管道氣流的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置的製作方法
2023-11-10 12:54:57 2
專利名稱：管道氣流的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量方法及其設備，尤其是涉及一種管道氣流的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置。
背景技術：
在管道內流動的煤氣、天然氣等氣體由於生產工藝的原因經常會帶有數量不等的雜質。即便剛進入管道時是高純度的清潔氣體，也可能因為管道本身自帶的雜質，而使氣體汙染，從而使氣體帶有雜質。管道內的雜質很大的可能是由於管道生產時產生的，因而要消除雜質的技術難度非常高，在現實中實現氣體極度純淨不帶雜質是非常困難的。
管道內氣體流量測量元件本身非常靈敏、精確，氣流中雜質的存在會影響測量元件的測量精度。用某些氣體流量測量方法時，比如羅茨(腰輪)流量計，熱式氣體質量流量計，氣流中的雜質甚至會損壞儀表。更為重要的一方面是用以測量氣體流量的測量元件是直接暴露在氣體中的，不純淨的氣體中的雜質對測量元件有損傷，影響使用壽命，在氣體高速流動時，有時會損壞測量元件。特別是類似於基於MEMS技術的測量元件(MEMS是指微機電系統技術)，其本身的高精密性和敏感性決定了其對工作環境要求的嚴格性。這就在很大程度上限制了這種具有高性能的測量元件的應用範圍，即使通過及時更換測量元件可以保證測量的精度，其使用維護成本會非常高昂也是可想而知的。
另一方面，測量元件的安裝位置是在管道內，更換測量元件非常的不方便。一般在製作整個的測量裝置時，沒有將測量元件設計成可更換式的，因為測量元件的更換一般都是生產廠家才能進行，使用者需要更換其中的測量元件是非常困難、不易實現的。因此，在設備損壞時，給使用者帶來非常大的不便。如一種國內專利號為89104403.5的測量流體流量的裝置，它的特徵是一種流體流量的測量裝置，它包括一個使被測流體流過的管子，在管內選定的位置片改變溫度的裝置，以及在選定位置的上遊和下遊位置測量溫度的探測器，以及由測得的溫度值來確定流體流率的裝置。管子被固著於或者嵌入一傳熱材料層中，該材料適於將熱量沿著基本上垂直於管子的方向從一部分傳到另一部分，或者傳到與管子隔開的一個導熱體。
為此，人們進行了長期的探索，提出了多種多樣的實施方案。目前的技術中，很多是用於測量微流量的流量測量裝置，如一種國內專利號為200510051726.9的流量傳感器及流量測量裝置，它的技術特徵是一種流量傳感器，通過防止外部環境溫度條件對測量精度的不良影響，提高測量精度，使得即使是粘度較高的粘性流體或微小流量，也可正確測定在配管內流動的流體的流量，而且易於組裝；該流量傳感器具有在基板上形成發熱體和感溫體的流量測量部、在與被測量流體之間導熱的翅片、輸出與流量相應的電壓值的輸出端子，由模塑覆蓋上述翅片的一部分和上述輸出端子的一部分。這種技術難以在大流量的管道內測量氣體的流量。
目前技術中，測量氣體流量的方法還可以為超聲波測量。如一種國內申請號為200410071282.0的超聲波氣流計和測量內燃發動機廢氣流量的裝置以及獲取氣體流量的方法，其內容為一種超聲波氣流計，包括一個帶有發送接收聲波變換器的、氣體流經的測量管道，以及一個發送、接收和評估電子器件，為了設計出具有改善的性能，特別是溫度穩定性和簡化以及考慮溫度特性的傳感器，聲波傳感器被設計為電容性電聲超聲波傳感器，並且設置了用於比較調節氣體溫度特性以及用於將溫度特性對氣流測量的影響最小化的設備，獲取氣體流量的方法，其中以高時間解析度由兩個傳輸時間獲取平均流速和由此得出的流經氣體量，應該實現使氣體的體積流量及質量流量更精確可靠的計算，特別在高動態流動中，因此在確定傳輸時間以後計算流量的估計值並至少藉助於氣體的一個特徵溫度和管道壁溫度對其進行修正。但是使用超聲波測量的方法的成本非常大，所以使用的地方很狹隘。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的管道內的雜質易影響和損壞測量氣流量的傳感元件，更換測量裝置會帶來使用和維護成本高昂等的技術問題；提供了一種設計合理，結構簡單，氣流的採集和測量方式獨特，能夠有效消除雜質影響，延長檢測裝置使用壽命，降低使用成本的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置。
