一种气体质量流量测量装置及方法与流程

1.本发明涉及流量测量技术领域，特别是涉及一种气体质量流量测量装置及方法。


背景技术：

2.当前国内化工、冶金、医药等行业使用的气体质量流量计，一般采用管道上配温度传感器、压力变送器、孔板流量计以及流量积算仪的组合式的测量方法。这样的配置因功能组成部件太多，使得设备的安装和维护都比较麻烦，尤其是流量计选用节流孔板，会导致管道压力损失很大，不仅浪费能源，而且因孔板的固有属性量程比窄、精度低、稳定性差，而不能很好的满足现场的测量计量需求。并且，其温压补偿方式密度补偿只能针对固定的纯度较高的单一理想气体，不能反映气体真实的密度，误差太大。对于混合变组份气体，其密度不固定，经常变化，根本达不到气体计量的需求。
3.此外，目前对于现场要求高的场合，普遍采用进口产品质量流量计，虽然进口产品质量流量计性能比较好，运行稳定，精度高，但是价格昂贵，动辄30～50万一台。国内企业有些也推出质量流量计，虽然价格便宜些，但局限于核心技术受限，只是结构上的模仿，运行稳定性和精度都受到限制，达不到现场工况的使用需求。
4.鉴于当前国际国内的气体质量流量计量产品的实际情况，亟需一种性能优越的新型气体质量流量装置，能极大地满足混合气体质量流量的计量需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种气体质量流量测量装置及方法，实现对混合气体质量流量的计量。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种气体质量流量测量装置，包括漩涡频率信号检测部件、差压信号检测部件以及控制计算部件；
8.所述漩涡频率信号检测部件上设置有第一取压孔和第二取压孔，且所述漩涡频率信号检测部件与所述差压信号检测部件连接；所述漩涡频率信号检测部件用于检测待测气体的漩涡频率信号；
9.所述差压信号检测部件用于通过所述第一取压孔获取所述待测气体的第一气压信号，通过所述第二取压孔获取所述待测气体的第二气压信号，并根据所述第一气压信号和所述第二气压信号得到所述待测气体的差压信号；
10.所述控制计算部件，分别与所述漩涡频率信号检测部件、所述差压信号检测部件连接，用于接收所述待测气体的漩涡频率信号和所述待测气体的差压信号，并根据所述待测气体的漩涡频率信号和所述待测气体的差压信号计算所述待测气体的质量流量。
11.可选地，所述漩涡频率信号检测部件包括漩涡发生体、信号检测探头以及外壳；
12.所述外壳上设置有所述第一取压孔和所述第二取压孔；
13.所述漩涡发生体，设置在所述外壳内，用于对待测气体进行处理以使所述待测气
体产生漩涡；
14.所述信号检测探头，设置在所述外壳内，并与所述控制计算部件连接，用于检测所述待测气体的漩涡频率信号，并将所述漩涡频率信号发送至所述控制计算部件。
15.可选地，所述第一取压孔设置在所述外壳的第一端，所述外壳的第一端为所述待测气体进入所述外壳的一端；所述第二取压孔设置在所述外壳的第二端，所述外壳的第二端为所述待测气体输出所述外壳的一端。
16.可选地，所述差压信号检测部件包括差压膜盒、第一导压管和第二导压管；
17.所述第一导压管的一端通过所述第一取压孔与所述漩涡频率信号检测部件连接，所述第一导压管的另一端与所述差压膜盒连接；
18.所述第二导压管的一端通过所述第二取压孔与所述漩涡频率信号检测部件连接，所述第二导压管的另一端与所述差压膜盒连接；
19.所述差压膜盒还与所述控制计算部件连接；
20.所述差压膜盒，用于：
21.通过所述第一导压管获取所述待测气体的第一气压信号；
22.通过所述第二导压管获取所述待测气体的第二气压信号；
23.根据所述第一气压信号和所述第二气压信号计算所述待测气体的差压信号，并将所述差压信号发送至所述控制计算部件。
24.可选地，所述第一导压管通过第一针形阀与所述差压膜盒的第一进气孔连接；所述第二导压管通过第二针形阀与所述差压膜盒的第二进气孔连接。
25.可选地，所述气体质量流量测量装置还包括：
26.通讯部件，与所述控制计算部件连接，用于无线传输所述待测气体的质量流量；
27.太阳能部件，与所述控制计算部件连接，用于为所述控制计算部件提供电源。
28.可选地，所述控制计算部件还包括通讯电路、太阳能管理电路和单片机；
29.所述通讯部件通过所述通讯电路与所述单片机连接；
30.所述太阳能部件通过所述太阳能管理电路与所述单片机连接。
31.可选地，所述控制计算部件包括差压信号ad转换电路、频率信号ad转换电路、设置按键输入电路、质量流量da转换电路以及单片机；
