現(xiàn)有流量計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本 昂貴的問題，用于流體的流量測量。
本實用新型的一種差壓流量計，包括節(jié)流管、傳感器以及信號處理 電路，所述節(jié)流管為內(nèi)孔具有隔板的圓筒，其外管壁上開有用于安裝信 號處理電路的槽，隔板中心開有錐形、倒錐形或者拋物面形的孔；其特 征在于
所述傳感器包括貼片式壓力傳感器及貼片式溫度傳感器，所述貼片 式壓力傳感器分別安裝在隔板兩側(cè)腔室內(nèi)，所述貼片式溫度傳感器安裝
在隔板一側(cè)或者兩側(cè)腔室內(nèi)；所述貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感 器輸出信號送至信號處理電路進(jìn)行處理；
所述的信號處理電路，包括壓力信號處理模塊、溫度信號處理模塊、 積算模塊及電源；
所述的壓力信號處理模塊，根據(jù)所設(shè)定的工作頻率定時采樣貼片式 壓力傳感器的輸出電壓，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再與基準(zhǔn)電壓比較，獲得壓力 值；
所述的溫度信號處理模塊，根據(jù)所設(shè)定的工作頻率定時采樣貼片式溫度傳感器的輸出電壓，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再與基準(zhǔn)電壓比較，獲得溫度 值；
所述的積算模塊，根據(jù)壓力、溫度信號處理模塊得到的壓力、溫度 值，進(jìn)行流量積算和補(bǔ)償積算，依據(jù)下述公式，給出計量結(jié)果；
式中Q為流體的流量，單位kg/h; Pi和A分別為隔板左右兩側(cè)的壓力 值，單位Pa; P為流體密度，單位kg/m3;
4和4分別為隔板左右兩側(cè)流體的截面積，單位m2 ;
流量系數(shù)^根據(jù)隔板上孔的長徑比^查找計量測試技術(shù)手冊的 典型節(jié)流裝置流量系數(shù)變化圖得到。
所述的差壓流量計，其特征在于
所述每個貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感器之上裝有套筒，防
止流體對其沖刷而脫落；所述每個貼片式溫度傳感器的套筒上還焊接有
防護(hù)帽，進(jìn)一步保證傳感器的可靠工作。
所述的差壓流量計，其進(jìn)一步特征在于
所述的信號處理電路還具有遠(yuǎn)程控制模塊，接收遠(yuǎn)程控制信號，改 變信號處理電路的工作頻率，并將所述積算模塊的計量結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程傳
輸；遠(yuǎn)程控制模塊采用滿足IEEE802. 15協(xié)議的無線射頻信號傳輸芯片， 實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程信號傳輸；或者采用具有RS485接口的傳輸芯片，實現(xiàn)有 線連接的遠(yuǎn)程信號傳輸。
本實用新型可針對氣體、流動性強(qiáng)的液體以及流動性弱的液體等不 同特質(zhì)的流體選用不同的節(jié)流管，利用貼片式溫度傳感器實現(xiàn)流量測試的溫度補(bǔ)償，通過兩組貼片式壓力傳感器來實現(xiàn)差壓運算，在信號處理 電路中選用不同的節(jié)流管所對應(yīng)的補(bǔ)償公式，提高測量精度；并通過遠(yuǎn) 程控制模塊或數(shù)顯模塊實現(xiàn)差壓流量計的遠(yuǎn)程化、智能化讀表，整體體
積小，結(jié)構(gòu)簡單易安裝，零部件加工成本低；
圖1為本實用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖2為本實用新型信號處理電路結(jié)構(gòu)示意圖3為《計量測試技術(shù)手冊》的典型節(jié)流裝置流量系數(shù)變化圖4為本實用新型局部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型包括節(jié)流管1、傳感器以及信號處理電路3， 所述節(jié)流管1為內(nèi)孔具有隔板的圓筒，其外管壁上開有用于安裝信號處 理電路3的槽，隔板中心開有錐形、倒錐形或者拋物面形的孔；傳感器 包括貼片式壓力傳感器2及貼片式溫度傳感器10，貼片式壓力傳感器2 分別安裝在隔板兩側(cè)腔室內(nèi)，貼片式溫度傳感器10安裝在隔板一側(cè)或者 兩側(cè)腔室內(nèi)；貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感器輸出信號送至信號 處理電路3進(jìn)行處理。
信號處理電路3通過節(jié)流管1外管壁上槽內(nèi)的電路板安裝基座5與 節(jié)流管1固接。節(jié)流管1上隔板的節(jié)流孔可采用孔板式、文丘里式、噴 嘴式等多種差壓實現(xiàn)裝置。