本發明還有一目的是解決現有技術所存在的在氣體流量測量傳感元件異常時維修不方便，日常維護難度大等技術問題；提供了一種將關鍵部件放置於管道外部旁路管道中，便於日常維護、保養和更換的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的設置於輸氣管道上的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，它包括至少一根呈線狀的採樣管，在採樣管上開有若干個依次排列且朝向一致的採樣口，採樣管的一端置於管道內，另一端引出至管道外並與一根引流管相連通，所述引流管的另一端與上述管道的下遊相貫通，在引流管內設有用於測量氣體流量的流量測量裝置；採樣口的朝向與氣流的流動方向相反，且至少有一根採樣管是經過管道的中心，與管道的一條直徑重合。
本發明創造性地在管道內對氣流進行採集，並將採集到的氣流引出至管道外。在氣流的採集和外引過程中，雜質被及時地排除，這樣經過測量裝置的氣流是相對較為清潔的。這樣就可以有效地防止管道內氣流中的雜質直接衝擊到流量檢測裝置。有效消除雜質對流量測量裝置的影響，並且提高流量檢測裝置的測量精度。此外，為了能夠使採集到的氣流真實地反映管道內氣流的狀況，本發明採用了線狀採集的方式，一般來說至少有一個採樣口是位於管道的中心，即線狀分布的採樣口連線與管道的直徑是重合的。因此，通過管道內不同部位的氣流採樣和混合，能夠保證外引的被測氣流真實地反映管道的氣流狀況，引流管內氣體流速和管道內流速單值相關。氣流在引流管內用幾乎零壓損的流量檢測裝置測量後，又會回到管道的下遊內，這就與現有的技術有明顯的差別。
作為優選，所述的管道內設有若干根並聯設置且相互平行的採樣管，各採樣管的後端部匯聚至引流管。如果採用一根並不能全面地反映管道內的氣流狀況，為此設置了多根採樣管。一般來說設置的採樣管數量越多，越能反映真實的氣流狀況；但是設置過多的採樣管也會影響管道的正常工作。
作為優選，所述採樣管的前端部頂在上述管道的內壁；這時，採樣管頂部與氣體是不連通的，氣體不會從採樣管頂部流入；而被迫進入引流管內。
作為另一種方案，所述的採樣管懸設在上述管道內。
作為優選，所述的採樣管的前端部呈封閉狀；前端封閉是為了使氣體易於流入採樣管。
作為優選，所述的採樣管的前端部設有開口，且所述的開口朝向與氣流的流動方向相反。
作為優選，所述的採樣口呈圓形；所有採樣孔的面積總和與引流管截面積的比值為1∶0～10∶0。
作為優選，所述採樣管上的各個採樣口均勻分布。
作為優選，所述採樣管上的各個採樣口呈封閉端密集、引流管連通處稀疏的分布；這樣分布可以減小氣流進入採樣管的阻力，使各個採樣點的氣流能較平均的進入管道。
上述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置是通過下述管道氣流的外引式線狀採樣測量方法實現的，其特徵在於，包括如下測量過程用採樣管採集管道截面上進入至少一條呈線狀離散分布的多個採樣口的氣流，將採集到的氣流匯合併引出至管道外的引流管內，氣體通過引流管將氣流送回管道的下遊，流量檢測裝置安裝於引流管內，通過檢測引流管內的氣流量計算出管道內的氣流量。
因此，本發明具有如下優點通過旁路測量，避免了管道內的雜質對敏感的測量元件的直接衝擊；測量元件安裝在管道外，方便更換測量元件；設計合理，結構簡單，氣流的採集和測量方式獨特，能夠有效消除雜質影響，延長檢測裝置使用壽命，降低使用成本；將關鍵部件放置於管道外部旁路管道中，極大地方便了日常維護和保養，並將損壞部分及時更換。本發明可以測量大口徑管道氣流量，突破以往流量計的測量範圍的局限；相對於超聲波測量裝置，製造和使用成本低廉。
附圖1是本發明的一種主視結構示意圖；附圖2是本發明的一種側視結構示意圖；附圖3是本發明實施例2的結構示意圖；附圖4是本發明實施例3的結構示意圖。
圖中，管道1、採樣管2、採樣孔3、流量測量裝置4、引流管5。
具體實施例方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例1如圖1、圖2所示，管道1中流動的為高速、不純淨的氣體，氣體可以單質或混合氣體，其中攙雜各種雜質，雜質的粒度不足以堵塞管道，在管道的一側開有一圓孔，採樣管2通過圓孔深入到管道內，採樣管道上排布有採樣孔3，採樣孔3在採樣管上的排布可以是均勻的，也可以是非均勻的排列；在採樣管的外部連接有引流管5，引流管的直徑比採樣管小，便於引入氣體；引流管一端接採樣管，一端接管道1的側壁，氣體流經引流管後，流入管道內；在引流管上安裝有流量測量裝置4，測量氣體的流量。
如圖1所示，採樣管2的端部接觸到管道的內壁，並且與管道內壁形成一個封閉的整體。
使用時，氣體流動方向與採樣孔的開口方向相反，氣體進入採樣孔後順著採樣管向引流管流動，在此過程中，氣體中的雜質得到了過濾，氣體在引流管流動時，與測量部件相接觸，氣體通過引流管後，流回到管道中。
測量元件處的氣體環境與管道內基本相似(流速、壓力、溫度等參數)，因此測量出的數值與管道內的數值是非常接近的。
實施例2如圖3所示，採樣管2的端部不接觸到管道的內壁，採樣管2的端部封閉，與管道內的氣流隔絕。其餘均與實施例1相同，本文不做贅述。
