專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙渦街流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于測(cè)量煤礦瓦斯氣體流量的寬量程流量計(jì)，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
瓦斯是煤礦井下作業(yè)人員的主要危害因素，其具有濕度大、含有粉塵、有腐蝕性、 氣壓低、氣體流量不均衡、流量變化范圍特別大等特點(diǎn)，目前對(duì)瓦斯的處理方式是將其抽出后通過(guò)管道輸送至天然氣公司，以作為民用天燃?xì)獾脑?。但是由于在用氣高峰時(shí)段和低谷時(shí)段，瓦斯氣體的流量相差很大，可達(dá)到數(shù)十甚至上百倍，因此瓦斯流量計(jì)要求必須具有較寬的測(cè)量范圍，并且要求靈敏度高、壓力損失較小?，F(xiàn)有的瓦斯流量計(jì)較多的采用渦街流量計(jì)，但是目前的渦街流量計(jì)存在檢測(cè)范圍較窄的問(wèn)題，如尾錐流量計(jì)，這種流量計(jì)在管道內(nèi)空氣流速較大時(shí)，檢測(cè)得到數(shù)據(jù)還相對(duì)較為準(zhǔn)確，但是當(dāng)處于低流速階段時(shí)，則存在檢測(cè)不到數(shù)據(jù)或檢測(cè)靈敏度明顯降低的情況，而且檢測(cè)的數(shù)據(jù)很不穩(wěn)定、誤差也很大，因此它只能檢測(cè)流速大于7m/s時(shí)的流量。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本實(shí)用新型的主要目的在于解決目前瓦斯流量計(jì)檢測(cè)范圍較窄的問(wèn)題，而提供一種具有較寬檢測(cè)量程的雙渦街流量計(jì)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種雙渦街流量計(jì)，包括測(cè)量管，在測(cè)量管的兩端分別設(shè)有法蘭，其特征在于，包括設(shè)于測(cè)量管上游用于檢測(cè)低流速氣體信號(hào)的超聲渦街流量傳感器和設(shè)于測(cè)量管下游用于檢測(cè)高流速氣體信號(hào)的應(yīng)力渦街流量傳感器，所述超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器均連接到流量轉(zhuǎn)換器；所述的流量轉(zhuǎn)換器是由切換單元和測(cè)控計(jì)算單元組成，超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器的輸出分別與切換單元的輸入相連，超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器檢測(cè)的氣體流量信號(hào)經(jīng)切換單元切換控制后輸入測(cè)控計(jì)算單元，測(cè)控計(jì)算單元對(duì)接收的氣體流量信號(hào)進(jìn)行處理后輸出顯示；測(cè)控計(jì)算單元的輸出還與切換單元的控制端連接形成閉環(huán)回路。本實(shí)用新型采用了兩種測(cè)量原理、流量特性不同的渦街流量傳感器，在測(cè)量管的上游設(shè)置低流速特性好的超聲渦街流量傳感器，在測(cè)量管下游設(shè)置高流速特性好的應(yīng)力渦街流量傳感器，并通過(guò)流量轉(zhuǎn)換器進(jìn)行切換控制，實(shí)現(xiàn)了寬范圍的氣體流量測(cè)量。本實(shí)用新型中，超聲渦街流量傳感器的主要功能是完成低流速區(qū)域的流量檢測(cè)， 其測(cè)量范圍為0. 3m/s 7m/s ；應(yīng)力渦街流量傳感器的主要功能是完成中、高區(qū)域的流量檢測(cè)，其測(cè)量范圍為5m/s 45m/s。工作時(shí)，兩種不同的流量傳感器均輸出信號(hào)到流量轉(zhuǎn)換器，流量轉(zhuǎn)換器中的測(cè)控計(jì)算單元對(duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行采集放大、濾波、整形、計(jì)算并顯示流量測(cè)量值。