節(jié)流管1通過螺栓固接在被測流體輸入管道4和被測流體輸出管道6之間。
如圖2所示，信號處理電路，包括壓力信號處理模塊、溫度信號處理模塊、積算模塊及電源，還可以具有遠(yuǎn)程控制模塊或者本地數(shù)顯模塊;
信號處理電路的壓力信號處理模塊、溫度信號處理模塊、積算模塊 采用高性能低功耗單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)，電源可采用紐扣電池，正常情況下， 其工作時間大于一年，安裝尺寸不大于25 mm X30ram。
遠(yuǎn)程控制模塊采用低功耗近距離無線射頻信號傳輸芯片，工作頻率 高，抗干擾能力強(qiáng)，如CC2340無線射頻芯片，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程讀表的功能， 或采用RS485模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)距離有線傳輸。不僅如此，本實用新型也可將 遠(yuǎn)程控制模塊替換為本地數(shù)顯模塊，實現(xiàn)本地直接數(shù)字顯示。
具體測試及信號處理與傳輸過程如圖2所示，上下游貼片式壓力傳 感器感應(yīng)流體的壓力值，并通過導(dǎo)線將流體上下游壓力信號傳輸?shù)叫盘?處理電路中；貼片式傳感器分別感應(yīng)上下游流體的溫度，通過導(dǎo)線傳送 到信號處理電路，信號處理電路依照事先確定的工作頻率，對壓力和溫 度進(jìn)行測量；為使壓力和溫度轉(zhuǎn)化結(jié)果中的噪聲效應(yīng)降至最低，可以采 用"過采樣"技術(shù)，獲取較多的冗余數(shù)據(jù)，并進(jìn)行平滑處理及平均。本 次測量計算結(jié)果送至積算模塊，根據(jù)所選定的補(bǔ)償公式-
對流體的實際流量進(jìn)行求解運算，公式中流量系數(shù)Q根據(jù)隔板上孔 的長徑比/ ，查找計量測試技術(shù)手冊的典型節(jié)流裝置流量系數(shù)變化圖得 到。計量測試技術(shù)手冊可參閱林宗虎.《計量測試技術(shù)手冊》，第六巻[z]. 北京中國計量出版社，1996,11;有關(guān)流量系數(shù)變化圖，由該手冊第40 頁 63頁所提供的各種取壓方式所對應(yīng)的流量系數(shù)表繪制而成，見圖3。 圖中，^值在各條曲線上方給出，橫軸是流體的雷諾數(shù)Re，縱軸為流量 系數(shù)C,。其積算出來的數(shù)字量通過遠(yuǎn)程控制模塊中的低功耗近距離無線 射頻信號傳輸芯片將信號傳送到遠(yuǎn)方的控制室中顯示，實現(xiàn)流量計控制 的遠(yuǎn)程化、智能化管理，或通過本地數(shù)顯模塊直接在流量計上顯示，整 個電路由電池供電，正常工作時間大于一年。圖4表示貼片式壓力傳感器及貼片式溫度傳感^l安裝及密封結(jié)構(gòu)的 局部視圖。其中，貼片式壓力傳感器2及貼片式溫度傳感器10安裝尺寸 不大于3 mm X3rran;每個貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感器之上裝 有套筒7，套筒7與節(jié)流管1的管壁焊接，套筒7內(nèi)填充密封膠9，實現(xiàn) 對貼片式壓力傳感器2及貼片式溫度傳感器10的固定及密封；所述每個 貼片式溫度傳感器的套筒7上還焊接有防護(hù)帽8。
權(quán)利要求1.一種差壓流量計，包括節(jié)流管、傳感器以及信號處理電路，所述節(jié)流管為內(nèi)孔具有隔板的圓筒，其外管壁上開有用于安裝信號處理電路的槽，隔板中心開有錐形、倒錐形或者拋物面形的孔；其特征在于所述傳感器包括貼片式壓力傳感器及貼片式溫度傳感器，所述貼片式壓力傳感器分別安裝在隔板兩側(cè)腔室內(nèi)，所述貼片式溫度傳感器安裝在隔板一側(cè)或者兩側(cè)腔室內(nèi)；所述貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感器輸出信號送至信號處理電路進(jìn)行處理；所述的信號處理電路，包括壓力信號處理模塊、溫度信號處理模塊、積算模塊及電源；所述的壓力信號處理模塊，根據(jù)所設(shè)定的工作頻率定時采樣貼片式壓力傳感器的輸出電壓，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再與基準(zhǔn)電壓比較，獲得壓力值；所述的溫度信號處理模塊，根據(jù)所設(shè)定的工作頻率定時采樣貼片式溫度傳感器的輸出電壓，并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再與基準(zhǔn)電壓比較，獲得溫度值；所述的積算模塊，根據(jù)壓力、溫度信號處理模塊得到的壓力、溫度