CN116412862A - 一种基于自动校准的天然气流量测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自动校准的天然气流量测量装置，包括取压机构，所述取压机构包括低速取压组件和高速取压组件。本发明属于流量测量技术领域，具体是指一种基于自动校准的天然气流量测量装置；本发明提出自滑移式压差补偿机构和非贯通式温感机构，通过对流过的气体的温度感应，来对压差感应组件的基础偏移量进行自适应地校准，从而补偿因温度变化带来的测量误差，起到提高测量准确度的技术目的。

Description

一种基于自动校准的天然气流量测量装置

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，具体是指一种基于自动校准的天然气流量测量装置。

背景技术

天然气流量测量常用压差式测量方法，常见的板孔压差流量计、弯管流量计，其本质都是在垂直且流速均匀的管道中，设置使流速发生变化的机构，然后根据伯努利方程中描述的流体流速与压强之间的关系，测得两个位置的压差，从而得出当前流速和流量，压差越大，表示流体的流速越大，流量也就越大。

压差法测流量一直有一个弊端：测量结果受温度影响，因为根据理想气体状态方程，当温度变化时，气体的体积是会变化的，因此压差法只是忽略了温度带来的影响，或者说压差法测得的流量是气体的当前体积，而非质量；天然气中携带的能量是由质量决定的，因此显然只测量体积的方式并不准确。

基于上述问题，本发明重点提出了一种能够补偿因温度变化带来的测量误差的、提高测量准确度的天然气流量测量装置。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种基于自动校准的天然气流量测量装置，根据理想气体状态方程，气体的温度和体积是成正比的，而在基于伯努利方程的压差式流量计中，压差越大，表示流体的流速越大，流量也就越大，此时虽然流过气体的质量没变，但因为流速和压差变大，所以反馈出来的表显流量实际是偏大的，为了解决这一问题，本发明提出自滑移式压差补偿机构和非贯通式温感机构，通过对流过的气体的温度感应，来对压差感应组件的基础偏移量进行自适应地校准，从而补偿因温度变化带来的测量误差，起到提高测量准确度的技术目的。

不仅如此，环形滑块需要达到一定的推力才会滑动，当温度变化的幅度较小时，箱体密封腔中的压力变化不大，此时环形滑块不会滑动，也就是说，当温度的影响超过一定的范围时，环形滑块才会进行滑动补偿；这样既保证了温度影响过大时能够进行补偿，又避免了温度变化不大时环形滑块频繁滑动补偿导致密封润滑涂层磨损、影响寿命。

本发明采取的技术方案如下：本发明提出了一种基于自动校准的天然气流量测量装置，包括取压机构，所述取压机构包括低速取压组件和高速取压组件，通过测量低速取压组件和高速取压组件之间的压力差，能够得知当前管道中的流速，从而根据公式推算出气体的流量；还包括自滑移式压差补偿机构和非贯通式温感机构，所述自滑移式压差补偿机构卡合设于低速取压组件和高速取压组件之间，所述非贯通式温感机构设于自滑移式压差补偿机构上。

进一步地，所述自滑移式压差补偿机构包括滑移箱体，所述滑移箱体的内圈上设有箱体豁口部，所述自滑移式压差补偿机构还包括气压对抗组件和压差感应组件，所述气压对抗组件滑动设于滑移箱体中，所述压差感应组件设于气压对抗组件上。

作为优选地，所述气压对抗组件包括环形滑块和高精度弹簧，所述环形滑块卡合滑动设于滑移箱体中，通过环形滑块在滑移箱体中的滑动，能够对压差感应组件的感应位置进行补偿，所述滑移箱体的内部被环形滑块分隔为箱体密封腔和箱体均压腔，所述箱体密封腔的外圈上环形均布设有导热孔一，所述箱体均压腔的外圈上环形均布设有均压孔。

作为本发明的进一步优选，所述环形滑块上设有滑块缺口部，所述滑移箱体的内壁和环形滑块上均设有密封润滑涂层，环形滑块需要达到一定的推力才会滑动，当温度变化的幅度较小时，箱体密封腔中的压力变化不大，此时环形滑块不会滑动，也就是说，当温度的影响超过一定的范围时，环形滑块才会进行滑动补偿；这样既保证了温度影响过大时能够进行补偿，又避免了温度变化不大时环形滑块频繁滑动补偿导致密封润滑涂层磨损、影响寿命；所述高精度弹簧设于环形滑块和滑移箱体之间。

