[發(fā)明專利]一種應用于不均勻流場的熱式多孔板氣體流量計

在審

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• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN107990945A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 韋紅旗;石偉偉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京博沃科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: G01F1/34
• 分類號: G01F1/34;G01F15/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司32112
• 代理人: 李建芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應用于不均勻流場的熱式多孔板氣體流量計，屬氣體流量測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

氣體流量是工業(yè)生產(chǎn)過程、科學實驗計量的重要參數(shù)，流量計是一種對氣體流量進行計量和測試的工具。氣體流量測量是能源計量的重要組成部分，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源、促進科技發(fā)展都具有很重要的作用。

氣體流量測量非常依賴于應用條件，影響因素包括氣體種類、流動狀況以及現(xiàn)場應用工況條件等。在實驗室，流量計可以獲得極高的精度，但現(xiàn)場應用一旦氣體條件或環(huán)境條件有大的變化，不僅精度無法保證，甚至無法進行正常使用，例如大口徑管道內(nèi)氣體流量測量還存在較多問題，在大口徑管道內(nèi)氣體流速分布不均，單點測量不具有代表性，導致測量值與實際值偏差過大。

常見的氣體流量計按原理分類，大致可分為差壓式流量計、熱式流量計、渦輪流量計、渦街流量計、超聲波流量計等。其中，以差壓式流量計的應用最為廣泛，具體的結(jié)構(gòu)型式也較多。

節(jié)流孔板流量計是差壓式流量計中常見的一種，其利用流體流經(jīng)節(jié)流孔板時產(chǎn)生的靜壓差作為一次測量信號，由引壓管引出，經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)組態(tài)轉(zhuǎn)換成對應的流量值顯示。節(jié)流孔板一般分單孔設計和多孔設計，多孔節(jié)流孔板對測量氣體的均勻性要求相對較低，即對測量截面上游的直管段要求較短。

多孔板氣體流量計由于其對不均勻流場的適應性較強，在工業(yè)生產(chǎn)中正扮演著越來越重要的角色。多孔板氣體流量計基于節(jié)流原理設計，為保證其準確度，設計足夠的差壓非常必要，但在工業(yè)上某些工藝要求下并不允許，同時節(jié)流損失過大，運行也不經(jīng)濟。此外，多孔板氣體流量計提供的一次差壓信號與流速的平方成正比，當流速下降時，一次差壓信號大幅減小，因此難以兼顧寬量程比設計和低壓損設計。

包括多孔板氣體流量計在內(nèi)的差壓式流量計，均須把測量的一次差壓信號經(jīng)引壓管引出至差壓變送器上，對于測量氣體部分組份存在冷凝、結(jié)晶等現(xiàn)象時，很容易造成引壓管堵塞，進而導致流量計無法正常使用。

雖然傳統(tǒng)多孔板氣體流量計在不均勻流場的氣體流量測量領(lǐng)域具有優(yōu)勢，但也不是所有工況條件下都適用，如上述所提及的工藝要求不允許過大的節(jié)流損失以及測量氣體部分組份存在冷凝、結(jié)晶等現(xiàn)象。針對這些測量難點，熱式氣體流量計可以部分甚至完全克服，但又不具備對不均勻流場的良好適應能力。

熱式氣體流量計基于熱擴散原理設計，其典型傳感元件包括兩個熱電阻，一個是速度傳感器，另一個是用于自動補償氣體溫度變化的溫度傳感器。當兩個熱電阻置于被測氣體中時，速度傳感器被加熱到環(huán)境溫度以上的一個恒定溫度，相應氣體流量是通過其熱傳遞量計算的。氣體流速增加，所帶走的熱量增加，為了使流速傳感器維持在恒定的溫度，則必須增加通過傳感器的工作電流，其增加的電流與氣體的流速成正比。

熱式氣體流量計所造成的流動阻力損失較小，且量程比較寬，可測量流速較低的氣體流量。此外，熱式氣體流量計可測溫度高達500℃的氣體流量，其電信號產(chǎn)生的核心部件置于熱氣體中，能避免某些應用工況下使用差壓式流量計存在的冷凝、結(jié)晶等問題。

綜上，氣體流量的準確可靠測量，需根據(jù)應用條件針對性設計才能獲取。各種氣體流量測量技術(shù)均有其適用的環(huán)境，有其優(yōu)點，也有其缺點。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，克服大口徑管道內(nèi)氣體流量測量面臨的低流速、流場不均勻等難點，以及還可能存在的測量氣體中部分組份遇冷發(fā)生冷凝、結(jié)晶的難點，本發(fā)明提供一種應用于不均勻流場的熱式多孔板氣體流量計。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種應用于不均勻流場的熱式多孔板氣體流量計，包括外套管、內(nèi)套管、第一多孔板、溫度傳感器、速度傳感器以及信號變送器；第一多孔板設置在外套管內(nèi)，且第一多孔板所在平面與外套管的軸向垂直；內(nèi)套管設置在外套管內(nèi)，內(nèi)套管一端為上端口、另一端為下端口，內(nèi)套管的下端口穿過第一多孔板；溫度傳感器和速度傳感器安裝在內(nèi)套管內(nèi)，溫度傳感器和速度傳感器均與信號變送器連接。

本申請應用于不均勻流場的熱式多孔板氣體流量計，呈套管結(jié)構(gòu)，優(yōu)選，第一多孔板所在平面與氣體流通截面平行，內(nèi)套管的長度方向與氣體流動方向平行。內(nèi)套管有兩端，分別定義為上端口和下端口，內(nèi)套管的上端口和下端口分別位于第一多孔板的上游和下游；內(nèi)套管的下端口穿過第一多孔板，也即內(nèi)套管穿過第一多孔板，且第一多孔板位于內(nèi)套管的上端口和下端口之間。

本申請上游和下游指所測氣體沿著外套管流動方向的上游和下游。上游到下游的方向與上端口到下端口的方向一致。