專利名稱：應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及船舶動力裝置的流量參數(shù)測量領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求較高，具體表現(xiàn)為以下4點:(I)由于船舶動力裝置的工況轉(zhuǎn)換頻繁、對過程參數(shù)運行的控制要求高，因此要求流量參數(shù)測量的精確度盡可能地高；(2)由于船舶動力裝置的工況變化幅度寬，在全工況范圍內(nèi)都需要對流量實現(xiàn)連續(xù)測量，因此要求測量量程盡可能地寬；(3)由于船舶動力裝置追求高功率密度，因此要求在測量流量參數(shù)時對系統(tǒng)的壓力損失盡可能地小；(4)由于船舶動力裝置所處空間狹小，系統(tǒng)管道布置緊湊，因此要求在流量參數(shù)的過測量程中，對直管道長度的要求盡可能地低。由于常規(guī)差壓式流量測量儀表具有測量技術(shù)成熟、標準化、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長等優(yōu)點，因此在工業(yè)領(lǐng)域的流量參數(shù)測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是常規(guī)差壓式流量測量儀表存在測量精度難以提高、量程比較小、對系統(tǒng)造成壓力損失較大、對節(jié)流裝置前后直管段長度要求較高等缺點，無法滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其具有高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的特點，能夠滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。本實用新型提供的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、溫度變送器和顯示器，還包括變面積孔板節(jié)流裝置和流量計算模塊，所述變面積孔板節(jié)流裝置通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置通過引壓管與差壓變送器相連，壓力變送器、溫度傳感器均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器與溫度變送器相連，流量計算模塊分別與差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、顯示器相連。在上述技術(shù)方案中，所述變面積孔板節(jié)流裝置包括孔板本體、支撐架、錐體、軸、彈簧、鎖定螺帽、調(diào)節(jié)螺帽，所述孔板本體被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，支撐架與孔板本體整體鑄造制成，軸沿錐體、支撐架的中心線貫穿整個錐體和支撐架、且兩端穿出，錐體和軸通過支撐架與孔板本體連接，軸穿出支撐架的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽，軸穿出錐體的一端設(shè)置有鎖定螺帽，軸上錐體與鎖定螺帽之間設(shè)置有彈簧。在上述技術(shù)方案中，所述孔板本體中部開有節(jié)流孔。在上述技術(shù)方案中，所述孔板本體開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。在上述技術(shù)方案中，所述錐體呈圓臺形。[0014]在上述技術(shù)方案中，所述彈簧采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成。在上述技術(shù)方案中，所述差壓變送器采用精度為0.075%的單量程羅斯蒙特差壓變送器。在上述技術(shù)方案中，所述差壓變送器采用精度為0.075%的雙量程羅斯蒙特差壓變送器。在上述技術(shù)方案中，所述顯示器采用數(shù)碼管。在上述技術(shù)方案中，所述流量計算模塊包括微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與微控制器相連，微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點如下:(I)本實用新型采用變面積孔板節(jié)流裝置、高精度差壓變送器和流量計算模塊，有針對性的解決了船舶動力裝置流量參數(shù)測量時面臨的高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的難題，能夠提高船舶動力裝置運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。(2)本實用新型應(yīng)用廣泛，除了用于船舶動力裝置的流量參數(shù)測量外，還能應(yīng)用于石化、電力、動力工程等其它工業(yè)領(lǐng)域的流量參數(shù)測量。

圖1為本實用新實施例中應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型實施例中變面積孔板節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型實施例中流量計算模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖中:1一變面積孔板節(jié)流裝置，2—壓力變送器，3—溫度傳感器，4一溫度變送器，5—顯不器，6一流量計算模塊，7—差壓變送器，Ia一孔板本體，Ib—支撐架，Ic—維體，Id一軸，Ie一彈簧，If一鎖定螺帽，Ig一調(diào)節(jié)螺帽。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步的詳細描述。參見圖1所示，本實用新型實施例提供一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括變面積孔板節(jié)流裝置1、壓力變送器2、溫度傳感器3、溫度變送器4、顯示器5、流量計算模塊6、差壓變送器7，變面積孔板節(jié)流裝置I通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，夾持法蘭的壓力等級滿足系統(tǒng)設(shè)計壓力要求。變面積孔板節(jié)流裝置I通過引壓管與差壓變送器7相連，壓力變送器2、溫度傳感器3均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器3與溫度變送器4相連，流量計算模塊6分別與差壓變送器7、壓力變送器2、溫度變送器4、顯示器5相連。差壓變送器7采用單量程羅斯蒙特高精度差壓變送器或大、小量程兩個量程的雙量程羅斯蒙特差壓變送器，實現(xiàn)差壓信號的高精度測量轉(zhuǎn)換，差壓變送器7的精度可達