32.所述差压信号ad转换电路，分别与所述差压信号检测部件和所述单片机连接，用于将所述待测气体的差压信号转换为差压数字信号并发送至所述单片机；
33.所述频率信号ad转换电路，分别与所述漩涡频率信号检测部件和所述单片机连接，用于将所述待测气体的漩涡频率信号转换为频率数字信号并发送至所述单片机；
34.所述设置按键输入电路，与所述单片机连接，用于向所述单片机输入所述漩涡频率信号检测部件的出厂标定系数；
35.所述单片机，用于根据所述差压数字信号、所述频率数字信号和所述出厂标定系数计算所述待测气体的质量流量；
36.所述质量流量da转换电路，与所述单片机连接，用于将所述待测气体的质量流量转换为质量流量信号。
37.为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
38.一种气体质量流量测量方法，包括：
39.获取差压信号检测部件输出的待测气体的差压信号；
40.获取漩涡频率信号检测部件输出的所述待测气体的漩涡频率信号；
41.根据所述差压信号、所述漩涡频率信号计算所述待测气体的气体质量流量。
42.可选地，所述根据所述差压信号、所述漩涡频率信号计算所述待测气体的气体质量流量，具体包括：
43.根据公式计算所述待测气体的气体质量流量；
44.其中，ρ表示气体实时密度，k表示仪表系数，f表示待测气体的漩涡频率信号，α表示流量系数，δp表示待测气体的差压信号，q
m
表示待测气体的质量流量。
45.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
46.在漩涡频率信号检测部件上设置第一取压孔和第二取压孔，差压信号检测部件与漩涡频率信号检测部件连接，并通过第一取压孔和第二取压孔得到待测气体的差压信号，避免了使用节流孔板等组件，使装置结构简单，节约成本。控制计算部件获取漩涡频率信号检测部件检测得到的待测气体的漩涡频率信号，还获取差压信号检测部件检测到的差压信号，并根据漩涡频率信号和差压信号计算待测气体的质量流量，从而实现了对气体的流量质量的计算和测量。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
48.图1为本发明气体质量流量测量装置的结构示意图；
49.图2为本发明气体质量流量测量装置的控制计算部件的结构示意图；
50.图3为本发明气体质量流量测量方法的流程示意图。
51.符号说明：
52.101—外壳，102—漩涡发生体，103—信号检测探头，201—差压膜盒，202—第一针形阀，203—第一导压管，204—第二针形阀，205—第二导压管，206—涡街信号输出管，301—控制计算部件，31—差压信号ad转换电路，32—频率信号ad转换电路，33—设置按键输入电路，34—lcd显示驱动电路，35—通讯电路，36—太阳能管理电路，37—质量流量da转换电路，38—单片机，401—太阳能部件，402—通讯部件。
具体实施方式
53.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
54.本发明的目的是提供一种气体质量流量测量装置及方法，极大地满足混合气体质量流量的计量需求。
55.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
56.实施例一
57.如图1所示，本实施例提供一种气体质量流量测量装置，包括漩涡频率信号检测部件、差压信号检测部件以及控制计算部件；所述漩涡频率信号检测部件上设置有第一取压孔和第二取压孔，且所述漩涡频率信号检测部件与所述差压信号检测部件连接；所述漩涡频率信号检测部件用于检测待测气体的漩涡频率信号。
58.所述差压信号检测部件用于通过所述第一取压孔获取所述待测气体的第一气压信号，通过所述第二取压孔获取所述待测气体的第二气压信号，并根据所述第一气压信号和所述第二气压信号得到所述待测气体的差压信号。
59.所述控制计算部件，分别与所述漩涡频率信号检测部件、所述差压信号检测部件连接，用于接收所述待测气体的漩涡频率信号和所述待测气体的差压信号，并根据所述待测气体的漩涡频率信号和所述待测气体的差压信号计算所述待测气体的质量流量。
