一種雙渦街流量計的製作方法

2023-06-11 12:30:56

專利名稱：一種雙渦街流量計的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於測量煤礦瓦斯氣體流量的寬量程流量計，屬於電子技術領域。
背景技術：
瓦斯是煤礦井下作業人員的主要危害因素，其具有溼度大、含有粉塵、有腐蝕性、 氣壓低、氣體流量不均衡、流量變化範圍特別大等特點，目前對瓦斯的處理方式是將其抽出後通過管道輸送至天然氣公司，以作為民用天燃氣的原料。但是由於在用氣尖峰時段和低谷時段，瓦斯氣體的流量相差很大，可達到數十甚至上百倍，因此瓦斯流量計要求必須具有較寬的測量範圍，並且要求靈敏度高、壓力損失較小。現有的瓦斯流量計較多的採用渦街流量計，但是目前的渦街流量計存在檢測範圍較窄的問題，如尾錐流量計，這種流量計在管道內空氣流速較大時，檢測得到數據還相對較為準確，但是當處於低流速階段時，則存在檢測不到數據或檢測靈敏度明顯降低的情況，而且檢測的數據很不穩定、誤差也很大，因此它只能檢測流速大於7m/s時的流量。

實用新型內容針對現有技術中的上述不足，本實用新型的主要目的在於解決目前瓦斯流量計檢測範圍較窄的問題，而提供一種具有較寬檢測量程的雙渦街流量計。本實用新型的技術方案一種雙渦街流量計，包括測量管，在測量管的兩端分別設有法蘭，其特徵在於，包括設於測量管上遊用於檢測低流速氣體信號的超聲渦街流量傳感器和設於測量管下遊用於檢測高流速氣體信號的應力渦街流量傳感器，所述超聲渦街流量傳感器和應力渦街流量傳感器均連接到流量轉換器；所述的流量轉換器是由切換單元和測控計算單元組成，超聲渦街流量傳感器和應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力渦街流量傳感器檢測的氣體流量信號經切換單元切換控制後輸入測控計算單元，測控計算單元對接收的氣體流量信號進行處理後輸出顯示；測控計算單元的輸出還與切換單元的控制端連接形成閉環迴路。本實用新型採用了兩種測量原理、流量特性不同的渦街流量傳感器，在測量管的上遊設置低流速特性好的超聲渦街流量傳感器，在測量管下遊設置高流速特性好的應力渦街流量傳感器，並通過流量轉換器進行切換控制，實現了寬範圍的氣體流量測量。本實用新型中，超聲渦街流量傳感器的主要功能是完成低流速區域的流量檢測， 其測量範圍為0. 3m/s 7m/s ；應力渦街流量傳感器的主要功能是完成中、高區域的流量檢測，其測量範圍為5m/s 45m/s。工作時，兩種不同的流量傳感器均輸出信號到流量轉換器，流量轉換器中的測控計算單元對傳感器的信號進行採集放大、濾波、整形、計算並顯示流量測量值。當實際流量處於兩種流量傳感器的重疊區域時，測控計算單元根據傳感器測得的流量信號的不同和變化，自動判斷並發出指令控制流量轉換器，確定哪一臺渦街流量傳感器投入運行。從而保證兩種流量傳感器工作在所設定的最佳流量範圍內。這樣本實用新型的流量計就可完成測量範圍為0. 3m/s 45m/s的寬範圍流量測量，流量計的量程比可達到150 :1ο進一步的技術方案，在測量管的內壁上還設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控計算單元的輸入。通過測量氣體的工作壓力和溫度，能夠對壓力和溫度進行補償運算，提高流量測量的精確度。進一步的技術方案，所述超聲渦街流量傳感器和應力渦街流量傳感器的間距為 0. 9^1. ail。通過在兩種流量傳感器之間設置一定的間隔，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幹擾。再進一步的技術方案，所述超聲渦街流量傳感器由第一旋渦發生體、超聲發射換能器和超聲接收換能器組成，其中超聲發射換能器和超聲接收換能器相對的橫向設置於測量管的兩側，第一旋渦發生體豎向設置在測量管內並位於超聲發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換器的輸入，超聲發射換能器的輸入與流量轉換器的輸出相連。所述應力渦街流量傳感器由第二旋渦發生體和應力檢測元件組成，所述應力檢測元件的輸出連接到流量轉換器的輸入。本實用新型的流量計在測量氣體流量時，是按照如下方法進行的將超聲渦街流量傳感器測量的流量以Ql表示，應力渦街流量傳感器測量的流量以Q2表示，兩種渦街流量傳感器測量的總流量以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， Hz； f2 -應力渦街流量傳感器輸出的頻率信號，Hz; K1-超聲渦街流量傳感器的儀表係數，L—1 ； K2_應力渦街流量傳感器的儀表係數，L—1。