作为本发明的进一步优选，所述压差感应组件包括薄膜支座和压差传感器，所述压差感应组件位于箱体豁口部中，所述薄膜支座固接于环形滑块的内壁上，所述压差传感器设于薄膜支座中，由于压差传感器质地软，且环形滑块存在一定的滑动阻力，因此当压差传感器的两侧存在压力差时，压差传感器首先会发生形变，而不会引起环形滑块的滑动。

进一步地，所述非贯通式温感机构包括引热管本体和导热组件，所述引热管本体的两端分别设有引热管进气端和引热管排气端。

作为优选地，所述引热管本体上还环形均布设有导热孔二，所述导热组件卡合设于导热孔二中，引热管本体中的气体温度与主管道中的气体温度相同。

作为本发明的进一步优选，所述导热组件包括保温层和导热棒，所述导热棒卡合设于导热孔一和导热孔二中，所述保温层包裹在导热棒的外部，通过保温层能够尽量减少导热棒中携带的热量被散失，从而实现对温度更加快速的感应。

进一步地，所述取压机构包括低速取压组件和高速取压组件，所述低速取压组件和高速取压组件分别设于滑移箱体的两端。

作为优选地，所述低速取压组件包括前取压管和前测压室，所述前测压室上设有前室法兰部，所述前测压室通过前室法兰部安装在滑移箱体上，所述前测压室上还设有前室接口部，所述前取压管卡合设于前室接口部中。

作为本发明的进一步优选，所述高速取压组件包括后取压管和后测压室，所述后测压室上设有后室法兰部，所述后测压室通过后室法兰部安装在滑移箱体上，所述后测压室上还设有后室接口部，所述后取压管卡合设于后室接口部中。

其中，前取压管应当位于主管道中流速低的位置，后取压管应当位于主管道中流速低的位置；引热管进气端和引热管排气端均位于距离前取压管和后取压管较远的位置，以减小对压差测量的影响，并且引热管进气端位于主管道上引热管排气端的上游，引热管进气端和引热管排气端不能位于同一个横截面上，从而保证天然气能够从引热管本体中流通。采用上述结构本发明取得的有益效果如下：

（1）通过测量低速取压组件和高速取压组件之间的压力差，能够得知当前管道中的流速，从而根据公式推算出气体的流量；

（2）通过环形滑块在滑移箱体中的滑动，能够对压差感应组件的感应位置进行补偿；

（3）环形滑块需要达到一定的推力才会滑动，当温度变化的幅度较小时，箱体密封腔中的压力变化不大，此时环形滑块不会滑动，也就是说，当温度的影响超过一定的范围时，环形滑块才会进行滑动补偿；这样既保证了温度影响过大时能够进行补偿，又避免了温度变化不大时环形滑块频繁滑动补偿导致密封润滑涂层磨损、影响寿命；

（4）由于压差传感器质地软，且环形滑块存在一定的滑动阻力，因此当压差传感器的两侧存在压力差时，压差传感器首先会发生形变，而不会引起环形滑块的滑动；

（5）通过保温层能够尽量减少导热棒中携带的热量被散失，从而实现对温度更加快速的感应。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于自动校准的天然气流量测量装置的立体图；

图2为本发明提出的一种基于自动校准的天然气流量测量装置的主视图；

图3为本发明提出的一种基于自动校准的天然气流量测量装置的俯视图；

图4为图2中沿着剖切线A-A的剖视图；

图5为图4中沿着剖切线B-B的剖视图；

图6为图4中沿着剖切线C-C的剖视图；

图7为本发明提出的一种基于自动校准的天然气流量测量装置的爆炸视图；

图8为图4中Ⅰ处的局部放大图；

图9为图6中Ⅱ处的局部放大图；

图10为图5中Ⅲ处的局部放大图。

其中，1、自滑移式压差补偿机构，2、非贯通式温感机构，3、取压机构，4、滑移箱体，5、气压对抗组件，6、压差感应组件，7、箱体豁口部，8、箱体密封腔，9、箱体均压腔，10、均压孔，11、导热孔一，12、环形滑块，13、高精度弹簧，14、薄膜支座，15、压差传感器，16、滑块缺口部，17、密封润滑涂层，18、引热管本体，19、导热组件，20、引热管进气端，21、引热管排气端，22、导热孔二，23、保温层，24、导热棒，25、低速取压组件，26、高速取压组件，27、前取压管，28、前测压室，29、后取压管，30、后测压室，31、前室法兰部，32、前室接口部，33、后室法兰部，34、后室接口部。