60.具体地，所述漩涡频率信号检测部件包括漩涡发生体102、信号检测探头103以及外壳101；所述外壳101上设置有所述第一取压孔和所述第二取压孔；所述漩涡发生体102设置在所述外壳101内，所述漩涡发生体102用于对待测气体进行处理以使所述待测气体产生漩涡；所述信号检测探头103设置在所述外壳101内，并与所述控制计算部件连接，所述信号检测探头103用于检测所述待测气体的漩涡频率信号，并将所述漩涡频率信号发送至所述控制计算部件。所述信号检测探头103通过涡街信号输出管206直接与控制计算部件301连接。优选地，外壳101的形状为椭圆形，但不限于椭圆形；外壳101的形状可根据实际需要进行定制。
61.在本实施例中，所述第一取压孔设置在所述外壳101的第一端，所述外壳101的第一端为所述待测气体进入所述外壳101的一端；所述第二取压孔设置在所述外壳101的第二端，所述外壳101的第二端为所述待测气体输出所述外壳101的一端，具体设置如图1所示。在实际应用中，漩涡发生体102和信号检测探头103能够构成涡街流量传感器，其中，漩涡发生体102使待测气体产生漩涡，信号检测探头103检测产生的漩涡的频率，进而通过漩涡频率计算得到气体流量。同时，差压信号检测部件通过第一取压孔和第二取压孔获取流经外壳101内部的气体的气体压差，进而通过气体压差也能够计算得到气体流量，其中，第一取压孔、第二取压孔以及差压信号检测部件能够构成差压类流量传感器。本实施例从结构上整合了涡街流量传感器以及差压类流量传感器，并且涡街流量传感器以及差压类流量传感器分别独立工作，互不影响。
62.所述差压信号检测部件包括差压膜盒201、第一导压管203和第二导压管205；所述第一导压管203的一端通过所述第一取压孔与所述漩涡频率信号检测部件连接，所述第一导压管203的另一端与所述差压膜盒201连接；所述第二导压管205的一端通过所述第二取压孔与所述漩涡频率信号检测部件连接，所述第二导压管205的另一端与所述差压膜盒201连接；所述差压膜盒201还与所述控制计算部件连接；所述差压膜盒201用于通过所述第一
导压管203获取所述待测气体的第一气压信号、通过所述第二导压管205获取所述待测气体的第二气压信号、根据所述第一气压信号和所述第二气压信号计算所述待测气体的差压信号，并将所述差压信号发送至所述控制计算部件。
63.具体地，所述第一导压管203通过第一针形阀202与所述差压膜盒201的第一进气孔连接；所述第二导压管205通过第二针形阀204与所述差压膜盒201的第二进气孔连接。在本发明具体实施例中，第一导压管203为高压部分导压管，第二导压管205为低压部分导压管；差压膜盒201的第一进气孔为高压进气孔，差压膜盒201的第二进气孔为低压进气孔；所述第一针形阀202为高压部分针形阀，所述第二针形阀204为低压部分针形阀。
64.优选地，所述气体质量流量测量装置还包括通讯部件402和太阳能部件401；通讯部件402与所述控制计算部件301连接，通讯部件402用于无线传输所述待测气体的质量流量；太阳能部件401与所述控制计算部件301连接，太阳能部件401用于为所述控制计算部件301提供电源。具体地，所述控制计算部件301还包括通讯电路35、太阳能管理电路36和单片机38；所述通讯部件402通过所述通讯电路35与所述单片机38连接；所述太阳能部件401通过所述太阳能管理电路36与所述单片机38连接。
65.如图2所示，所述控制计算部件301包括差压信号ad转换电路31、频率信号ad转换电路32、设置按键输入电路33、质量流量da转换电路37以及单片机38。所述差压信号ad转换电路31分别与所述差压信号检测部件和所述单片机38连接，差压信号ad转换电路31用于将所述待测气体的差压信号转换为差压数字信号并发送至所述单片机38；所述频率信号ad转换电路32分别与所述漩涡频率信号检测部件和所述单片机38连接，频率信号ad转换电路32用于将所述待测气体的漩涡频率信号转换为频率数字信号并发送至所述单片机38。
66.所述设置按键输入电路33与所述单片机38连接，设置按键输入电路33用于向所述单片机38输入所述漩涡频率信号检测部件的出厂标定系数；所述单片机38用于根据所述差压数字信号、所述频率数字信号和所述出厂标定系数计算所述待测气体的质量流量。
67.所述质量流量da转换电路37与所述单片机38连接，质量流量da转换电路37用于将所述待测气体的质量流量转换为质量流量信号；质量流量da转换电路37还输出4～20ma瞬时质量流量标准信号，以供第三方使用。
68.具体地，单片机38的型号为msp430f5529。单片机38中固化了计算程序，通过固化的计算程序算出气体的实时密度，再根据实时密度和实时的气体频率以及漩涡频率信号检测部件的仪表系数计算出气体质量流量。计算程序按照以下公式计算气体质量流量：