當(dāng)實(shí)際流量處于兩種流量傳感器的重疊區(qū)域時(shí)，測(cè)控計(jì)算單元根據(jù)傳感器測(cè)得的流量信號(hào)的不同和變化，自動(dòng)判斷并發(fā)出指令控制流量轉(zhuǎn)換器，確定哪一臺(tái)渦街流量傳感器投入運(yùn)行。從而保證兩種流量傳感器工作在所設(shè)定的最佳流量范圍內(nèi)。這樣本實(shí)用新型的流量計(jì)就可完成測(cè)量范圍為0. 3m/s 45m/s的寬范圍流量測(cè)量，流量計(jì)的量程比可達(dá)到150 :1ο進(jìn)一步的技術(shù)方案，在測(cè)量管的內(nèi)壁上還設(shè)有壓力傳感器和溫度傳感器，所述壓力傳感器和溫度傳感器的輸出均連接測(cè)控計(jì)算單元的輸入。通過(guò)測(cè)量氣體的工作壓力和溫度，能夠?qū)毫蜏囟冗M(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)算，提高流量測(cè)量的精確度。進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器的間距為 0. 9^1. ail。通過(guò)在兩種流量傳感器之間設(shè)置一定的間隔，使旋渦的能量能夠有足夠的衰減空間，避免了傳感器之間的相互干擾。再進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述超聲渦街流量傳感器由第一旋渦發(fā)生體、超聲發(fā)射換能器和超聲接收換能器組成，其中超聲發(fā)射換能器和超聲接收換能器相對(duì)的橫向設(shè)置于測(cè)量管的兩側(cè)，第一旋渦發(fā)生體豎向設(shè)置在測(cè)量管內(nèi)并位于超聲發(fā)射換能器和超聲接收換能器之間；超聲接收換能器的輸出連接流量轉(zhuǎn)換器的輸入，超聲發(fā)射換能器的輸入與流量轉(zhuǎn)換器的輸出相連。所述應(yīng)力渦街流量傳感器由第二旋渦發(fā)生體和應(yīng)力檢測(cè)元件組成，所述應(yīng)力檢測(cè)元件的輸出連接到流量轉(zhuǎn)換器的輸入。本實(shí)用新型的流量計(jì)在測(cè)量氣體流量時(shí)，是按照如下方法進(jìn)行的將超聲渦街流量傳感器測(cè)量的流量以Ql表示，應(yīng)力渦街流量傳感器測(cè)量的流量以Q2表示，兩種渦街流量傳感器測(cè)量的總流量以Q表示，則Q1=S. Bf1A1，Q2=3. 6f2/K2，Q=Q1+Q2=3. 6 Cf1A^f2A2)；式中，—超聲渦街流量傳感器輸出的頻率信號(hào)， Hz； f2 -應(yīng)力渦街流量傳感器輸出的頻率信號(hào)，Hz; K1-超聲渦街流量傳感器的儀表系數(shù)，L—1 ； K2_應(yīng)力渦街流量傳感器的儀表系數(shù)，L—1。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果1、具有超寬的流量檢測(cè)量程本實(shí)用新型把兩種不同檢測(cè)方式的渦街流量傳感器組合為一體，形成了具有更寬檢測(cè)量程的流量計(jì)；其中，選用低速特性好、測(cè)量靈敏變高的超聲渦街流量傳感器來(lái)測(cè)量低流速范圍的流量，其測(cè)量范圍能夠覆蓋0. 3m/s 7m/s，還選用了中、高流速特性好、輸出穩(wěn)定的應(yīng)力渦街流量傳感器來(lái)測(cè)量中、高流速階段的流量， 其測(cè)量范圍能夠覆蓋5m/s 45m/s，并通過(guò)設(shè)置轉(zhuǎn)換器來(lái)使兩種傳感器相互配合，實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的切換，從而達(dá)到了寬量程范圍的流量檢測(cè)，本實(shí)用新型的流量計(jì)量程比可以達(dá)到 150:1。