0.075%。[0029]變面積孔板節(jié)流裝置I是一種特殊的差壓式流量節(jié)流裝置，壓力變送器2完成系統(tǒng)介質(zhì)壓力的測量，并將系統(tǒng)介質(zhì)壓力信號送至流量計算模塊6。溫度傳感器3和溫度變送器4完成系統(tǒng)介質(zhì)溫度的測量，并將系統(tǒng)介質(zhì)溫度信號送至流量計算模塊6。通過引壓管將變面積孔板節(jié)流裝置I產(chǎn)生的差壓信號無損失、不失真的傳輸至高精度的差壓變送器7，差壓變送器7將差壓信號轉(zhuǎn)換為4 20mA電流信號后輸出至流量計算模塊6。參見圖2所示,變面積孔板節(jié)流裝置I包括孔板本體la、支撐架lb、錐體lc、軸Id、彈簧le、鎖定螺帽If 、調(diào)節(jié)螺帽lg，孔板本體Ia被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，孔板本體Ia中部開有節(jié)流孔，被測介質(zhì)流經(jīng)孔板本體Ia中部的節(jié)流孔；孔板本體Ia為錐體Ic和軸Id提供支撐，孔板本體Ia開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。支撐架Ib與孔板本體Ia整體鑄造制成，錐體Ic呈圓臺形，軸Id沿錐體lc、支撐架Ib的中心線貫穿整個錐體Ic和支撐架lb、且兩端穿出，錐體Ic和軸Id通過支撐架Ib與孔板本體Ia連接,錐體Ic能夠在軸Id上沿軸向自由滑動，當介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流孔時，錐體Ic在介質(zhì)流動推力和彈簧Ie壓縮阻力的共同作用下沿軸向自由移動，從而使流體通過的圓環(huán)面積連續(xù)變化，流體流經(jīng)流通圓環(huán)后，在錐體Ic前、后產(chǎn)生壓差。 軸Id穿出支撐架Ib的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽lg，軸Id穿出錐體Ic的一端設(shè)置有鎖定螺帽If ，軸Id上錐體Ic與鎖定螺帽If 之間設(shè)置有彈簧le，彈簧Ie采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成，在450°C的溫度范圍內(nèi)其彈簧系數(shù)不會發(fā)生改變；當介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流孔時，介質(zhì)流動推力和彈簧Ie壓縮阻力的共同作用是錐體Ic平衡地停留在軸Id上某一位置，是流體通過的圓環(huán)面積連續(xù)變化。鎖定螺帽If能夠調(diào)整彈簧Ie的壓縮量，使參考距離處于設(shè)計規(guī)定的長度范圍內(nèi)。當通過鎖定螺帽If調(diào)整好參考距離后，擰緊調(diào)節(jié)螺帽Ig固定彈黃Ie0參見圖3所示，流量計算模塊6包括ARM7微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與ARM7微控制器相連，ARM7微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。本實用新型實施例的原理如下:本實用新型實施例采用變面積孔板節(jié)流裝置I作為敏感元件，由高精度差壓變送器7將變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號轉(zhuǎn)換為4 20mA電流信號，輸出至流量計算模塊6，流量計算模塊6完成溫度信號、壓力補償信號及差壓信號線性化補償，輸出流量信號，并由顯示器5顯示出來，顯示器5可以采用數(shù)碼管、液晶顯示屏等具有顯示功能的器件。變面積孔板節(jié)流裝置I的工作原理為彈簧負載變面積原理，流體流通面積為孔板本體Ia與錐體Ic共同構(gòu)成的一個環(huán)形截面面積，當流體流經(jīng)變面積孔板節(jié)流裝置I時，在流體推力和彈簧Ie壓縮力的共同作用下，錐體Ic在軸Id上移動，使流體的流通面積受錐體Ic形狀的影響而發(fā)生變化，達到平衡后在孔板本體Ia前后產(chǎn)生差壓信號。變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號與流量成線性關(guān)系，而常規(guī)差壓式節(jié)流裝置輸出差壓信號的開方與流量成線性關(guān)系。變面積孔板節(jié)流裝置I輸出差壓與流量成線性關(guān)系，極大地擴大了流量測量系統(tǒng)的量程范圍，最高流量測量量程比可以達到100:1。圓環(huán)形的流通截面減小了上游速度界面的影響，使變面積孔板節(jié)流裝置I所需要的直管段長度遠小于常規(guī)差壓式式節(jié)流裝置的直管段長度，在上游6倍管徑、下游3倍管徑的直管段長度條件下，即可保證流量測量具有極高的精確性和重復(fù)性。在流量計算模塊6內(nèi)運行溫度壓力補償軟件，根據(jù)系統(tǒng)介質(zhì)溫度、系統(tǒng)介質(zhì)壓力對流量值進行實時在線補償，有效提高了流量測量系統(tǒng)偏離設(shè)計工況時的流量測量精度。在流量測量系統(tǒng)安裝前，采用流量標準裝置對每一臺變面積孔板節(jié)流裝置I進行標定，根據(jù)標定結(jié)果，將變面積孔板節(jié)流裝置的差壓-流量關(guān)系進行分段線性化，計算出分段線性補償系數(shù)，將其存入流量計算模塊6。在實際測量中，流量計算模塊6根據(jù)實測流量值自動讀取分段線性補償系數(shù)對流量實測值進行補償，能進一步提高流量測量精度。流量計算模塊6能將采集的差壓信號、溫度信號、壓力信號和流量在顯示器5上進行顯示，并通過模擬量信號或CAN總線方式輸出給船舶動力裝置的其它控制、顯示和存儲設(shè)備進行流量參數(shù)控制、顯示和存儲。流量計算模塊6內(nèi)置的溫壓補償軟件具有溫度壓力補償功能，通過采集系統(tǒng)運行壓力和溫度，在船舶動力裝置工況變換是能夠?qū)崿F(xiàn)流量測量的溫度壓力實時在線補償，有效提高了流量測量精度。