[0069][0070]
其中，ρ表示气体实时密度，k表示仪表系数，f表示待测气体的漩涡频率信号，α表示流量系数，δp表示待测气体的差压信号，q
m
表示待测气体的质量流量。其中，漩涡频率信号检测部件的仪表系数k，流量系数α均为出厂标定系数。
[0071]
所述控制计算部件301还包括液晶显示屏lcd(liquid crystal display)显示驱动电路34。所述lcd显示驱动电路34与单片机38连接，所述lcd显示驱动电路34用于显示频率数字信号、差压数字信号以及待测气体的质量流量。
[0072]
实施例二
[0073]
如图3所示，本实施例提供一种基于实施例一的气体质量流量测量方法，包括：
[0074]
步骤1，获取差压信号检测部件输出的待测气体的差压信号。
[0075]
步骤2，获取漩涡频率信号检测部件输出的所述待测气体的漩涡频率信号。
[0076]
步骤3，根据所述差压信号、所述漩涡频率信号计算所述待测气体的气体质量流量。步骤3具体包括：
[0077]
根据公式计算所述待测气体的气体质量流量。
[0078]
其中，ρ表示气体实时密度，k表示仪表系数，f表示待测气体的漩涡频率信号，α表示流量系数，δp表示待测气体的差压信号，q
m
表示待测气体的质量流量。其中，漩涡频率信号检测部件的仪表系数k，流量系数α均为出厂标定系数。
[0079]
实施例三
[0080]
本实施例在实际应用中的现场需求为：某天然气输送管道dn100，测量送气质量。有关参数包括：天然气输送管道型号dn100，中压6.3mpa，温度常温；天然气为混合气体，且甲烷含量质量百分数约84.0123％左右，要求太阳能供电，gprs
‑
4g信号数据无线远传。
[0081]
设备选型：选配dn100新型气体质量流量计算机dl310e
‑
100
‑
g1ml，经用洁净空气检定，涡街传感器(漩涡频率信号检测部件)的仪表系数k为1005.95p/m3，流量系数α的实流标定为0.1972。
[0082]
本实施例提供的气体质量流量测量装置安装在现场管道上，lcd显示屏上显示差压和频率值显示有缓慢波浪式变化，则说明该天然气的密度在缓慢波浪式变化，截取某一时刻的差压和频率值，差压δp＝8.4479kpa，频率f＝324.10hz。
[0083]
将已知数值代入计算公式：
[0084][0085][0086]
本发明提供了一种气体质量流量测量装置及方法，从结构上整合涡街流量传感器和差压流量传感器，前者检测漩涡频率，后者计算差压，两个传感器独立工作，互不影响，互相冗余，实现计量的持续性，得到差压或者气体频率，避免出现流量计出现故障时，由于没有冗余计量方案，导致计量中断，给生产带来极大的损失。此外，通过检测到的漩涡频率和
差压信号计算气体的质量流量，实现对气体质量流量的测量。
[0087]
相对于现有技术，本发明还具有以下优点：
[0088]
(1)本发明在气体通过的管道部分设置涡街流量传感器，相比差压类的节流孔板流量计，管道压力损失大大减少，更有助于节能。
[0089]
(2)本发明采用涡街传感器测气体流量时，量程比比差压类的要宽很多，孔板是1：10，宽量程涡街是1：80，应用范围和适应性更强，稳定性更高。
[0090]
(3)本发明从结构上整合涡街流量传感器和差压流量传感器，两个流量传感器独立工作，互不影响，同时互相冗余，现场若出现某个流量传感器故障且不能停止供气时，控制计算部件可以通过程序判断自动切换到另一个流量传感器进行基本计量，从而保证了计量的持续性。
[0091]
(4)本发明相比传统气体质量流量的计量，少了温度传感器、压力变送器，流量积算仪，这样安装起来更便捷，特别式高架管廊上，故障率更低，维护更方便。
[0092]
(5)本发明所测气体的密度是实时变化的真实密度，可以是混合气体，不用预先知道混合气体的组份，实时直接测量其工况密度并参与运算，计算出的气体质量精度更高。
[0093]
(6)本发明结合现代网络物联网技术的应用，实现了信号可以通过无线4g、5g网络任意传输。同时配置太阳能供电设备，彻底解决了供电不方便场所的应用。
[0094]
(7)本发明跟进口气体质量流量计相比，现代化的应用技术功能增加很多，成本却大大降低，进口价格大约40万左右，本发明产品价格不超过30万。
[0095]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0096]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。