2、提高了檢測(cè)精度本實(shí)用新型把兩種流量傳感器設(shè)置在同一測(cè)量管內(nèi)，同時(shí)在測(cè)量管內(nèi)還設(shè)置了壓力傳感器和溫度傳感器，用四種傳感器構(gòu)成了一體化的多參數(shù)測(cè)量的智能流量計(jì)，獲取的數(shù)據(jù)更加豐富、全面；同時(shí)在流量計(jì)的轉(zhuǎn)換器內(nèi)還設(shè)置了流量測(cè)控/切換單元(轉(zhuǎn)換器)，由測(cè)控/切換單元來(lái)控制兩種流量傳感器的工作，可以實(shí)現(xiàn)從低流速小流量到高流速大流量的全量程檢測(cè)，而且由于超聲渦街流量傳感器的上限流速為7m/s，而應(yīng)力渦街流量傳感器的下限流速為5m/s，因此兩者的測(cè)量范圍部分重疊，這樣可以保證在切換過(guò)程中，兩種流量傳感器的流量特性的平滑過(guò)程和測(cè)量的精度。3、穩(wěn)定性好本實(shí)用新型中，將超聲波渦街流量傳感器設(shè)于測(cè)量管的上游，將應(yīng)力渦街流量傳感器設(shè)于測(cè)量管的下游，并且使兩種傳感器之間旋渦發(fā)生體迎流面之間的距離L達(dá)到0. 9m 1. 2m，這樣上游的超聲渦街流量傳感器分離的渦街信號(hào)在傳遞到下游的應(yīng)力渦街流量傳感器時(shí)已衰減得很微弱，因此對(duì)下游的應(yīng)力渦街流量傳感器的工作不會(huì)產(chǎn)生影響，保障了兩種流量傳感器工作時(shí)相互不受干擾，從而提高了檢測(cè)穩(wěn)定性。

圖1為本實(shí)用新型雙渦街流量計(jì)的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型雙渦街流量計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的俯視圖，圖3中省略了流量轉(zhuǎn)換器、壓力傳感器和溫度傳感器。圖中，1一測(cè)量管，2—超聲渦街流量傳感器，21—第一旋渦發(fā)生體，22—超聲發(fā)射換能器，23—超聲接收換能器，3—應(yīng)力渦街流量傳感器，31—第二旋渦發(fā)生體，32—應(yīng)力檢測(cè)元件，4一流量轉(zhuǎn)換器，41 一切換單元，42—測(cè)控計(jì)算單元，5—壓力傳感器，6—溫度傳感器，7—法蘭。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的雙渦街流量計(jì)，包括測(cè)量管1，在測(cè)量管1 的兩端分別設(shè)有法蘭7，還包括設(shè)于測(cè)量管1內(nèi)壁上游用于檢測(cè)低流速氣體信號(hào)的超聲渦街流量傳感器2和設(shè)于測(cè)量管1內(nèi)壁下游用于檢測(cè)高流速氣體信號(hào)的應(yīng)力渦街流量傳感器 3。所述超聲渦街流量傳感器2由第一旋渦發(fā)生體21、超聲發(fā)射換能器22和超聲接收換能器23組成，第一旋渦發(fā)生體21、超聲發(fā)射換能器22和超聲接收換能器23均為現(xiàn)有設(shè)備，第一旋渦發(fā)生體21的作用在于制造產(chǎn)生旋渦，超聲發(fā)射換能器22用于發(fā)射超聲波信號(hào)，超聲接收換能器23用于接收超聲波信號(hào)。在安裝時(shí)，超聲發(fā)射換能器22和超聲接收換能器23 相對(duì)的橫向固定于測(cè)量管1的兩側(cè)并伸入到測(cè)量管1的內(nèi)腔，第一旋渦發(fā)生體21豎向設(shè)置在測(cè)量管1內(nèi)并位于超聲發(fā)射換能器22和超聲接收換能器23之間；超聲接收換能器23的輸出連接流量轉(zhuǎn)換器4的輸入，超聲發(fā)射換能器22的輸入與流量轉(zhuǎn)換器4的輸出相連。參見(jiàn)圖2，所述應(yīng)力渦街流量傳感器3由第二旋渦發(fā)生體31和應(yīng)力檢測(cè)元件32組成，所述應(yīng)力檢測(cè)元件32的輸出連接到流量轉(zhuǎn)換器4的輸入。本實(shí)用新型中采用的第二旋渦發(fā)生體31和應(yīng)力檢測(cè)元件32也是現(xiàn)有裝置，第二旋渦發(fā)生體31的作用在于制造產(chǎn)生旋渦，應(yīng)力檢測(cè)元件32的作用在于檢測(cè)第二旋渦發(fā)生體31產(chǎn)生的旋渦信號(hào)，然后將所述旋渦信號(hào)傳遞給流量轉(zhuǎn)換器4。