專利名稱：內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
、本實(shí)用新型涉及一種氣體測(cè)量裝置，尤其是一種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的氣體流量測(cè)量技術(shù)中，速度式測(cè)量原理存在小流量不能準(zhǔn)確測(cè)量的問題，容積式測(cè)量原理存在可動(dòng)部件和大流量測(cè)量有局限的問題。所以，工業(yè)用氣體流量計(jì)更多采用速度式測(cè)量方法，居民用氣體流量計(jì)更多采用容積式測(cè)量方法。 近年來(lái)，提出采用熱式氣體質(zhì)量流量測(cè)量技術(shù)，它有接近另始動(dòng)的小流量測(cè)量特征，而且測(cè)量輸出可以直接數(shù)字化，易于電子化。但是，熱式氣流測(cè)量有一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)于測(cè)量元件的影響。具體表現(xiàn)為管道內(nèi)流動(dòng)的各種工業(yè)氣體、天然氣等，均帶有微細(xì)的懸浮顆粒和油性物質(zhì)，同時(shí)由于生產(chǎn)工藝的原因經(jīng)常會(huì)帶有數(shù)量不等的雜質(zhì)。即便剛進(jìn)入管道時(shí)是高純度的清潔氣體，也可能因?yàn)楣艿辣旧碜詭У碾s質(zhì)，而使氣體污染，從而使氣體帶有雜質(zhì)。管道內(nèi)的雜質(zhì)很大的可能是由于管道生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的，因而要消除雜質(zhì)的技術(shù)難度非常高，在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)氣體極度純凈不帶雜質(zhì)是非常困難的。熱式測(cè)量敏感元件，因?yàn)闅怏w中懸浮顆粒和油性物質(zhì)隨時(shí)間或事件的累積，其表現(xiàn)為吸附或黏著敏感元件表面，從而影響其熱對(duì)流、擴(kuò)散和分布等熱效應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)量誤差。 可以看出，熱式測(cè)量敏感元件受運(yùn)行環(huán)境和氣體介質(zhì)污染后，原先設(shè)定的測(cè)量參數(shù)出現(xiàn)誤差，即我們所說的數(shù)據(jù)偏移。數(shù)據(jù)偏移產(chǎn)生的原因不是因?yàn)闇y(cè)量元件的故障或失效，數(shù)據(jù)偏移不是簡(jiǎn)單地表現(xiàn)為儀器儀表不能工作，不是通常說的死機(jī)，而是，測(cè)量系統(tǒng)偏離了計(jì)量精度要求，其它基本功能，諸如顯示通訊等數(shù)據(jù)處理功能是正常的。[0005] 速度式流量測(cè)量中，比如孔板流量計(jì)，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、技術(shù)成熟的特點(diǎn)。[0006] 充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，即壓差，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守衡定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。[0007] 差壓式流量計(jì)是一類應(yīng)用最廣泛的流量計(jì)，在各類流量?jī)x表中其使用量占居首位。近年來(lái)，由于各種新型流量計(jì)的問世，它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降，但目前仍是最重要的一類流量計(jì)。[0008] 亍尤點(diǎn) (1)應(yīng)用最多的孔板式流量計(jì)結(jié)構(gòu)牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)；[0010] (2)應(yīng)用范圍廣泛，至今尚無(wú)任何一類流量計(jì)可與之相比擬；[0011] (3)檢測(cè)件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn)，便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。[0012] 岳夫點(diǎn) (1)測(cè)量精度普遍偏低； (2)范圍度窄，一般僅3 :1-4:1;[0015] (3)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高；[0016] (4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。 