一种具备校准功能的插入式气体超声波流量计的制作方法

1.本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其是涉及一种具备校准功能的插入式气体超声波流量计。


背景技术：

2.随着近年来人们对环境保护意识的提高，天然气作为一种清洁优质能源得到越来越多的应用，天然气行业的发展也越来越快。天然气行业主要计量仪表以罗茨表与涡轮表为主，但是这些传统仪表具有对计量气质要求高、维护频繁、维护费用高、智能化程度低等缺点，这些弱点都会制约天然气行业的快速发展。
3.气体超声波流量计与差压式仪表、容积式仪表以及传统速度式仪表等相比，具有宽量程比、智能化、易安装，低成本、高精度、使用寿命长、低维护成本等优点。目前被广泛应用于以下领域：1)天然气高压长输管线及省、市级分输站计量管理；2)城市燃气计量管理；3)天然气煤层气开采利用；4)液化天然气及液化石油气；5)大型工业用气计量管理；6)高炉煤气和焦炉煤气计量；7)其它节能减排气体排放计量等。
4.气体超声波流量计安装形式可以分为短截式(带管段的)、插入式、外夹式等。在工业应用领域对于气体管径大于600mm特别是大于1m的场景，出于短截式流量计管段过大不容易生产和安装而外夹式流量计信号强度过低等原因，插入式气体超声波流量计在这些场景上被广泛使用。插入式流量计安装或者维护过程中对换能器的安装角度、间距等精度要求比较高，如果换能器安装角度或者间距安装的误差会引入流量计的计量误差。对于减小换能器安装角度误差，可以通过设计专门的工装夹具来实现。但是对于减小换能器安装间距的误差，现有的插入式气体超声波流量计没有特别有效的方法进行解决。


技术实现要素：

5.针对现有插入式气体超声波流量计在安装和维护过程中容易产生换能器安装间距误差的问题，本方案提出了一种具备校准功能的插入式气体超声波流量计，确保换能器间距能够进行实时在线校准，实现流量计的精确计量和长期稳定使用。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，
7.一种具备校准功能的插入式气体超声波流量计，由流量计主机、校准单元和计量单元组成，流量计主机接收校准单元和计量单元上电子器件数据并分析；
8.校准单元，包括校准管道；校准管道的两端通过法兰封装并插入超声波校验换能器，校准管道的管体上设置气体进出阀、温度传感器以及压力传感器；
9.计量单元，包括计量管道；计量管道通过连通阀连接校准管道；计量管道的两端通过法兰连接待测管道，计量管道的管体上安装换能器定位座、温度传感器以及压力传感器；换能器定位座用于将超声波计量换能器引入计量管道内，并锁紧超声波计量换能器。
10.优选的，换能器定位座包括管件，管件上安装球阀；管件一端通过法兰连接至计量管道的管体上，另一端设置滚花螺帽；超声波计量换能器插入管件内并穿过球阀，末端通过
滚花螺帽锁紧。
11.本发明采用上述插入式气体超声波流量计，可以自动修正超声波换能器在进行安装、维护、更换后带来的误差，实现流量计精确计量和长期稳定使用，比起现有无自校准功能的流量计具有很大的计量精度优势。
附图说明
12.图1为本发明实施例的组成示意图；
13.图2为本发明实施例中校准单元与剂量单元的组成平视示意图。
14.附图标记
15.1、流量计主机；2、校准单元；3、计量单元；4、连通阀；21、法兰；22、进气阀；23、压传阀；24、校准管道；25、温传阀；26、出气阀；27、超声波校准换能器；31、压力传感器；32、滚花螺帽；33、球阀；34、超声波计量换能器；35、温度传感器；36、计量管道。
具体实施方式
16.以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
17.如图所示的具备校准功能的插入式气体超声波流量计，流量计由三个功能单元组成：流量计主机1、校准单元2、计量单元3。
18.流量计主机1，一般具有人机界面交互、信号接入、在线校准、气体流量计算、信号输出等功能。信号接入功能包括电源接入、温度信号接入、压力信号接入、计量用超声波信号接入、校准用超声波信号接入等。信号输出功能包括rs-485、4-20ma电流输出、脉冲信号输出等。产品具体的主机外观、尺寸、安装形式根据不同的应用需求而不同。
19.校准单元2，包括校准管道24，校准管道24两端通过法兰21封装并插入超声波校验换能器，校准管道的管体上设置气体进出阀、温传阀25和压传阀23，温传阀25和压传阀23用于通过可拆卸方式引入温度传感器35以及压力传感器31。具体地，超声波校准换能器27通过法兰21与校准管道24连接在一起，并通过滚花螺帽32锁紧；温传阀23、压传阀25、进气阀22、出气阀26等阀门焊接在校准管道24上。
20.计量单元3，包括计量管道36，计量管道36通过连通阀4连接校准管道24。计量管道36的两端通过法兰21连接待测管道，计量管道36的管体上安装换能器定位座、温度传感器35以及压力传感器31。换能器定位座用于将超声波计量换能器34引入计量管道36内，并锁紧超声波计量换能器34。换能器定位座包括管件，管件上安装球阀33；管件一端通过法兰21连接至计量管道36的管体上，另一端设置滚花螺帽32；超声波计量换能器34插入管件内并穿过球阀33，末端通过滚花螺帽32锁紧。打开球阀33后，超声波计量换能器34可插入气体管道中，然后通过拧紧滚花螺帽32固定。
21.本装置内的超声波校准换能器27和超声波计量换能器34都属于超声波换能器，均包括发射换能器和接收换能器。超声波换能器、温度传感器35、压力传感器31等电子器件均通过屏蔽线缆与流量计主机1相连。
22.工作原理
23.自校准原理分两步实现：校准单元设定，计量单元修正。
24.1、校准单元设定：原理是使用了超声波流量计的声速核查原理进行校验(见国标
gb/t30500-2014《气体超声流量计使用中检验声速核查校验法》)。建议使用氮气作为标准检测气源。单质气体的理论声速可通过查表法查出。具体做法如下：
25.s11、关闭连通阀，将温度传感器和压力传感器通过温传阀、压传阀进行安装。
26.s12、打开进气阀和出气阀，输入氮气对校准管道内的天然气进行置换。
27.s13、测量出氮气中的声速，并测出温度和压力值，将测量出来的校准单元声速和在此压力、温度下的氮气理论声速进行对比。
28.s14、将校准单元测量声速和理论声速调整成一致，校准单元设定完成。
29.2、计量单元修正：原理是同一种气体相同温度和压力下，声速是一样的，因此可以通过比较校准单元声速与计量单元声速来修正换能器安装间距的误差。具体做法如下：
30.s21、关闭校准单元上的所有阀门，打开连通阀。因为气体分子运动和流通，一段时间后校准单元中的气体组分会达到与计量单元中一致，并且温度和压力也基本会一致。
31.s22、流量计主机接收到超声波信号、温度、压力信号等，利用时差法计算出校准单元和计量单元声速。
32.s23、流量计主机将校准单元声速与计量单元声速进行比较，通过调整换能器安装间距，以使两个声速调整成一致，计量单元修正完成。
33.需要注意的是，在自校准单元没有进行硬件拆装时，校准单元设定只需要在第一次安装时进行就可以了，如果进行过硬件拆装则需要重新设定。计量单元内的换能器在进行安装、维护、更换等工作后，安装间距的误差流量计主机会自动给出修正提示。
34.以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。