流量計算模塊6內(nèi)置數(shù)據(jù)處理軟件具有差壓-流量線性化補償功能，經(jīng)過校準的差壓-流量關(guān)系輸入流量計算模塊6，流量計算模塊6對變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號進行分段線性化補償，實現(xiàn)了變面積孔板節(jié)流裝置I流量系數(shù)的變參數(shù)補償，有效提高了流量測量精度。流量計算模塊6的電路設(shè)計采用基于ARM7微控制器的大規(guī)模集成電路，模擬量輸入選用線性光隔和16位A/D芯片，通過SPI總線與微控制器通訊，實現(xiàn)輸入的差壓、溫度、壓力等信號的高精度隔離采集；模擬量輸出選用磁隔離芯片和16位D/A芯片，通過SPI總線由微控制器進行驅(qū)動，實現(xiàn)流量信號的高精度隔離輸出。微控制器通過I2C或SPI總線與外圍的鐵電存儲器進行通訊，在鐵電存儲器里存儲校準系數(shù)、日期等參數(shù)。電源監(jiān)控復(fù)位模塊是對微控制器供電進行監(jiān)控和手動復(fù)位。LED狀態(tài)指示電路實現(xiàn)LED狀態(tài)燈定期閃爍，表明微控制器工作狀態(tài)正常。電源電路是將直流5V轉(zhuǎn)換成直流3.3V和直流1.8V,為微控制器提供穩(wěn)定的工作電壓。為適應(yīng)船用環(huán)境條件下動力裝置對流量參數(shù)測量和控制的需求，流量計算模塊6還具有流量信號本機數(shù)碼管顯示、CAN總線通訊輸出、模擬量信號輸出、在線隔離調(diào)試調(diào)試等功能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括差壓變送器(7)、壓力變送器(2)、溫度傳感器(3)、溫度變送器(4)和顯示器(5)，其特征在于:還包括變面積孔板節(jié)流裝置(I)和流量計算模塊(6)，所述變面積孔板節(jié)流裝置(I)通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置(I)通過引壓管與差壓變送器(7)相連，壓力變送器(2)、溫度傳感器(3)均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器(3)與溫度變送器(4)相連，流量計算模塊(6)分別與差壓變送器(7)、壓力變送器(2)、溫度變送器(4)、顯示器(5)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述變面積孔板節(jié)流裝置(I)包括孔板本體(la)、支撐架(lb)、錐體(lc)、軸(Id)、彈簧(le)、鎖定螺帽(If)、調(diào)節(jié)螺帽(lg)，所述孔板本體(Ia)被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，支撐架(Ib)與孔板本體(Ia)整體鑄造制成，軸(Id)沿錐體(lc)、支撐架(Ib)的中心線貫穿整個錐體(Ic)和支撐架(lb)、且兩端穿出，錐體(Ic)和軸(Id)通過支撐架(Ib)與孔板本體(Ia)連接，軸(Id)穿出支撐架(Ib)的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽(lg)，軸(Id)穿出錐體(Ic)的一端設(shè)置有鎖定螺帽(lf)，軸(Id)上錐體(Ic)與鎖定螺帽(If)之間設(shè)置有彈簧(le)。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述孔板本體(Ia)中部開有節(jié)流孔。
4.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述孔板本體(Ia)開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。
5.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述錐體(Ic)呈圓臺形。
6.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述彈簧(Ie)采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述差壓變送器(7)采用精度為0.075%的單量程羅斯蒙特差壓變送器。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述差壓變送器(7)采用精度為0.075%的雙量程羅斯蒙特差壓變送器。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示器(5)采用數(shù)碼管。
10.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述流量計算模塊(6)包括微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與微控制器相連，微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。
專利摘要本實用新型公開了一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，涉及船舶動力裝置的流量參數(shù)測量領(lǐng)域，該流量測量系統(tǒng)包括差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、溫度變送器和顯示器，還包括變面積孔板節(jié)流裝置和流量計算模塊，所述變面積孔板節(jié)流裝置通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置通過引壓管與差壓變送器相連，壓力變送器、溫度傳感器均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器與溫度變送器相連，流量計算模塊分別與差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、顯示器相連。本實用新型具有高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的特點，能夠滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。
文檔編號G01F1/36GK202947765SQ201220600628
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者鄧天勇, 李輝, 熊鳳銀, 孫建華, 姚涌濤 申請人:中國船舶重工集團公司第七一九研究所