CN202057360U - 复合式气体流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复合式气体流量计，其特征是在传感器探头所处的同一测量空间内，共同设置一热式流量传感器和一涡街流量传感器。本实用新型能够综合热式流量计和涡街流量计的优点，获得测量下限低、测量精度高的技术效果。

Description

复合式气体流量计

技术领域

本实用新型涉及一种气体流量计，更具体地说是一种可以应用在密闭管道内测量气体流速和流量的流量计。

技术背景

涡街流量计利用置于流体中的旋涡发生体，在既定的雷诺数范围内，旋涡发生体两侧在单位时间内产生的卡曼旋涡数与流体介质气液形态无关而与流量成比例的原理，该比例常数被称为斯特劳哈尔数。可以使用应变力传感器、压力传感器、超声波传感器、光传感器等各种方法监测这种旋涡，用于流体的流量计量。旋涡的频率和流过旋涡发生体的流体体积流量成比例关系。

热扩散式流量计是广泛使用的流量计量装置，其原理是通过测量传感元件被流体带走的热量来确定流量的大小。常用的一种传感元件是电阻式温度监测器RTD，其阻值随自身温度变化而发生变化。典型的热扩散式流量计采用两个RTD元件，一个作为有源元件被加热，另一个用作参考元件不被加热。在使用时，测量因流体流动带走热量而导致被加热的有源元件阻值相对参考元件阻值的变化就可以确定流体的流速，进一步根据流体流过的横截面积可以计算得出流量。

采用压电原理检测旋涡的应力式涡街流量计结构简单输出信号线性度和重复性指标良好，但对于流速5m/s以下的气体介质难以测量，另外，对外界振动敏感，容易引入振动干扰；热式流量计灵敏度高，测量流速下限点低，理论上可以从零流速开始测量，对外界振动不敏感，有着优良的抗振性能，但热式流量计的测量精度和线性度与涡街流量计相比还有一定的差距。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种复合式气体流量计，以期能够综合热式流量计和涡街流量计的优点，获得测量下限低、测量精度高的技术效果。

本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案：

本实用新型复合式气体流速流量计的结构特点是在传感器探头所处的同一测量空间内，共同设置一热式流量传感器和一涡街流量传感器。

本实用新型复合式气体流速流量计的结构特点也在于：

所述热式流量传感器采用一对电阻式温度监测元件，其中一个温度监测元件是可以通过电源进行加热的有源传感单元，另一个温度监测元件是一个不被加热的参考传感单元。

在同一传感器本体内，以所述涡街流量传感器位于中央，热式流量传感器中的一对温度监测元件或分处在涡街流量传感器的两侧，或共处在涡街流量传感器同一侧。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

1、本实用新型通过复合以体积流量进行测量的涡街流量计和以质量流量进行测量的热式流量计在同一个结构本体内并在不同流速段上的选择使用两者之一，以其测量结果进一步转换为统一的输出，可以有效提高对流体流速的测量范围和精度；

2、本实用新型可以根据旋涡涡流信号的强度来判断热式流量计的信号的失真度，因而避免由于大量水分混杂在流体中产生热式流量计的信号饱和的失真，达到流量下限测量值真实准确的效果；

3、本实用新型可以根据热式流量计的信号值判断涡街流量计是否受到外界振动的影响，并选择正确的测量结果进行输出，从而在保证测量精度的基础上提高了整机的抗振动干扰性能。

