專利名稱：礦用熱式氣體流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及流量傳感器，更具體地說是應(yīng)用于礦井環(huán)境中，測(cè)量管道中氣體流量，井能自動(dòng)修正氣體中所含的高濃度水汽所引入的測(cè)量誤差的熱式氣體流量計(jì)。
技術(shù)背景熱式氣體流量計(jì)是基于熱擴(kuò)散原理而設(shè)計(jì)開發(fā)的流量?jī)x表，即利用氣體流過發(fā)熱物體所帯走的熱量與流體的流速呈比例關(guān)系的原理而設(shè)計(jì)的。熱式流量計(jì)常用的傳感元件是鉬電阻，鉬電阻的阻值隨自身溫度變化而發(fā)生變化。典型的熱擴(kuò)散式流量計(jì)采用兩個(gè)鉬電阻，一個(gè)為測(cè)速電阻被加熱，另ー個(gè)用作測(cè)溫電阻不被加熱。當(dāng)有氣流流過時(shí)，通過檢測(cè)測(cè)速電阻相對(duì)于測(cè)溫電阻的阻值變化量而得到氣流的流速。熱式流量計(jì)中測(cè)速電阻的熱量散失與流體介質(zhì)的物理性質(zhì)密切相關(guān)。熱式氣體流量計(jì)由于其測(cè)量下限低、量程比寬等特點(diǎn)，特別適合于大管道，低流速的氣體測(cè)量應(yīng)用環(huán)境，如礦井中的瓦斯抽采。但在礦井中，瓦斯抽采不可避免在管道中引入有水霧，另外溫度壓カ的變化也會(huì)使得流體產(chǎn)生結(jié)露，而這些水霧和結(jié)露現(xiàn)象的存在使得傳統(tǒng)的熱式流量計(jì)無(wú)法得到準(zhǔn)確的測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種礦用熱式氣體流量計(jì)，以使得能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量含有大量水霧的氣液二相混合流的流量。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型礦用熱式氣體流量計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在傳感器支撐桿上中設(shè)置兩組內(nèi)置探頭，分別是熱式流量傳感器和水霧修正傳感器；所述熱式流量傳感器包括有加熱鉬電阻Rll和不加熱鉬電阻R12 ;為所述加熱鉬電阻Rll設(shè)置恒功率加熱控制電路；所述水霧修正傳感器包括有加熱鉬電阻R21和不加熱鉬電阻R22 ;為所述加熱鉬電阻R21設(shè)置恒溫差加熱控制電路。介質(zhì)在靜態(tài)時(shí)，加熱鉬電阻Rll和不加熱鉬電阻R12之間溫度差最大，并隨著介質(zhì)的流動(dòng)溫差減??；在實(shí)際測(cè)量中，加熱鉬電阻R12的溫度基本恒定，隨著流速的不同，不加熱鉬電阻Rll的溫度會(huì)有相應(yīng)的變化，以鉬電阻作為傳感器，將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻的阻值變化。通過比較加熱鉬電阻Rll和不加熱鉬電阻R12的阻值之差即可得到未經(jīng)補(bǔ)償?shù)牧髁恐?。?dāng)介質(zhì)物理性質(zhì)保持不變時(shí)，流經(jīng)加熱鉬電阻R21和不加熱鉬電阻R22的電流差為恒定值。當(dāng)有水霧干擾吋，以加熱電流的變化量對(duì)水霧所引入的流速誤差進(jìn)行修正，從而得到修正的流速值。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量含有大量水霧的氣液二相混合流的流量。
圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型測(cè)量電路方框圖；圖3為恒功率加熱方式原理圖；圖4為恒溫差加熱方式原理圖；圖5為以本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行流程圖6未經(jīng)補(bǔ)償時(shí)氣體中混入大量水霧時(shí)氣體流量曲線圖；圖7經(jīng)過補(bǔ)償后含有大量水霧的氣液二相混合流的流量曲線圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)施例中礦用熱式氣體流量計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)置是在熱式流量計(jì)中設(shè)置兩組內(nèi)置探頭，分別是熱式流量傳感器和水霧修正傳感器；所述熱式流量傳感器包括有加熱鉬電阻Rll和不加熱鉬電阻R12 ;為所述加熱鉬電阻Rll設(shè)置恒功率加熱控制電路；所述水霧修正傳感器包括有加熱鉬電阻R21和不加熱鉬電阻R22 ;為所述加熱鉬電阻R21設(shè)置恒溫差加熱控制電路。具體實(shí)施中，將水霧修正傳感器設(shè)置在支撐桿的背面，以避免受到介質(zhì)流動(dòng)的影響。圖2為本實(shí)施例中測(cè)量原理方框圖，熱式流量傳感器和水霧修正傳感器的阻值變化經(jīng)過前置信號(hào)預(yù)處理電路轉(zhuǎn)換成電壓，并經(jīng)信號(hào)放大和濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由數(shù)字處理器對(duì)該數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算得到流量值并顯示在LCD上。用戶可以通過鍵盤來對(duì)儀表運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，也可以通過鍵盤來選擇查看流速等參量。RS485接ロ用干與上位機(jī)進(jìn)行通訊，可以將流速、流量等數(shù)據(jù)上傳給エ控機(jī)，也可以接收、處理上位控制系統(tǒng)發(fā)來的命令。