相對於現有技術，本實用新型具有以下有益效果1、具有超寬的流量檢測量程本實用新型把兩種不同檢測方式的渦街流量傳感器組合為一體，形成了具有更寬檢測量程的流量計；其中，選用低速特性好、測量靈敏變高的超聲渦街流量傳感器來測量低流速範圍的流量，其測量範圍能夠覆蓋0. 3m/s 7m/s，還選用了中、高流速特性好、輸出穩定的應力渦街流量傳感器來測量中、高流速階段的流量， 其測量範圍能夠覆蓋5m/s 45m/s，並通過設置轉換器來使兩種傳感器相互配合，實現控制信號的切換，從而達到了寬量程範圍的流量檢測，本實用新型的流量計量程比可以達到 150:1。2、提高了檢測精度本實用新型把兩種流量傳感器設置在同一測量管內，同時在測量管內還設置了壓力傳感器和溫度傳感器，用四種傳感器構成了一體化的多參數測量的智能流量計，獲取的數據更加豐富、全面；同時在流量計的轉換器內還設置了流量測控/切換單元(轉換器)，由測控/切換單元來控制兩種流量傳感器的工作，可以實現從低流速小流量到高流速大流量的全量程檢測，而且由於超聲渦街流量傳感器的上限流速為7m/s，而應力渦街流量傳感器的下限流速為5m/s，因此兩者的測量範圍部分重疊，這樣可以保證在切換過程中，兩種流量傳感器的流量特性的平滑過程和測量的精度。3、穩定性好本實用新型中，將超聲波渦街流量傳感器設於測量管的上遊，將應力渦街流量傳感器設於測量管的下遊，並且使兩種傳感器之間旋渦發生體迎流面之間的距離L達到0. 9m 1. 2m，這樣上遊的超聲渦街流量傳感器分離的渦街信號在傳遞到下遊的應力渦街流量傳感器時已衰減得很微弱，因此對下遊的應力渦街流量傳感器的工作不會產生影響，保障了兩種流量傳感器工作時相互不受幹擾，從而提高了檢測穩定性。

圖1為本實用新型雙渦街流量計的電路結構框圖；圖2為本實用新型雙渦街流量計的結構示意圖；圖3為圖2的俯視圖，圖3中省略了流量轉換器、壓力傳感器和溫度傳感器。圖中，1一測量管，2—超聲渦街流量傳感器，21—第一旋渦發生體，22—超聲發射換能器，23—超聲接收換能器，3—應力渦街流量傳感器，31—第二旋渦發生體，32—應力檢測元件，4一流量轉換器，41 一切換單元，42—測控計算單元，5—壓力傳感器，6—溫度傳感器，7—法蘭。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的雙渦街流量計，包括測量管1，在測量管1 的兩端分別設有法蘭7，還包括設於測量管1內壁上遊用於檢測低流速氣體信號的超聲渦街流量傳感器2和設於測量管1內壁下遊用於檢測高流速氣體信號的應力渦街流量傳感器 3。所述超聲渦街流量傳感器2由第一旋渦發生體21、超聲發射換能器22和超聲接收換能器23組成，第一旋渦發生體21、超聲發射換能器22和超聲接收換能器23均為現有設備，第一旋渦發生體21的作用在於製造產生旋渦，超聲發射換能器22用於發射超聲波信號，超聲接收換能器23用於接收超聲波信號。在安裝時，超聲發射換能器22和超聲接收換能器23 相對的橫向固定於測量管1的兩側並伸入到測量管1的內腔，第一旋渦發生體21豎向設置在測量管1內並位於超聲發射換能器22和超聲接收換能器23之間；超聲接收換能器23的輸出連接流量轉換器4的輸入，超聲發射換能器22的輸入與流量轉換器4的輸出相連。參見圖2，所述應力渦街流量傳感器3由第二旋渦發生體31和應力檢測元件32組成，所述應力檢測元件32的輸出連接到流量轉換器4的輸入。本實用新型中採用的第二旋渦發生體31和應力檢測元件32也是現有裝置，第二旋渦發生體31的作用在於製造產生旋渦，應力檢測元件32的作用在於檢測第二旋渦發生體31產生的旋渦信號，然後將所述旋渦信號傳遞給流量轉換器4。參見圖1和圖2，所述的流量轉換器4是由切換單元41和測控計算單元42組成， 超聲渦街流量傳感器2和應力渦街流量傳感器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和應力渦街流量傳感器3檢測的氣體流量信號經切換單元41切換控制後輸入測控計算單元42。在測量管1的內壁上還設有壓力傳感器5和溫度傳感器6，所述壓力傳感器5和溫度傳感器6的輸出均連接測控計算單元42的輸入。工作原理在工作狀態下，流量轉換器4為超聲發射換能器22提供連續、等幅的電信號，激勵超聲發射換能器22向被測氣體發射連續的等聲強的超聲波束，超聲波束髮射後，通過被測氣體向對面的超聲接收換能器23傳播。當超聲波向前傳播時，遇到由第一旋渦發生體21分離出的旋渦列(渦街)，在旋渦列的作用下，超聲波被調製，帶著旋渦信息的超聲波繼續向前傳播，到達超聲接收換能器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轉換成包含旋渦信息的電信號，送往流量轉換器4，再由流量轉換器4對接收的信號進行放大、解調、提取渦街信號，實現流量測量。同樣的，位於測量管下遊的應力渦街流量