如果，能夠解決孔板流量計(jì)的小流量測(cè)量問題，也就是說，能夠從接近零流量開始?xì)怏w的流量測(cè)量；那么，該類技術(shù)不僅能夠顯著提升速度式流計(jì)性能，也能夠更好地用于數(shù)量規(guī)模巨大的居民用氣表，特別是天然氣表等領(lǐng)域，具有重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中在使用管道進(jìn)行氣體流量測(cè)量時(shí)，難以對(duì)管道內(nèi)氣體小流量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)問題，提供一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠從微笑流量開始測(cè)量，而且能有效消除雜質(zhì)影響，延長(zhǎng)檢測(cè)裝置使用壽命，降低使用成本的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板
氣體流量測(cè)量裝置，包括氣體流量測(cè)量管、測(cè)量管內(nèi)固定有中間帶小孔的孔板，所述的孔板
具有足夠的厚度，測(cè)量管壁上接有橫跨孔板的測(cè)量裝置，測(cè)量裝置主要包括壓力傳感器，壓
力傳感器的一端接孔板的上游，壓力傳感器的另一端接孔板的下游，壓力傳感器連接數(shù)據(jù)
處理系統(tǒng)，孔板中間部位的小孔的孔壁上至少設(shè)有一個(gè)凹陷的安裝部，其中，孔板中間部位
的小孔的孔壁上至少設(shè)有一個(gè)凹陷的安裝部，其中一個(gè)安裝部固定有熱式測(cè)量敏感元件，
熱式測(cè)量敏感元件的表面與小孔的孔壁形成一個(gè)傾斜角度，熱式測(cè)量敏感元件的迎風(fēng)面邊
緣與孔壁相平齊，孔板內(nèi)部設(shè)有從安裝部聯(lián)通到測(cè)量管壁外的線通道，線通道內(nèi)布有連接
熱式測(cè)量敏感元件和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線；差壓傳感器和熱式測(cè)量敏感元件對(duì)被測(cè)汽流
介質(zhì)流量的測(cè)量結(jié)果存在互不干涉的冗余重疊區(qū)域。氣體流量測(cè)量管內(nèi)固定有中間帶小孔
的孔板，并在測(cè)量管的管壁上設(shè)有測(cè)量孔板上游和下游壓差的壓力傳感器并通過數(shù)據(jù)處理
系統(tǒng)進(jìn)行處理，這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于典型孔板流量測(cè)量裝置，可以測(cè)量的范圍為6. 0m/s-20. 0m/
s，提高壓差傳感器的精度，測(cè)量的范圍可以縮小到2. Om/s，在測(cè)量管內(nèi)的孔板中間部位的
小孔孔壁上設(shè)置熱式測(cè)量敏感元件，實(shí)現(xiàn)熱式測(cè)量技術(shù)和孔板速度式測(cè)量技術(shù)的交集測(cè)
量，熱式測(cè)量敏感元件可以達(dá)到的測(cè)量范圍為0. 01m/s-15m/s，這樣可以測(cè)量微小流量，壓
差測(cè)量通道與微小流量測(cè)量旁通橋路相互獨(dú)立，測(cè)量時(shí)互不干涉，小？L孔壁上的安裝部可
以有多個(gè)，根據(jù)氣體流量需要的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；當(dāng)管道內(nèi)有氣體流過時(shí)，差壓和熱式等測(cè)量
同步進(jìn)行流量及其它參數(shù)的測(cè)量工作；如果氣體流速處在孔板流量計(jì)難以準(zhǔn)確測(cè)量的小流
量區(qū)域時(shí)，孔板原理的測(cè)量不產(chǎn)生準(zhǔn)確流量測(cè)量信號(hào)，但是熱式測(cè)量技術(shù)能夠?qū)ξ⑿怏w
流量進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量；當(dāng)管道內(nèi)氣流工作在孔板流量計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的流量區(qū)域時(shí)，孔板原
理的測(cè)量和熱式原理的測(cè)量都同步能夠?qū)α鬟^的氣體流速和進(jìn)行有效測(cè)量，兩個(gè)測(cè)量通道
