專利名稱：一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓縮空氣系統(tǒng)流量測量領(lǐng)域，涉及一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)。
背景技術(shù)：
氣體作為一種能源存在的形態(tài)或能量的載體，在工業(yè)中的應(yīng)用愈來愈廣，而在壓縮機(jī)系統(tǒng)領(lǐng)域中，氣體流量是系統(tǒng)中的重要參數(shù)，其測量是關(guān)鍵技術(shù)，氣體流量計(jì)在許多工業(yè)生產(chǎn)場合使用廣泛。市面上用于氣體流量測量的流量計(jì)，絕大多數(shù)都是介入式設(shè)備，比如熱式流量 計(jì)、差壓式流量計(jì)、靶式流量計(jì)等，需串聯(lián)接入管道，不僅操作復(fù)雜，安裝時(shí)影響工業(yè)生產(chǎn)，而且有干擾流動(dòng)，存在壓力損失及污損探頭等問題。非介入測量技術(shù)可以不拆卸原有管路進(jìn)行流量測量避免以上缺點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn)。但目前已有的設(shè)備，如超聲波式，價(jià)格昂貴且可靠性極差，實(shí)用性遠(yuǎn)不能達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場要求。因此氣體的非介入式測量技術(shù)難度較大，目前尚無成熟的技術(shù)和產(chǎn)品。該技術(shù)的研發(fā)對(duì)于工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)節(jié)能，具有重大意義。本發(fā)明提出一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)，使用時(shí)，直接在管外捆綁式安裝，裝配拆卸方便，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)無任何干擾。另外，該發(fā)明所提及的變溫度場測量方式，可有效的抑制外界環(huán)境的溫度干擾，配合高效的自適應(yīng)脈沖加熱器及隔熱罩，使得測量耗時(shí)少，測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，符合工業(yè)現(xiàn)場對(duì)管道氣體流量的測量要求。另外由于其硬件成本低，可大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，并實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)檢測，有助于工業(yè)生產(chǎn)的監(jiān)控，達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)、節(jié)能減排的目的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的提供一種應(yīng)用于工業(yè)氣體管道流量測量，安裝方便、操作簡單、測量可靠，低成本的氣體流量測量裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案利用管道周期變化溫度場的特性測量氣體流量的方法，其測量原理如下a) 根據(jù)需要流量測量的管道，選擇合適的測量點(diǎn)，并對(duì)管道表面進(jìn)行簡單的清潔處理。將儀器的加熱面緊貼在被測面上，并用配套的捆綁帶固定。儀器上電，根據(jù)被測管道的直徑，設(shè)定加熱脈沖的周期T，為使管道內(nèi)壁充分加，加熱脈沖的周期不能太短，該周期的數(shù)值由下式得到T二