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1~图10所示，本发明提出了一种基于自动校准的天然气流量测量装置，包括取压机构3，取压机构3包括低速取压组件25和高速取压组件26，通过测量低速取压组件25和高速取压组件26之间的压力差，能够得知当前管道中的流速，从而根据公式推算出气体的流量；还包括自滑移式压差补偿机构1和非贯通式温感机构2，自滑移式压差补偿机构1卡合设于低速取压组件25和高速取压组件26之间，非贯通式温感机构2设于自滑移式压差补偿机构1上。

自滑移式压差补偿机构1包括滑移箱体4，滑移箱体4的内圈上设有箱体豁口部7，自滑移式压差补偿机构1还包括气压对抗组件5和压差感应组件6，气压对抗组件5滑动设于滑移箱体4中，压差感应组件6设于气压对抗组件5上。

气压对抗组件5包括环形滑块12和高精度弹簧13，环形滑块12卡合滑动设于滑移箱体4中，通过环形滑块12在滑移箱体4中的滑动，能够对压差感应组件6的感应位置进行补偿，滑移箱体4的内部被环形滑块12分隔为箱体密封腔8和箱体均压腔9，箱体密封腔8的外圈上环形均布设有导热孔一11，箱体均压腔9的外圈上环形均布设有均压孔10。

环形滑块12上设有滑块缺口部16，滑移箱体4的内壁和环形滑块12上均设有密封润滑涂层17，环形滑块12需要达到一定的推力才会滑动，当温度变化的幅度较小时，箱体密封腔8中的压力变化不大，此时环形滑块12不会滑动，也就是说，当温度的影响超过一定的范围时，环形滑块12才会进行滑动补偿；这样既保证了温度影响过大时能够进行补偿，又避免了温度变化不大时环形滑块12频繁滑动补偿导致密封润滑涂层17磨损、影响寿命；高精度弹簧13设于环形滑块12和滑移箱体4之间。

压差感应组件6包括薄膜支座14和压差传感器15，压差感应组件6位于箱体豁口部7中，薄膜支座14固接于环形滑块12的内壁上，压差传感器15设于薄膜支座14中，由于压差传感器15质地软，且环形滑块12存在一定的滑动阻力，因此当压差传感器15的两侧存在压力差时，压差传感器15首先会发生形变，而不会引起环形滑块12的滑动。

非贯通式温感机构2包括引热管本体18和导热组件19，引热管本体18的两端分别设有引热管进气端20和引热管排气端21。

引热管本体18上还环形均布设有导热孔二22，导热组件19卡合设于导热孔二22中，引热管本体18中的气体温度与主管道中的气体温度相同。

导热组件19包括保温层23和导热棒24，导热棒24卡合设于导热孔一11和导热孔二22中，保温层23包裹在导热棒24的外部，通过保温层23能够尽量减少导热棒24中携带的热量被散失，从而实现对温度更加快速的感应。

取压机构3包括低速取压组件25和高速取压组件26，低速取压组件25和高速取压组件26分别设于滑移箱体4的两端。

低速取压组件25包括前取压管27和前测压室28，前测压室28上设有前室法兰部31，前测压室28通过前室法兰部31安装在滑移箱体4上，前测压室28上还设有前室接口部32，前取压管27卡合设于前室接口部32中。

高速取压组件26包括后取压管29和后测压室30，后测压室30上设有后室法兰部33，后测压室30通过后室法兰部33安装在滑移箱体4上，后测压室30上还设有后室接口部34，后取压管29卡合设于后室接口部34中。

主管道一般为一根等径、平直的管道，在平直管道中间，使用弯管、板孔、圆锥等管件进行连接，使原本均匀流动的管道内部出现流速差和压力差，然后根据固定位置的压力差变化计算得出当前管道内的流速。

前取压管27应当位于主管道中流速低的位置，后取压管29应当位于主管道中流速高的位置；引热管进气端20和引热管排气端21均位于距离前取压管27和后取压管29较远的位置，以减小对压差测量的影响，并且引热管进气端20位于主管道上引热管排气端21的上游，引热管进气端20和引热管排气端21不能位于同一个横截面上，从而保证天然气能够从引热管本体18中流通。

具体使用时，首先用户需要将前取压管27和后取压管29分别连接在管道壁上两个不同的取压位置，其中前取压管27所在位置的流速低于后取压管29所在位置的流速，因此前测压室28中的气压高于后测压室30中的气压；

天然气主管道内部的气体与前测压室28和后测压室30贯通而不流通，此时前测压室28和后测压室30中的气压与其对应的取压位置的压力相同；

由于两个取压位置存在压力差，因此前测压室28和后测压室30中的气压不相同，因此质地柔软的压差传感器15，会发生朝向压力小的一侧的形变，通过这种形变大小能够将压差传感器15两侧的压差准确反馈出来；