4 20mA接ロ用于輸出電流信號(hào)，以指示流量或流速的下限和上限。頻率輸出接ロ用來輸出和流量對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，按照量程比輸出滿足礦用通信標(biāo)準(zhǔn)的20(Tl000Hz的頻率脈沖。圖3為恒功率加熱方式原理圖，圖中電阻Re的溫度是恒定的，隨著流速的不同，電阻Rw的溫度會(huì)有相應(yīng)的變化，鉬電阻會(huì)將溫度變化轉(zhuǎn)換成電阻的阻值變化。而流過鉬電阻的電流值是已知的，因此可以得到電阻的電壓值。圖4為恒溫差加熱方式原理圖。恒溫差加熱是先加熱ー只鉬電阻Rw，使其比不加熱的鉬電阻Re高出一個(gè)恒定的溫度。隨著介質(zhì)的流動(dòng)，被加熱的鉬電阻由于熱傳遞而降低溫度，負(fù)反饋電路會(huì)控制加熱器的電流(或者電壓)來保持溫差不變。通過測(cè)量電流(電壓)的變化量來獲得水霧濃度的變化值。圖5為以本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量的計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行流程圖，在系統(tǒng)上電運(yùn)行后按照設(shè)定的時(shí)序執(zhí)行如下步驟步驟I :系統(tǒng)初始化并完成自檢，自檢無(wú)誤后進(jìn)行探頭加熱；步驟2 :讀取A/D轉(zhuǎn)換值，分別獲得熱式流量傳感器和水霧修正傳感器對(duì)應(yīng)輸出的電壓Vl和V2，根據(jù)水霧修正傳感器的輸出電壓V2判斷被測(cè)管道中氣體是否混入有水霧，并確定行為模式；步驟3 :根據(jù)行為模式?jīng)Q定流量計(jì)算方法。若為模式1，則根據(jù)Vl和V2進(jìn)行流量修正運(yùn)算，得到補(bǔ)償?shù)牧髁恐?；若為模?，則直接依據(jù)Vl進(jìn)行流量運(yùn)算。步驟4 :在IXD上顯示流速流量值，發(fā)送4 20mA信號(hào)和RS485信號(hào)給上位機(jī)，輸出滿足礦用通信標(biāo)準(zhǔn)的20(T1000Hz的脈沖信號(hào)；完成檢測(cè)即關(guān)機(jī)。圖6為熱式流量計(jì)未經(jīng)補(bǔ)償時(shí)氣體中混入大量水霧時(shí)氣體流量曲線圖。在TO之前流量計(jì)工作是可靠的，而在TO時(shí)刻氣體中混入水霧時(shí)，曲線出現(xiàn)了嚴(yán)重的跳變，測(cè)量誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際應(yīng)用精度要求，流量計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量。圖7為以本實(shí)用新型進(jìn)行補(bǔ)償后含有大量水霧的氣液二相混合流的流量曲線圖。從圖上可以看出，在TO時(shí)刻，雖然有大量水霧混入介質(zhì)，由于加入修正，測(cè)量誤差明顯降低并且在合理范圍內(nèi)，能夠反映實(shí)際氣相流量。具體實(shí)施中，測(cè)量值修正是通過專業(yè)的標(biāo)校來完成的。標(biāo)校時(shí)需要采取純凈干燥空氣和含有水霧空氣進(jìn)行校驗(yàn)。空氣混入的水霧濃度設(shè)定為10%、30%、50%、80%、100%。以含有水霧空氣進(jìn)行標(biāo)校吋，熱式流量傳感器輸出電壓為V1，水霧修正傳感器輸出電壓為V2 ；以純凈干燥空氣進(jìn)行標(biāo)校時(shí)，熱式流量傳感器輸出電壓為V' i,水霧修正傳感器輸出電壓為r 2(基準(zhǔn)電壓值)。在每個(gè)流速點(diǎn)，可以得到五組(V1, V、v2，V' 2)數(shù)據(jù)。實(shí)際流量值僅由V',計(jì)算，有水霧時(shí)與V1, v2，V' 2存在一定的關(guān)系。采用最小二乗法來擬合V' 1=f (V1, V2-V^ 2)函數(shù)表達(dá)式。標(biāo)定完成后，流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)根據(jù)此表達(dá)式進(jìn)行流量修正計(jì)算，得到較為準(zhǔn)確的實(shí)際流量值。
權(quán)利要求1.一種礦用熱式氣體流量計(jì)，其特征是在傳感器支撐桿上中設(shè)置兩組內(nèi)置探頭，分別是熱式流量傳感器和水霧修正傳感器；所述熱式流量傳感器包括有加熱鉬電阻Rll和不加熱鉬電阻R12 ;為所述加熱鉬電阻Rll設(shè)置恒功率加熱控制電路；所述水霧修正傳感器包括有加熱鉬電阻R21和不加熱鉬電阻R22 ;為所述加熱鉬電阻R21設(shè)置恒溫差加熱控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用熱式氣體流量計(jì)，其特征是所述水霧修正傳感器設(shè)置在支撐桿的背面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦用熱式氣體流量計(jì)，其特征是在傳感器支撐桿上中設(shè)置兩組內(nèi)置探頭，分別是熱式流量傳感器和水霧修正傳感器；熱式流量傳感器包括有加熱鉑電阻R11和不加熱鉑電阻R12；為加熱鉑電阻R11設(shè)置恒功率加熱控制電路；水霧修正傳感器包括有加熱鉑電阻R21和不加熱鉑電阻R22；為加熱鉑電阻R21設(shè)置恒溫差加熱控制電路。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確地測(cè)量含有大量水霧的氣液二相混合流的流量。
文檔編號(hào)G01F1/69GK202582624SQ20122023205
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月22日
發(fā)明者葉寒生, 顧宇 申請(qǐng)人:合肥科邁捷智能傳感技術(shù)有限公司