λ其中，k是增益系數(shù)，C是管道材料的比熱容，P是管道材料的密度，λ是管道材料的熱導(dǎo)率，d是管道的公稱直徑。儀器根據(jù)輸入的管道直徑數(shù)據(jù)，自動(dòng)搜索數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的工業(yè)管道標(biāo)準(zhǔn)資料，找到對(duì)應(yīng)的管道材料的比熱容、密度及熱導(dǎo)率。增益系數(shù)由控制器自動(dòng)給出參考值，該值決定了測量耗時(shí)及測量的準(zhǔn)確度，值越小，測量越快，準(zhǔn)確度較低，反之亦然。用戶可根據(jù)該參考值自行設(shè)定。b) 測量時(shí)，由處理機(jī)(6)發(fā)送加熱電信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路(4)，驅(qū)動(dòng)熱流閥(14)為加熱工位、加熱器(11)工作、水冷式制冷器(13)卸載，熱量從加熱器(11)傳導(dǎo)至管道外壁(I)，管道被加熱；然后，處理機(jī)(6)發(fā)送制冷電信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路(4)，切換熱流閥(14)為制冷工位、加熱器(11)卸載、水冷式制冷器(13)工作，熱量從管道外壁(I)傳導(dǎo)至加熱器
(11)，管道被冷卻。這樣，重復(fù)上述操作實(shí)現(xiàn)了沿管道軸向方向傳播的連續(xù)熱脈沖(即周期變化溫度場)的產(chǎn)生。c) 位于自適應(yīng)脈沖加熱器(2)上游一點(diǎn)的溫度傳感器⑶測量溫度，并將測量數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器(7)，傳送給處理機(jī)(6)?；谝陨蠝y量值，選擇其中一段溫度信號(hào)曲線作為有效段，包含三個(gè)溫度變化周期，通過對(duì)有效段曲線做線性擬合可以得到反映溫度場特征的溫度趨勢(17)，計(jì)算相對(duì)動(dòng)態(tài)均值f，
Ji —/ = ，其中 A=Ab+nAa (2)
A)其中A為動(dòng)態(tài)均值，A0為氣體流量為O時(shí)的基準(zhǔn)值。Ab為溫度趨勢基準(zhǔn)值(18)，Aa為溫度趨勢增加值(19)，根據(jù)流量與f的關(guān)系，Q= β · f(3)進(jìn)而解算被測對(duì)象的流量Q，其中β為流量修正系數(shù)，該系數(shù)修正由于選擇不同溫度信號(hào)測量段所帶來的偏差。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場氣體流量測量問題，提出了一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)，其作為一種管外測量手段，與傳統(tǒng)測量手段最大的不同在于流量計(jì)無需接入管道中，避免現(xiàn)今串聯(lián)式儀表由于與流體直接接觸而帶來的所有問題；充分利用溫度場的周期性變化，抑制環(huán)境溫度的干擾，并且根據(jù)該溫度場特征在較短的時(shí)間內(nèi)解算出對(duì)應(yīng)的流量數(shù)據(jù)；操作方便，硬件成本低，安裝拆卸便捷。

圖I是本發(fā)明流量儀器的結(jié)構(gòu)簡圖。I 一被測管道； 2—自適應(yīng)脈沖加熱器；3—隔熱罩；4一驅(qū)動(dòng)電路； 5 —顯不面板； 6 —處理機(jī)；7— A/D轉(zhuǎn)換器； 8—溫度傳感器；圖2是本發(fā)明中提及的自適應(yīng)脈沖加熱器結(jié)構(gòu)簡圖9一被測管道外壁；10 —內(nèi)導(dǎo)熱硅脂； 11一加熱器；12—柔性機(jī)構(gòu)； 13 —水冷式制冷器； 14一熱流閥；15—外導(dǎo)熱硅脂；圖3是本發(fā)明中提及的溫度信號(hào)(三個(gè)周期)參數(shù)說明簡圖16一實(shí)際測量溫度一時(shí)間/[目號(hào)；17 —溫度擬合趨勢；[0031]18—溫度趨勢基準(zhǔn)值；19 一溫度趨勢增加值；
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。I.自適應(yīng)脈沖加熱器(2)，其特征在于主要由熱流閥(14)、加熱器(11)以及水冷式制冷器(13)構(gòu)成。熱流閥(14)主要是由帕爾貼半導(dǎo)體元件組成，加熱器(11)為陶瓷加熱器組件、水冷式制冷器(4)的制冷水管穿插在內(nèi)導(dǎo)熱硅脂(10 )中。該自適應(yīng)脈沖加熱器可按要求產(chǎn)生周期性變化的熱信號(hào)。為加強(qiáng)貼合度，作為加熱面的熱流閥(14)下端，有外導(dǎo)熱硅脂(15)作為涂層。2.溫度傳感器(8)，其特征在于由鉬熱電阻組成，并且安裝在自適應(yīng)脈沖加熱器(2)的上游端，該處的相對(duì)動(dòng)態(tài)均·值與流量成正比關(guān)系。3.控制器，其特征在于控制器由驅(qū)動(dòng)電路(4)、處理機(jī)(6)、顯示面板(5)以及A/D轉(zhuǎn)換器(7)構(gòu)成。儀器電源接通后，輸入被測管道直徑，設(shè)定加熱周期(儀器提供預(yù)設(shè)值)，隨后開始測量，處理機(jī)