完成了冗余測(cè)量，進(jìn)而進(jìn)行有效的漂移校正，提高了流量測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性。 —種方案所述的孔板為一體結(jié)構(gòu)，孔板過盈固定在測(cè)量管內(nèi)壁，測(cè)量管壁開設(shè)有
圓孔，固定孔板后圓孔對(duì)準(zhǔn)線通道。 一體結(jié)構(gòu)的孔板可以采用金屬制成，孔板固定在測(cè)量管
內(nèi)壁為過盈配合 另一種方案所述的孔板為分體結(jié)構(gòu)共分成兩塊，分離面經(jīng)過孔板的軸線，孔板上
的小孔由兩塊分孔板中間的半圓形柱腔構(gòu)成。 孔板上的線通道設(shè)置在孔板的分離面上。[0023] 作為優(yōu)選，安裝部為兩個(gè)，除了安裝固定熱式測(cè)量敏感元件外，還安裝固定有溫度傳感器。 作為優(yōu)選，安裝部在同一圓周平面上，或者在不同的圓周平面上。 作為優(yōu)選，測(cè)量管內(nèi)的孔板上設(shè)有若干通孔，通孔相對(duì)于中間小孔對(duì)稱布置。 如果孔板為分體結(jié)構(gòu)，分成兩塊，將分離面經(jīng)過孔板的軸線，中間的小孔和對(duì)稱小
孔的通孔在孔板的分離面上。這樣兩塊孔板相互對(duì)稱，制作也方便；如果通孔為三個(gè)，則可
以將兩個(gè)通孔和中間的小孔在同一個(gè)分離面上，另一個(gè)通孔不在分離面上，這樣可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。 當(dāng)管道內(nèi)氣流工作在孔板流量計(jì)能夠準(zhǔn)確測(cè)量的流量區(qū)域時(shí)，能夠充分發(fā)揮孔板流量計(jì)測(cè)量信號(hào)只對(duì)氣體流速相關(guān)，而對(duì)氣體介質(zhì)本身的溫度壓力質(zhì)量大小無(wú)關(guān)的測(cè)量原理，得到氣體工作狀態(tài)下的流速。由熱式測(cè)量技術(shù)進(jìn)行氣體質(zhì)量流量的測(cè)量，同步通過溫度、壓力測(cè)量信號(hào)的補(bǔ)償計(jì)算，能夠?qū)﹄p通道的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。所以，只要熱式測(cè)量技術(shù)的測(cè)量范圍有與孔板流量測(cè)量裝置的測(cè)量范圍交集，就得以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)校正；同時(shí)，通過操作流量測(cè)量裝置的開閉閥門，使得管道內(nèi)氣體流動(dòng)出現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)，就得以實(shí)現(xiàn)熱式測(cè)量元件校零以及進(jìn)行該檢測(cè)裝置的在線更換。 由于存在氣體污染的現(xiàn)象，差壓傳感器和熱式測(cè)量敏感元件之間會(huì)存在實(shí)際測(cè)量結(jié)果不等的問題，此時(shí)就需要對(duì)熱式測(cè)量敏感元件進(jìn)行修正，通過微電子微機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)修正的條件假設(shè)熱式測(cè)量敏感元件的特性曲線函數(shù)關(guān)系f(v, t)保持不變，同時(shí)要求熱式測(cè)量敏感元件的零點(diǎn)漂移能有效控制在精度范圍內(nèi)。參見附圖6，橫軸為氣體流速V(t)，數(shù)軸為電壓信號(hào)Y(t)， Y(t) = K(t)f(v,t)+a (t)， K(t)表示函數(shù)的一個(gè)系數(shù)，a (t)表示函數(shù)的零點(diǎn)，標(biāo)定函數(shù)9在Vt「V^之間的測(cè)量結(jié)果與差壓傳感器的測(cè)量結(jié)果相等，經(jīng)過一段時(shí)間后，氣體介質(zhì)被污染，造成K(t)下降，出現(xiàn)實(shí)際測(cè)量函數(shù)10，取V(t》-V(t》之間的V(ti)，在標(biāo)定函數(shù)上得出Y(ti)，在實(shí)際測(cè)量函數(shù)上得出Y' (ti)，Y' (ti)與Y(t》之間具有AY，如果AY
超過熱式測(cè)量敏感元件的精度，比如> i. 0%，則需要確定修正的k(t)的值得出k' g ，由于
