[發(fā)明專利]一種飽和濕蒸汽質(zhì)量流量及干度測(cè)量裝置以及測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110184087.2
• 申請(qǐng)日: 2021-02-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112964323B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方立德;劉月圓;解云龍;劉旭;鄭鑫;郭素娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01F1/88
• 分類號(hào): G01F1/88;G01D21/02
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司 13112
• 代理人: 胡素梅

1.一種飽和濕蒸汽質(zhì)量流量及干度測(cè)量裝置，其特征是，在管道內(nèi)中心軸線上設(shè)置有阻流體，所述阻流體是截面呈類等腰梯形的中空的柱狀體，所述阻流體中心處的高與管道內(nèi)徑相等；所述阻流體上下兩端與管道內(nèi)壁相接并與管道形成整體結(jié)構(gòu)；所述阻流體的前側(cè)面為迎流面，所述阻流體的后側(cè)面為背流面；在所述阻流體內(nèi)中心位置處設(shè)有與迎流面和背流面均平行的隔板，所述隔板將所述阻流體的內(nèi)腔分隔為前面的全壓腔和后面的靜壓腔；在阻流體迎流面的中心軸線上由上至下依次開(kāi)有四個(gè)與全壓腔相連通的全壓孔，在阻流體背流面的中心軸線上由上至下依次開(kāi)有兩個(gè)與靜壓腔相連通的靜壓孔，通過(guò)四個(gè)全壓孔和兩個(gè)靜壓孔可以測(cè)量阻流體內(nèi)全壓腔與靜壓腔的平均差壓；飽和濕蒸汽流經(jīng)阻流體時(shí)，自阻流體左右兩側(cè)繞流并在阻流體左右兩側(cè)產(chǎn)生兩列旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的非對(duì)稱漩渦；在位于阻流體下游左右兩側(cè)的管壁上開(kāi)有兩個(gè)取壓孔，通過(guò)取壓孔可以測(cè)量漩渦的差壓波動(dòng)信號(hào)，根據(jù)漩渦的差壓波動(dòng)信號(hào)可得到漩渦頻率，根據(jù)漩渦頻率和平均差壓即可計(jì)算得出飽和濕蒸汽的質(zhì)量流量及干度；

所述類等腰梯形包括上底、下底、兩腰以及兩段直邊；所述下底的兩端分別通過(guò)兩段直邊與對(duì)應(yīng)兩腰相連接；所述下底對(duì)應(yīng)阻流體迎流面的寬，所述上底對(duì)應(yīng)阻流體背流面的寬；

四個(gè)全壓孔由上至下依次為第一全壓孔、第二全壓孔、第三全壓孔和第四全壓孔；第一全壓孔和第二全壓孔分別位于管道橫截面半徑方向的0.866R和0.5R處，R為管道半徑；且第三全壓孔與第二全壓孔關(guān)于迎流面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，第四全壓孔與第一全壓孔關(guān)于迎流面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

兩個(gè)靜壓孔由上至下依次為第一靜壓孔和第二靜壓孔，第一靜壓孔位于管道橫截面半徑方向的0.866R處，R為管道半徑；第二靜壓孔與第一靜壓孔關(guān)于背流面呈中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)；

在管道外阻流體的上方設(shè)置有第一差壓傳感器和第二差壓傳感器；所述第一差壓傳感器用于通過(guò)全壓孔和靜壓孔測(cè)量阻流體內(nèi)全壓腔與靜壓腔的平均差壓信號(hào)；所述第二差壓傳感器用于通過(guò)兩個(gè)取壓孔測(cè)量阻流體下流漩渦的差壓波動(dòng)信號(hào)；兩個(gè)差壓傳感器所測(cè)信號(hào)均發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)第二差壓傳感器所發(fā)送的信號(hào)可計(jì)算得到漩渦頻率，再結(jié)合第一差壓傳感器所發(fā)送的信號(hào)可計(jì)算得出飽和濕蒸汽的質(zhì)量流量及干度；

所述數(shù)據(jù)處理單元包括單片機(jī)、第一信號(hào)分析電路和第二信號(hào)分析電路；所述第一信號(hào)分析電路包括第一模擬放大電路和低通濾波器，所述第一模擬放大電路的輸入端連接第一差壓傳感器的輸出端，所述第一模擬放大電路的輸出端連接低通濾波器的輸入端，所述低通濾波器的輸出端與單片機(jī)相接；所述第二信號(hào)分析電路包括第二模擬放大電路、信號(hào)平均值分離電路、信號(hào)頻率分離電路以及自適應(yīng)濾波器；所述第二模擬放大電路的輸入端連接第二差壓傳感器的輸出端，所述第二模擬放大電路的輸出端分別連接信號(hào)平均值分離電路和信號(hào)頻率分離電路的輸入端，信號(hào)平均值分離電路的輸出端與單片機(jī)相接，信號(hào)頻率分離電路的輸出端通過(guò)所述自適應(yīng)濾波器與單片機(jī)相接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飽和濕蒸汽質(zhì)量流量及干度測(cè)量裝置，其特征是，所述單片機(jī)為AT89C51單片機(jī)。

3.一種飽和濕蒸汽質(zhì)量流量及干度測(cè)量方法，其特征是，該測(cè)量方法采用了權(quán)利要求1所述測(cè)量裝置，具體步驟如下：

a、飽和濕蒸汽在管道內(nèi)流動(dòng)，首先流經(jīng)阻流體的迎流面，流速減小，壓力增大；飽和濕蒸汽繞經(jīng)阻流體左右兩側(cè)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩列旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的非對(duì)稱漩渦；繞過(guò)阻流體后，流速增大，壓力降低；

b、由第一差壓傳感器通過(guò)阻流體迎流面的全壓孔與阻流體背流面的靜壓孔測(cè)量阻流體內(nèi)全壓腔與靜壓腔的平均差壓信號(hào)，并把所測(cè)平均差壓信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；

c、由第二差壓傳感器通過(guò)處于阻流體下游左右兩側(cè)的取壓孔測(cè)量漩渦的差壓波動(dòng)信號(hào)，并把所測(cè)差壓波動(dòng)信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理單元；

d、數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)第二差壓傳感器所測(cè)差壓波動(dòng)信號(hào)計(jì)算得出漩渦頻率f，同時(shí)結(jié)合第一差壓傳感器所測(cè)平均差壓信號(hào)，根據(jù)如下公式（6）和（9）計(jì)算飽和濕蒸汽質(zhì)量流量q_m以及干度x；

（6）

（9）

上面兩式中，q_m為飽和濕蒸汽質(zhì)量流量，x為飽和濕蒸汽干度；△P₁為第一差壓傳感器所測(cè)飽和濕蒸汽流經(jīng)阻流體時(shí)全壓腔與靜壓腔之間的平均差壓，ε為飽和濕蒸汽的膨脹系數(shù)；K₁為經(jīng)補(bǔ)償修正后的渦街流量計(jì)的儀表系數(shù)，K₂為經(jīng)校正后的均速管流量計(jì)的流量系數(shù)，K₁與K₂均通過(guò)標(biāo)定得到；f為漩渦頻率；ρ_m是飽和濕蒸汽的平均密度，ρ_l是飽和水的密度，ρ_g是飽和蒸汽的密度；

ρ_m的計(jì)算公式如下：

（7）。