值，進(jìn)行流量積算和補(bǔ)償積算，依據(jù)下述公式，給出計量結(jié)果；<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><msub> <mi>C</mi> <mi>d</mi></msub><mi>α</mi><msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn></msub><msqrt> <mfrac><mrow> <mn>2</mn> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow><mrow> <mi>ρ</mi> <mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn></msub><mo>/</mo><msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn></msub><mo>)</mo> </mrow></mrow> </mfrac></msqrt><mo>,</mo> </mrow>]]></math></maths>式中Q為流體的流量，單位kg/h；p1和p2分別為隔板左右兩側(cè)的壓力值，單位Pa；ρ為流體密度，單位kg/m3；A1和A2分別為隔板左右兩側(cè)流體的截面積，單位m2；溫壓補(bǔ)償系數(shù)<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>α</mi><mo>=</mo><msqrt> <mfrac><msub> <mi>p</mi> <mn>1</mn></msub><msub> <mi>T</mi> <mn>1</mn></msub> </mfrac> <mo>×</mo> <mfrac><msub> <mi>T</mi> <mn>2</mn></msub><msub> <mi>p</mi> <mn>2</mn></msub> </mfrac></msqrt><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="Y2009200838660002C2.tif" wi="29" he="11" top= "229" left = "69" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>流量系數(shù)Cd根據(jù)隔板上孔的長徑比β，查找計量測試技術(shù)手冊的典型節(jié)流裝置流量系數(shù)變化圖得到。
2. 如權(quán)利要求1所述的差壓流量計，其特征在于所述每個貼片式壓力傳感器和貼片式溫度傳感器之上裝有套筒；所 述每個貼片式溫度傳感器的套筒上還焊接有防護(hù)帽。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的差壓流量計，其進(jìn)一步特征在于所述的信號處理電路還具有遠(yuǎn)程控制模塊，接收遠(yuǎn)程控制信號，改 變信號處理電路的工作頻率，并將所述積算模塊的計量結(jié)果進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸；遠(yuǎn)程控制模塊采用滿足IEEE802. 15協(xié)議的無線射頻信號傳輸芯片， 實現(xiàn)無線遠(yuǎn)程信號傳輸；或者采用具有RS485接口的傳輸芯片，實現(xiàn)有 線連接的遠(yuǎn)程信號傳輸。
專利摘要一種差壓流量計，屬于流體計量儀表，解決現(xiàn)有流量計結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本昂貴的問題，用于流體的流量測量。本實用新型包括節(jié)流管、貼片式壓力傳感器、貼片式溫度傳感器以及信號處理電路，節(jié)流管為內(nèi)孔具有隔板的圓筒，隔板中心開有錐形、倒錐形或者拋物面形的孔，貼片式壓力、溫度傳感器分別安裝在隔板兩側(cè)腔室內(nèi)；貼片式壓力、溫度傳感器輸出信號送至信號處理電路進(jìn)行處理；信號處理電路，包括壓力信號處理模塊、溫度信號處理模塊、積算模塊及電源。本實用新型可針對不同流體，在信號處理電路中選用補(bǔ)償公式，提高測量精度；并通過遠(yuǎn)程控制模塊或數(shù)顯模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程化、智能化讀表，整體體積小，結(jié)構(gòu)簡單易安裝，零部件加工成本低。
文檔編號G01F15/02GK201368751SQ20092008386
公開日2009年12月23日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者馮丹鳳, 異 宋, 曦 李 申請人:華中科技大學(xué)