附图说明

图1为本实用新型传感器探头结构示意图；

图2为本实用新型使用状态示意图；

图3是本实用新型信号处理单元电路方框图；

图中标号：100信号处理单元；120传感器本体；11有源传感单元；20测量管段；21旋涡发生体；130测量管路。

具体实施方式

参见图1、图2，本实施例复合式气体流速流量计是在传感器探头所处的同一测量空间内，共同设置一热式流量传感器和一涡街流量传感器；热式流量传感器是采用一对相互平行的电阻式温度监测元件RTD，其中一个温度监测元件是可以通过电源进行加热的有源传感单元11，另一个温度监测元件是一个不被加热的参考传感单元12；在同一传感器本体120的内部，以涡街流量传感器位于中央，热式流量传感器中的一对温度监测元件为直立，或分处在涡街流量传感器的两侧，或直立共处在涡街流量传感器同一侧进行设置；涡街流量传感器是由测量管段20和旋涡发生体21构成，测量管段20顺着流体流动的方向设置，测量管段20可以是方形管或者圆形管，以旋涡发生体21产生旋涡。

具体实施中，设置一支撑杆115，传感器本体120固定设置在支撑杆115的底端，传感器本体120位于测量管路130中，在支撑杆115的另一端固定设置信号处理单元100；

在运行中，气体流过传感器探头，将有源传感单元11的热量带走，带走的热量和介质流速成正比例关系，这将导致有源传感单元11和参考传感单元12在每一个固定的流速点上都有一个固定的电阻差值ΔR1，通过测量ΔR1值可得到流速值，即热式流量传感器测得的流速值Vt；气体在流过涡街流量传感器时，经过旋涡发生体21产生旋涡，本实施例采用一个典型的实施方式是使用压电传感器检测单位时间内产生旋涡的数量，即与流速成正比的旋涡频率值，由此可以得出涡街传感器测得的流速值Vv，基于这一原理，使用超声波等其他方式检测旋涡数量也是简单可行的。当气体的流速低于涡街流量传感器下限时，流量测量使用热式流量传感器测得的流速数据Vt，众所周知，若有水分等杂质混合在气体中，会引起热式流量传感测量值的失真跳变，根据涡街流量传感器的信号，可判断出该跳变是真实的气体流量信号还是由水分引起的失真信号并进行补偿。当气体的流速高于涡街流量传感器下限时，涡街流量传感器输出流速值Vv，而当涡街传感器由于振动产生信号跳变时，根据热式流量传感器测得的流速值Vt判断出振动信号的存在。Vv和Vt值相互参照即可得到经过补偿的正确流速值。

本实施例中的参考传感单元12可以直接用于测量介质的温度，还可以在通过在传感器本体120上加装压力传感器，以实现标准状态气体流量的值的计算。

图1所示为本实施例的使用状态，将传感器本体120置于测量管路130中，气体介质流过传感器本体120即可测量出流速值，根据已知的管道直径，即可计算出流量值。

参见图4，本实施例中的信号处理单元是以前置信号调理电路将热式流量传感的阻值变化ΔR转化为电压值变化ΔV，同时将涡街流量传感器输出的压电电荷转换为频率信号并进行放大，另外将压力传感器输出的电压信号进行放大；前置信号调理电路输出的电压信号经A/D转换电路转换为数字信号传送给数字处理器，以数字处理器对采集的电压和频率信号数字量进行处理，在LCD显示屏上显示流量和流速值。键盘用于对数字处理器中的运行参数进行设置。RS485接口用来输出流量和流速值的数剧给上位控制系统，比如工控计算机，并接收上位控制系统发来的设置参数和指令；4～20mA接口用于输出4～20mA范围内变化的代表流量的电流模拟信号；频率输出接口用来输出和流量对应的频率信号。

Claims (3)

1.一种复合式气体流量计，其特征是在传感器探头所处的同一测量空间内，共同设置一热式流量传感器和一涡街流量传感器。

2.根据权利要求1所述的复合式气体流量计，其特征是所述热式流量传感器采用一对电阻式温度监测元件，其中一个温度监测元件是可以通过电源进行加热的有源传感单元(11)，另一个温度监测元件是一个不被加热的参考传感单元(12)。

3.根据权利要求2所述的复合式气体流量计，其特征是在同一传感器本体(120)内，以所述涡街流量传感器位于中央，热式流量传感器中的一对温度监测元件或分处在涡街流量传感器的两侧，或共处在涡街流量传感器同一侧。

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