[發明專利]一種寬溫狀態下低壓氣體流量動態測量方法及其系統

有效

• 申請號: 201310225188.5
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103308103A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 李晉陽
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01F1/34
• 分類號: G01F1/34
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

1.一種寬溫狀態下低壓氣體流量動態測量方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

步驟一：確定流經流量調節閥（V2）的流量關系表達式。

流量調節閥是流量調節過程中不可缺少的部件，流過流量調節閥的流量Q主要與調節閥上游壓力P_u、下游壓力P_d、流量調節閥開度O和氣流溫度T有關，它們之間的非線性關系可描述為：

Q＝f(P_u,P_d,O,T)????????????????????（1）

由式(1)可知，P_u、P_d、O和T保持不變或變化很小時，流過流量調節閥（V2）的流量為定值；在一次流量測量過程中，當流量調節閥（V2）開度保持一定值時，利用流量測量系統各支路氣體溫度、流量調節閥（V2）上、下游壓力達到動態平衡時，各支路流量處處相等這一動態平衡原理，通過在回路中安裝常規市售流量計并盡可能滿足常規流量計的使用條件，這時常規流量計的讀數即為整個支路中流過的氣體流量；

步驟二：基于動態平衡原理建立流量測量系統并進行流量動態測量；該系統依次由氣源室（C0）、氣體流量計（F1）、上游溫度控制回路（W1）、第一壓力調節裝置（Y1）、上游壓力室（C1）、流量調節閥（V2）、下游溫度控制回路（W2）、下游壓力室（C2）、第二壓力調節裝置（Y2）、緩沖室（C3）、真空泵（VP）以及安裝在氣源室（C0）上的第一壓力傳感器（S1）、第一溫度傳感器（t1）、第一泄壓閥（X1），安裝在上游壓力室（C1）上的第二壓力傳感器（S2）、第四溫度傳感器（t4）、第二泄壓閥（X2），安裝在下游壓力室（C2）上的第三壓力傳感器（S3）、第七溫度傳感器（t7）、第三泄壓閥（X3）以及安裝在緩沖室（C3）上的第四壓力傳感器（S4）、第八溫度傳感器（t8）、第四泄壓閥（X4）組成；

其中上游溫度控制回路（W1）用于實現對上游壓力室（C1）內氣體溫度的控制，包括相連接的高溫溫控回路和低溫溫控回路兩部分，高溫溫控回路用于實現溫度為5℃～80℃范圍內氣體溫度的控制，低溫溫控回路用于實現溫度為-70℃～5℃范圍內氣體溫度的控制，高溫溫控回路由第一電磁閥（v1）、第三電磁閥（v3）與第一換熱器（E1）、內部介質為水的第一高溫恒溫槽（Tg1）、第一管道泵（P1）相連接組成，第二溫度傳感器（t2）安裝在第一高溫恒溫槽（Tg1）上；低溫溫控回路由第二電磁閥（v2）、第四電磁閥（v4）與第二換熱器（E2）、內部介質為無水乙醇的第一低溫恒溫槽（Td1）、第二管道泵（P2）相連接組成，第五溫度傳感器（t5）安裝在第一低溫恒溫槽（Td1）上；下游溫度控制回路（W2），用于實現對下游壓力室（C2）內氣體溫度的控制，包括相連接的高溫溫控回路和低溫溫控回路兩部分，高溫溫控回路用于實現溫度為5℃～80℃范圍內氣體溫度的控制，低溫溫控回路用于實現溫度為-70℃～5℃范圍內氣體溫度的控制，高溫溫控回路由第五電磁閥（v5）、第七電磁閥（v7）與第三換熱器（E3），內部介質為水的第二高溫恒溫槽(Tg2)，第三管道泵（P3）相連接組成，第三溫度傳感器（t3）安裝在第二高溫恒溫槽(Tg2)上；低溫溫控回路由第六電磁閥（v6）、第八電磁閥（v8）與第四換熱器（E4），內部介質為無水乙醇的第二低溫恒溫槽(Td2)，第四管道泵（P4）相連接組成，第六溫度傳感器（t6）安裝在第二低溫恒溫槽(Td2)上；

來自于氣源室（C0）的氣體經過流量計（F1）后，根據上游壓力室（C1）內氣體所要達到的目標溫度選擇經過高溫溫控回路或低溫溫控回路；當上游壓力室（C1）內氣體所要達到的目標溫度在5℃～80℃之間時，第一電磁閥（v1）和第三電磁閥（v3）開啟，第二電磁閥（v2）和第四電磁閥（v4）截止，第一高溫恒溫槽(Tg1)用于提供穩定的液體溫度場，在管道泵P1作用下，恒溫槽T1液體與換熱器E1殼程液體循環，換熱器E1殼程液體與進入換熱器E1管程氣流進行液氣交換，從而實現對上游壓力室（C1）內氣體溫度的控制，此時第一換熱器（E1）出口氣體溫度即為上游壓力室（C1）內氣體溫度；當上游壓力室（C1）內氣體所要達到的目標溫度在-70℃～5℃之間時，第二電磁閥（v2）和第四電磁閥（v4）開啟，第一電磁閥（v1）和第三電磁閥（v3）截止，第一低溫恒溫槽(Td1)用于提供穩定的液體溫度場，待測氣體在第二管道泵（P2）作用下進入第二換熱器（E2），在管道泵P2作用下，恒溫槽T2液體與換熱器E2殼程液體循環，換熱器E2殼程液體與進入換熱器E1管程氣流進行液氣交換，通過換熱器內的液氣交換，經第一壓力調節裝置（Y1）調節后進入調節室（C1），從而實現對上游壓力室（C1）內氣體溫度的控制，此時第二換熱器（E2）出口氣體溫度即為上游壓力室（C1）內氣體溫度；

上游溫度控制回路（W1）的工作原理與下游溫度控制回路（W2）的工作原理相同，氣流經調節閥(V2)流量調節后，進入下游溫度控制回路（W2），經過第三換熱器（E3）或第四換熱器（E4）溫度調節后達到下游壓力室（C2）所要求目標溫度后，進入下游壓力室（C2），然后在真空泵（VP）作用下，經過第二壓力調節裝置（Y2）調節后經緩沖室（C3）排入大氣；將調節閥(V2)的開度設置為一定值，流量計（F1）的讀數就是系統流量；

當流量調節閥（V2）為任一開度時，實現對上游壓力室（C1）和下游壓力室（C2）內氣體壓力控制和溫度控制，即可使整個系統在保持一定流量不變狀態下達到平衡狀態；設P₀、P₁、P₂和P₃分別為氣源室（C0）、上游壓力室（C1）、下游壓力室（C2）、緩沖室（C3）內氣體的壓力，T₀、T₁、T₂和T₃分別為氣源室（C0）、上游壓力室（C1）、下游壓力室（C2）、緩沖室（C3）內氣體的溫度，考慮到P₀為穩定的氣源壓力，由于P2和P3為負壓，因此將P₀設定為某一正壓，如標準大氣壓，從而滿足常規流量計（F1）的壓力條件，使氣源室（C0）氣體為常溫，從而滿足常規流量計的使用條件，當P₀、P₁、P₂和P₃、以及T₀、T₁、T₂和T₃均不變化時，整個系統進入動態平衡，此時，流量計（F1）的讀數即為氣體流過調節閥（V2）的流量值。