(6)發(fā)送電信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路(4)，驅(qū)動(dòng)熱流閥(14)、加熱器(11)、水冷式制冷器(13)工作，產(chǎn)生周期性變化的熱信號(hào)，隨后溫度傳感器(8)測量管壁外側(cè)，由氣流影響后的溫度場，并將測量數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換器(7)，傳送給處理機(jī)￠)，最后解算流量，并在顯示面板(5)上顯示測量過程與計(jì)算結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)，其特征在于該測量裝置捆綁安裝在管道外壁，其主要由自適應(yīng)脈沖加熱器(2)，溫度傳感器(8)，控制器組成；溫度傳感器(8)安裝在自適應(yīng)脈沖加熱器(2)的上游段，測量管道外壁處溫度場，處理機(jī)￠)對(duì)所測溫度隨時(shí)間變化的曲線拾取溫度特征，解算氣體流量；自適應(yīng)脈沖加熱器(2)主要由加熱器(11)、柔性機(jī)構(gòu)(12)、水冷式制冷器(13)和熱流閥(14)組成，其附著在管道外壁。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)，其特征在于自適應(yīng)脈沖加熱器(2)中的加熱器(11)，通過柔性機(jī)構(gòu)(12)，連接以熱流閥(14)與管道外壁貼附；柔性機(jī)構(gòu)(12)根據(jù)不同管徑的管道外形，自動(dòng)調(diào)節(jié)自適應(yīng)脈沖加熱器的貼合面，即加熱面的弧度，使熱流閥(14)緊密貼附在管道外壁上，保證了充分的傳熱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)，其特征在于自適應(yīng)脈沖加熱器(2)產(chǎn)生周期變化的溫度場是由處理機(jī)(6)發(fā)送加熱電信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路(4)，驅(qū)動(dòng)熱流閥(14)至加熱工位、水冷式制冷器(13)卸載、同時(shí)線陣列式的加熱器(11)以管道的軸向?yàn)閭鳠岱较驅(qū)艿兰訜?；然后，處理機(jī)(6)發(fā)送制冷電信號(hào)給·驅(qū)動(dòng)電路(4)，切換熱流閥(14)至制冷工位、同時(shí)加熱器(11)卸載、水冷式制冷器(13)對(duì)管道進(jìn)行冷卻，此為一個(gè)循環(huán)，重復(fù)上述操作即產(chǎn)生了按周期變化的溫度場。
專利摘要本實(shí)用新型屬于壓縮空氣系統(tǒng)流量測量領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了一種可抗環(huán)境溫度干擾的管外捆綁式熱脈沖氣體流量計(jì)。發(fā)明內(nèi)容主要涉及一種利用在管道外部產(chǎn)生按周期變化溫度場，根據(jù)該溫度場受到氣流傳熱影響后的變化量與氣體流量的關(guān)系，從而測量出管道中氣體流量的方法和對(duì)應(yīng)裝置。本實(shí)用新型通過安裝在氣體管道外壁的自適應(yīng)脈沖加熱器，產(chǎn)生按周期變化的溫度場，該熱信號(hào)沿管道軸向傳播并主要受到管內(nèi)氣體流動(dòng)的散熱作用影響，根據(jù)加熱器上游的管道外壁測量點(diǎn)的溫度趨勢，計(jì)算相對(duì)動(dòng)態(tài)均值，由于相對(duì)動(dòng)態(tài)均值與流量成正比，可測得流量。本實(shí)用新型為管外捆綁式安裝方式，裝配拆卸方便，采用變溫度場測量方式，可有效的抑制外界環(huán)境的溫度干擾，測量耗時(shí)少，準(zhǔn)確可靠。
文檔編號(hào)G01F1/86GK202693053SQ201220004580
公開日2013年1月23日 申請日期2012年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月7日
發(fā)明者范子川 申請人:蔡茂林