傳感器也同步檢測氣體流量，為了減小上遊超聲波渦街傳感器的影響，在安裝時，應力渦街流量傳感器與超聲波渦街傳感器的間距L要求設置在0. 9^1. 2m,該距離L是保證第二旋渦發生體31產生的旋渦在向下遊運動時，能量有足夠的衰減，這樣當流體經過超聲波渦街傳感器繼續向下遊流動時，第一旋渦發生體21產生的旋渦能量幾乎可以衰減到零。應力渦街流量傳感器的第二旋渦發生體31又產生新的旋渦信號，該旋渦信號被應力檢測元件32採集，然後被送往流量轉換器4。流量轉換器4內的測控計算單元42將以上的超聲波渦街傳感器2採集的流量信號和應力渦街流量傳感器3採集的流量信號依次進行採集放大、濾波、整形、計算後輸出顯示，就獲得了總的流量信號。本實用新型中，流量轉換器4的另一重要功能是對兩種流量傳感器輸出的旋渦信號進行處理並作出判斷，根據設定的量程範圍，發出指令，進行自動切換，使其中一路流量傳感器投入工作。當氣體流量較小時(0.3m/s 7m/s)，流量轉換器4控制超聲渦街流量傳感器2投入運行，並處理超聲渦街流量傳感器輸出的數據；當流量較大時(5m/s 45m/s)， 流量轉換器4控制應力渦街流量傳感器3投入運行，並處理應力渦街流量傳感器輸出信號和數據，從而保證兩種渦街流量傳感器都可運作在最佳的量程範圍內。
權利要求1.一種雙渦街流量計，包括測量管(1 )，在測量管(1)的兩端分別設有法蘭(7)，其特徵在於，還包括設於測量管(1)上遊用於檢測低流速氣體信號的超聲渦街流量傳感器(2)和設於測量管(1)下遊用於檢測高流速氣體信號的應力渦街流量傳感器(3)，所述超聲渦街流量傳感器(2)和應力渦街流量傳感器(3)均連接到流量轉換器(4)；所述的流量轉換器 (4)是由切換單元(41)和測控計算單元(42)組成，超聲渦街流量傳感器(2)和應力渦街流量傳感器(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)和應力渦街流量傳感器(3)檢測的氣體流量信號經切換單元(41)切換控制後輸入測控計算單元 (42)，測控計算單元(42)對接收的氣體流量信號進行處理後輸出顯示；測控計算單元(42) 的輸出還與切換單元(41)的控制端連接形成閉環迴路。
2.根據權利要求1所述的雙渦街流量計，其特徵在於，在測量管(1)的內壁上還設有壓力傳感器(5)和溫度傳感器(6)，所述壓力傳感器(5)和溫度傳感器(6)的輸出均連接測控計算單元(42)的輸入。
3.根據權利要求1所述的雙渦街流量計，其特徵在於，所述超聲渦街流量傳感器(2)和應力渦街流量傳感器(3)的間距為0.纊1. ail。
4.根據權利要求1或2所述的雙渦街流量計，其特徵在於，所述超聲渦街流量傳感器(2)由第一旋渦發生體(21)、超聲發射換能器(22)和超聲接收換能器(23)組成，其中超聲發射換能器(22)和超聲接收換能器(23)相對的橫向設置於測量管(1)的兩側，第一旋渦發生體(21)豎向設置在測量管(1)內並位於超聲發射換能器(22 )和超聲接收換能器(23 )之間；超聲接收換能器(23)的輸出連接流量轉換器(4)的輸入，超聲發射換能器(22)的輸入與流量轉換器(4)的輸出相連。
5.根據權利要求1或2所述的雙渦街流量計，其特徵在於，所述應力渦街流量傳感器(3)由第二旋渦發生體(31)和應力檢測元件(32)組成，所述應力檢測元件(32)的輸出連接到流量轉換器(4)的輸入。
專利摘要本實用新型提供一種雙渦街流量計，它包括設於測量管上遊的超聲渦街流量傳感器和設於測量管下遊的應力渦街流量傳感器，超聲渦街流量傳感器和應力渦街流量傳感器均連接到流量轉換器；流量轉換器由切換單元和測控計算單元組成，超聲渦街流量傳感器和應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力渦街流量傳感器檢測的氣體流量信號經切換單元切換控制後輸入測控計算單元，測控計算單元對接收的氣體流量信號進行處理後輸出顯示；測控計算單元的輸出還與切換單元的控制端連接形成閉環迴路。本實用新型採用了兩種不同的渦街流量傳感器，並通過流量轉換器進行切換控制，實現了寬範圍的氣體流量檢測。
文檔編號G01F1/32GK202057361SQ20112015733
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月17日 優先權日2011年5月17日
發明者全太鋒, 劉建華, 葉立勝, 孫申厚, 楊志勇 申請人:重慶梅安森科技股份有限公司