函數(shù)關(guān)系保持不變，因此經(jīng)過修正的函數(shù)重新符合標(biāo)定函數(shù)，實(shí)際測(cè)量得出的小于重疊區(qū)域的測(cè)量值經(jīng)過修正后變成真實(shí)的實(shí)際測(cè)量值，零點(diǎn)的數(shù)值可以通過關(guān)閉旁通橋路兩端的閥門形成一個(gè)無(wú)流速的數(shù)值。 本實(shí)用新型的有益效果是把最小流量測(cè)量延伸到了熱式氣體流量檢測(cè)可以測(cè)量的微小流速，量程比大于l : 100。同時(shí)，測(cè)量孔板元件的微差壓通道和旁通橋路均安裝在管道外，方便更換敏感測(cè)量元件；特別是在旁通橋路完成熱式氣體流量檢測(cè)，避免了管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)敏感的測(cè)量元件的直接沖擊，從而提高了整體的可靠性。基于熱式測(cè)量技術(shù)和孔板流量測(cè)量裝置的兩個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量范圍交集，實(shí)現(xiàn)了 了冗余測(cè)量，通過自動(dòng)檢定和校零功能，使整體的測(cè)量精度和穩(wěn)定性大大的提高。本發(fā)明可以測(cè)量大口徑管道氣流量，也可以用于小口徑的居民用氣體流量?jī)x表，突破以往流量計(jì)的測(cè)量范圍的局限；相對(duì)于超聲波測(cè)量裝置，其制造和使用成本低廉。

圖1是本實(shí)用新型一種結(jié)構(gòu)示意圖；[0031] 圖2是本實(shí)用新型一種立體剖視圖；[0032] 圖3是本實(shí)用新型另一種立體剖視圖；[0033] 圖4是本實(shí)用新型的一種孔板的示意圖；[0034] 圖5是本實(shí)用新型的一種局部放大圖；[0035] 圖6是本實(shí)用新型的一種測(cè)量函數(shù)關(guān)系圖； 圖中1、測(cè)量管，2、孔板，3、線通道，4、熱式測(cè)量敏感元件，5、小孔，6、壓力傳感器，7、安裝部、8、通孔，9、標(biāo)定函數(shù)，10、實(shí)際測(cè)量函數(shù)。
具體實(shí)施方式下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。 實(shí)施例1 :一種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置(參見附圖1附圖2附圖5)，包括氣體流量測(cè)量管1、測(cè)量管內(nèi)固定有中間帶小孔5的孔板2，所述的孔板具有足夠的厚度，測(cè)量管壁上接有橫跨孔板的測(cè)量裝置，測(cè)量裝置主要包括壓力傳感器6，壓力傳感器的一端接孔板的上游，壓力傳感器的另一端接孔板的下游，壓力傳感器連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，孔板中間部位的小孔的孔壁上設(shè)有2個(gè)凹陷的安裝部7，兩個(gè)安裝部在軸線方向的同一圓周面上，其中一個(gè)安裝部固定有熱式測(cè)量敏感元件4，另一個(gè)安裝部固定溫度傳感器，熱式測(cè)量敏感元件的表面和溫度傳感器的表面與小孔的孔壁形成一個(gè)傾斜的角度，熱式測(cè)量敏感元件的迎風(fēng)面邊緣與孔壁相平齊，孔板內(nèi)部設(shè)有從安裝部聯(lián)通到測(cè)量管壁外的線通道3，線通道內(nèi)布有連接熱式測(cè)量敏感元件和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線；孔板為一體結(jié)構(gòu)，由一塊金屬整體加工而成，孔板過盈固定在測(cè)量管內(nèi)壁，測(cè)量管壁開設(shè)有圓孔，固定孔板后圓孔對(duì)準(zhǔn)線通道。 實(shí)施例2 :—種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置(參見附圖3)，孔板為
分體結(jié)構(gòu)共分成兩塊，分離面經(jīng)過孔板的軸線，孔板上的小孔由兩塊分孔板中間的半圓形
柱腔組合而成；孔板上的線通道設(shè)置在孔板的分離面上，其余結(jié)構(gòu)參照實(shí)施例1。
實(shí)施例3 :—種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置(參見附圖4)，測(cè)量管
內(nèi)的孔板設(shè)置有1個(gè)小孔，2個(gè)通孔8，小孔在孔板的中間位置，通孔在小孔邊上相對(duì)于小孔