參見(jiàn)圖1和圖2，所述的流量轉(zhuǎn)換器4是由切換單元41和測(cè)控計(jì)算單元42組成， 超聲渦街流量傳感器2和應(yīng)力渦街流量傳感器3的輸出分別與切換單元41的輸入相連，超聲渦街流量傳感器2和應(yīng)力渦街流量傳感器3檢測(cè)的氣體流量信號(hào)經(jīng)切換單元41切換控制后輸入測(cè)控計(jì)算單元42。在測(cè)量管1的內(nèi)壁上還設(shè)有壓力傳感器5和溫度傳感器6，所述壓力傳感器5和溫度傳感器6的輸出均連接測(cè)控計(jì)算單元42的輸入。工作原理在工作狀態(tài)下，流量轉(zhuǎn)換器4為超聲發(fā)射換能器22提供連續(xù)、等幅的電信號(hào)，激勵(lì)超聲發(fā)射換能器22向被測(cè)氣體發(fā)射連續(xù)的等聲強(qiáng)的超聲波束，超聲波束發(fā)射后，通過(guò)被測(cè)氣體向?qū)γ娴某暯邮論Q能器23傳播。當(dāng)超聲波向前傳播時(shí)，遇到由第一旋渦發(fā)生體21分離出的旋渦列(渦街)，在旋渦列的作用下，超聲波被調(diào)制，帶著旋渦信息的超聲波繼續(xù)向前傳播，到達(dá)超聲接收換能器23，超聲接收換能器23把接收到的包含旋渦信息的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成包含旋渦信息的電信號(hào)，送往流量轉(zhuǎn)換器4，再由流量轉(zhuǎn)換器4對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行放大、解調(diào)、提取渦街信號(hào)，實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。同樣的，位于測(cè)量管下游的應(yīng)力渦街流量
傳感器也同步檢測(cè)氣體流量，為了減小上游超聲波渦街傳感器的影響，在安裝時(shí)，應(yīng)力渦街流量傳感器與超聲波渦街傳感器的間距L要求設(shè)置在0. 9^1. 2m,該距離L是保證第二旋渦發(fā)生體31產(chǎn)生的旋渦在向下游運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量有足夠的衰減，這樣當(dāng)流體經(jīng)過(guò)超聲波渦街傳感器繼續(xù)向下游流動(dòng)時(shí)，第一旋渦發(fā)生體21產(chǎn)生的旋渦能量幾乎可以衰減到零。應(yīng)力渦街流量傳感器的第二旋渦發(fā)生體31又產(chǎn)生新的旋渦信號(hào)，該旋渦信號(hào)被應(yīng)力檢測(cè)元件32采集，然后被送往流量轉(zhuǎn)換器4。流量轉(zhuǎn)換器4內(nèi)的測(cè)控計(jì)算單元42將以上的超聲波渦街傳感器2采集的流量信號(hào)和應(yīng)力渦街流量傳感器3采集的流量信號(hào)依次進(jìn)行采集放大、濾波、整形、計(jì)算后輸出顯示，就獲得了總的流量信號(hào)。本實(shí)用新型中，流量轉(zhuǎn)換器4的另一重要功能是對(duì)兩種流量傳感器輸出的旋渦信號(hào)進(jìn)行處理并作出判斷，根據(jù)設(shè)定的量程范圍，發(fā)出指令，進(jìn)行自動(dòng)切換，使其中一路流量傳感器投入工作。當(dāng)氣體流量較小時(shí)(0.3m/s 7m/s)，流量轉(zhuǎn)換器4控制超聲渦街流量傳感器2投入運(yùn)行，并處理超聲渦街流量傳感器輸出的數(shù)據(jù)；當(dāng)流量較大時(shí)(5m/s 45m/s)， 流量轉(zhuǎn)換器4控制應(yīng)力渦街流量傳感器3投入運(yùn)行，并處理應(yīng)力渦街流量傳感器輸出信號(hào)和數(shù)據(jù)，從而保證兩種渦街流量傳感器都可運(yùn)作在最佳的量程范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種雙渦街流量計(jì)，包括測(cè)量管(1 )，在測(cè)量管(1)的兩端分別設(shè)有法蘭(7)，其特征在于，還包括設(shè)于測(cè)量管(1)上游用于檢測(cè)低流速氣體信號(hào)的超聲渦街流量傳感器(2)和設(shè)于測(cè)量管(1)下游用于檢測(cè)高流速氣體信號(hào)的應(yīng)力渦街流量傳感器(3)，所述超聲渦街流量傳感器(2)和應(yīng)力渦街流量傳感器(3)均連接到流量轉(zhuǎn)換器(4)；所述的流量轉(zhuǎn)換器 (4)是由切換單元(41)和測(cè)控計(jì)算單元(42)組成，超聲渦街流量傳感器(2)和應(yīng)力渦街流量傳感器(3)的輸出分別與切換單元(41)的輸入相連，超聲渦街流量傳感器(2)和應(yīng)力渦街流量傳感器(3)檢測(cè)的氣體流量信號(hào)經(jīng)切換單元(41)切換控制后輸入測(cè)控計(jì)算單元 (42)，測(cè)控計(jì)算單元(42)對(duì)接收的氣體流量信號(hào)進(jìn)行處理后輸出顯示；測(cè)控計(jì)算單元(42) 的輸出還與切換單元(41)的控制端連接形成閉環(huán)回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙渦街流量計(jì)，其特征在于，在測(cè)量管(1)的內(nèi)壁上還設(shè)有壓力傳感器(5)和溫度傳感器(6)，所述壓力傳感器(5)和溫度傳感器(6)的輸出均連接測(cè)控計(jì)算單元(42)的輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙渦街流量計(jì)，其特征在于，所述超聲渦街流量傳感器(2)和應(yīng)力渦街流量傳感器(3)的間距為0.纊1. ail。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙渦街流量計(jì)，其特征在于，所述超聲渦街流量傳感器(2)由第一旋渦發(fā)生體(21)、超聲發(fā)射換能器(22)和超聲接收換能器(23)組成，其中超聲發(fā)射換能器(22)和超聲接收換能器(23)相對(duì)的橫向設(shè)置于測(cè)量管(1)的兩側(cè)，第一旋渦發(fā)生體(21)豎向設(shè)置在測(cè)量管(1)內(nèi)并位于超聲發(fā)射換能器(22 )和超聲接收換能器(23 )之間；超聲接收換能器(23)的輸出連接流量轉(zhuǎn)換器(4)的輸入，超聲發(fā)射換能器(22)的輸入與流量轉(zhuǎn)換器(4)的輸出相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙渦街流量計(jì)，其特征在于，所述應(yīng)力渦街流量傳感器(3)由第二旋渦發(fā)生體(31)和應(yīng)力檢測(cè)元件(32)組成，所述應(yīng)力檢測(cè)元件(32)的輸出連接到流量轉(zhuǎn)換器(4)的輸入。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種雙渦街流量計(jì)，它包括設(shè)于測(cè)量管上游的超聲渦街流量傳感器和設(shè)于測(cè)量管下游的應(yīng)力渦街流量傳感器，超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器均連接到流量轉(zhuǎn)換器；流量轉(zhuǎn)換器由切換單元和測(cè)控計(jì)算單元組成，超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器的輸出分別與切換單元的輸入相連，超聲渦街流量傳感器和應(yīng)力渦街流量傳感器檢測(cè)的氣體流量信號(hào)經(jīng)切換單元切換控制后輸入測(cè)控計(jì)算單元，測(cè)控計(jì)算單元對(duì)接收的氣體流量信號(hào)進(jìn)行處理后輸出顯示；測(cè)控計(jì)算單元的輸出還與切換單元的控制端連接形成閉環(huán)回路。本實(shí)用新型采用了兩種不同的渦街流量傳感器，并通過(guò)流量轉(zhuǎn)換器進(jìn)行切換控制，實(shí)現(xiàn)了寬范圍的氣體流量檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01F1/32GK202057361SQ20112015733
公開(kāi)日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者全太鋒, 劉建華, 葉立勝, 孫申厚, 楊志勇 申請(qǐng)人:重慶梅安森科技股份有限公司