使用時，封閉的管道能使氣流受到較小的阻力即能順著採樣管流入引流管，從而使管道和引流管中的氣體的各項參數均較接近。
實施例3如圖4所示，採樣管2的端部不接觸到管道的內壁，採樣管2的端部開有一口，開口的方向與管道內的氣流方向相反。其餘均與實施例2相同，本文不做贅述。
使用時，氣流也能從採樣管下部的開口進入，下部的開口相當於採樣孔的作用。
實施例4採樣管上的採樣孔的分布為均勻分布，各個孔之間的距離相同，其餘均與實施例1相同，本文不做贅述。
實施例5採樣管上的採樣孔分布為，在採樣管封閉端分布較密集、與引流管連通處的採樣管部分分布較稀疏。其餘均與實施例1相同，本文不做贅述。
使用時，氣體受到採用孔排布的影象，各個孔的進氣量和進氣速度將有所不同，從而對測量結果有一定的修正。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
儘管本文較多地使用了管道1、採樣管2、採樣孔3、流量測量裝置4、引流管5等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，設置於輸氣管道(1)上，其特徵在於，它包括至少一根呈線狀的採樣管(2)，在採樣管(2)上開有若干個依次排列且朝向一致的採樣口(3)，採樣管(2)的一端置於管道(1)內，另一端引出至管道(1)外並與一根引流管(5)相連通，所述引流管(5)的另一端與上述管道(1)的下遊相貫通，在引流管(5)內設有用於檢測氣體流量的壓損接近零的流量檢測裝置(4)。
2.根據權利要求1所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述的管道(1)內設有若干根並聯設置且相互平行的採樣管(2)，各採樣管(2)的後端部匯聚至引流管(5)。
3.根據權利要求2所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述採樣管(2)的前端部頂在上述管道(1)的內壁。
4.根據權利要求2所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述的採樣管(2)懸設在上述管道(1)內。
5.根據權利要求3所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述的採樣管(2)的前端部呈封閉狀。
6.根據權利要求3所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述的採樣管(2)的前端部設有開口，且所述的開口朝向與氣流的流動方向相反。
7.根據權利要求1～6中任意一項所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述的採樣口(3)呈圓形、橢圓形或其他形狀；所有採樣孔的面積總和與引流管(5)截面積的比值為1∶0～10∶0。
8.根據權利要求7所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述採樣管(2)上的各個採樣口(3)均勻分布。
9.根據權利要求7所述的管道氣流的外引式線狀採樣測量裝置，其特徵在於，所述採樣管(2)上的各個採樣口(3)呈封閉端密集、引流管連通處稀疏的分布。
10.一種管道氣流的外引式線狀採樣測量方法，其特徵在於，包括如下測量過程用採樣管(2)採集管道(1)截面上進入至少一條呈線狀離散分布的多個採樣口(3)的氣流，將採集到的氣流匯合併引出至管道(1)外的引流管(5)內，氣體通過引流管(5)將氣流送回管道(1)的下遊，流量檢測裝置(4)安裝於引流管(5)內，通過檢測引流管(5)內的氣流量計算出管道(1)內的氣流量。
全文摘要
本發明涉及一種測量方法及其設備，尤其是涉及一種管道氣流的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置。本發明主要是解決現有技術所存在的管道內的雜質易影響和損壞測量氣流量的傳感元件，更換測量裝置會帶來使用和維護成本高昂等的技術問題；提供了一種設計合理，結構簡單，氣流的採集和測量方式獨特，能夠有效消除雜質影響，延長檢測裝置使用壽命，降低使用成本的外引式線狀採樣的測量方法及其裝置。本發明的技術方案為在管道內對氣流進行採集，並將採集到的氣流引出至管道外，在採集和外引過程中，雜質被及時地排除，採用線狀採集的方式，一般來說至少有一個採樣口是位於管道的中心，即線狀分布的採樣口連線與管道的直徑是重合的。
文檔編號F17D3/18GK1920372SQ20061005299
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月17日 優先權日2006年8月17日
發明者毛巨林 申請人:浙江麥姆龍儀表有限公司