對(duì)稱；如果孔板為分體結(jié)構(gòu)，將通孔和小孔同時(shí)布置在分離面上。 以上所述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的幾種較佳方案，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求一種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，包括氣體流量測(cè)量管、測(cè)量管內(nèi)固定有中間帶小孔的孔板，所述的孔板具有足夠的厚度，測(cè)量管壁上接有橫跨孔板的測(cè)量裝置，測(cè)量裝置主要包括差壓傳感器，差壓傳感器的一端接孔板的上游，差壓傳感器的另一端接孔板的下游，差壓傳感器連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于孔板中間部位的小孔的孔壁上至少設(shè)有一個(gè)凹陷的安裝部，其中一個(gè)安裝部固定有熱式測(cè)量敏感元件，熱式測(cè)量敏感元件的表面與小孔的孔壁形成一個(gè)傾斜角度，熱式測(cè)量敏感元件的迎風(fēng)面邊緣與孔壁相平齊，孔板內(nèi)部設(shè)有從安裝部聯(lián)通到測(cè)量管壁外的線通道，線通道內(nèi)布有連接熱式測(cè)量敏感元件和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線；差壓傳感器和熱式測(cè)量敏感元件對(duì)被測(cè)汽流介質(zhì)流量的測(cè)量結(jié)果存在互不干涉的冗余重疊區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的孔板為一體結(jié)構(gòu)，孔板過盈固定在測(cè)量管內(nèi)壁，測(cè)量管壁開設(shè)有圓孔，固定孔板后圓孔對(duì)準(zhǔn)線通道。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于所述的孔板為分體結(jié)構(gòu)共分成兩塊，分離面經(jīng)過孔板的軸線，孔板上的小孔由兩塊分孔板中間的半圓形柱腔構(gòu)成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于孔板上的線通道設(shè)置在孔板的分離面上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于安裝部為兩個(gè)，除了安裝固定熱式測(cè)量敏感元件外，還安裝固定有溫度傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于安裝部在同一圓周平面上，或者在不同的圓周平面上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于孔板上設(shè)有若干通孔，通孔相對(duì)于中間小孔對(duì)稱布置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或3或7所述的內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置，其特征在于孔板為分體結(jié)構(gòu)，分成兩塊，分離面經(jīng)過孔板的軸線，中間的小孔和對(duì)稱小孔的通孔在孔板的分離面上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)置多參數(shù)的雙通道孔板氣體流量測(cè)量裝置。解決了現(xiàn)有技術(shù)中在使用管道進(jìn)行氣體流量測(cè)量時(shí)，難以對(duì)管道內(nèi)氣體小流量進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)問題，孔板中間部位的小孔的孔壁上至少設(shè)有一個(gè)凹陷的安裝部，其中一個(gè)安裝部固定有熱式測(cè)量敏感元件，熱式測(cè)量敏感元件的表面與小孔的孔壁形成一個(gè)傾斜角度，熱式測(cè)量敏感元件的迎風(fēng)面邊緣與孔壁相平齊，孔板內(nèi)部設(shè)有從安裝部聯(lián)通到測(cè)量管壁外的線通道，線通道內(nèi)布有連接熱式測(cè)量敏感元件和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)線；差壓傳感器和熱式測(cè)量敏感元件對(duì)被測(cè)汽流介質(zhì)流量的測(cè)量結(jié)果存在互不干涉的冗余重疊區(qū)域。把最小流量測(cè)量延伸到了熱式氣體流量檢測(cè)可以測(cè)量的微小流速，量程比大于1∶100。同時(shí)，測(cè)量孔板元件的微差壓通道和旁通橋路均安裝在管道外，方便更換敏感測(cè)量元件；特別是在旁通橋路完成熱式氣體流量檢測(cè)，避免了管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)敏感的測(cè)量元件的直接沖擊，從而提高了整體的可靠性。
文檔編號(hào)G01F7/00GK201476822SQ200920305598
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者毛志偉, 毛清芳, 毛翊超 申請(qǐng)人:毛清芳