然后根据伯努利方程，即可得出当前的流体流速，进而测得天然气的流量。

上述测量原理与传统的压差式测量机构相同，实际是忽略了温度对气体的影响因素的，也就是说只是测得了当前温度下流经的气体的体积，而非质量，

当介质温度升高时，此时气体膨胀、密度降低、流速加快，此时通过本装置测得的流量（质量而非体积，因为体积会随温度变化，按质量收费和计量才是最准确的），比实际偏大；

此时从引热管本体18中流过的天然气的温度也升高，因此热量能够通过导热棒24传递到箱体密封腔8中，从而增大箱体密封腔8中气体的压力，又因为箱体均压腔9中的气压始终与外界相等，因此环形滑块12会发生滑移并使高精度弹簧13压缩；

此时压差感应组件6整体朝向高速取压组件26侧偏移，实际上是增大了前测压室28的空间，因此压差传感器15的形变量减小、测得的数值也有所降低，从而对因温度产生的测量误差进行补偿修正，减小温度对测量结果的影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于自动校准的天然气流量测量装置，包括取压机构（3），所述取压机构（3）包括低速取压组件（25）和高速取压组件（26），其特征在于：还包括自滑移式压差补偿机构（1）和非贯通式温感机构（2），所述自滑移式压差补偿机构（1）卡合设于低速取压组件（25）和高速取压组件（26）之间，所述非贯通式温感机构（2）设于自滑移式压差补偿机构（1）上；所述自滑移式压差补偿机构（1）包括滑移箱体（4），所述滑移箱体（4）的内圈上设有箱体豁口部（7），所述自滑移式压差补偿机构（1）还包括气压对抗组件（5）和压差感应组件（6），所述气压对抗组件（5）滑动设于滑移箱体（4）中，所述压差感应组件（6）设于气压对抗组件（5）上；

所述非贯通式温感机构（2）包括引热管本体（18）和导热组件（19），所述引热管本体（18）的两端分别设有引热管进气端（20）和引热管排气端（21）。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述气压对抗组件（5）包括环形滑块（12）和高精度弹簧（13），所述环形滑块（12）卡合滑动设于滑移箱体（4）中，所述滑移箱体（4）的内部被环形滑块（12）分隔为箱体密封腔（8）和箱体均压腔（9），所述箱体密封腔（8）的外圈上环形均布设有导热孔一（11），所述箱体均压腔（9）的外圈上环形均布设有均压孔（10）。

3.根据权利要求2所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述环形滑块（12）上设有滑块缺口部（16），所述滑移箱体（4）的内壁和环形滑块（12）上均设有密封润滑涂层（17），所述高精度弹簧（13）设于环形滑块（12）和滑移箱体（4）之间。

4.根据权利要求3所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述压差感应组件（6）包括薄膜支座（14）和压差传感器（15），所述压差感应组件（6）位于箱体豁口部（7）中，所述薄膜支座（14）固接于环形滑块（12）的内壁上，所述压差传感器（15）设于薄膜支座（14）中。

5.根据权利要求4所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述引热管本体（18）上还环形均布设有导热孔二（22），所述导热组件（19）卡合设于导热孔二（22）中。

6.根据权利要求5所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述导热组件（19）包括保温层（23）和导热棒（24），所述导热棒（24）卡合设于导热孔一（11）和导热孔二（22）中，所述保温层（23）包裹在导热棒（24）的外部。

7.根据权利要求6所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述取压机构（3）包括低速取压组件（25）和高速取压组件（26），所述低速取压组件（25）和高速取压组件（26）分别设于滑移箱体（4）的两端。

8.根据权利要求7所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述低速取压组件（25）包括前取压管（27）和前测压室（28），所述前测压室（28）上设有前室法兰部（31），所述前测压室（28）通过前室法兰部（31）安装在滑移箱体（4）上，所述前测压室（28）上还设有前室接口部（32），所述前取压管（27）卡合设于前室接口部（32）中。

9.根据权利要求8所述的一种基于自动校准的天然气流量测量装置，其特征在于：所述高速取压组件（26）包括后取压管（29）和后测压室（30），所述后测压室（30）上设有后室法兰部（33），所述后测压室（30）通过后室法兰部（33）安装在滑移箱体（4）上，所述后测压室（30）上还设有后室接口部（34），所述后取压管（29）卡合设于后室接口部（34）中。

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