[发明专利]一种可抗环境温度干扰的管外捆绑式热脉冲气体流量计

说明书

技术领域

本发明属于压缩空气系统流量测量领域，涉及一种可抗环境温度干扰的管外捆绑式热脉冲气体流量计。

背景技术

气体作为一种能源存在的形态或能量的载体，在工业中的应用愈来愈广，而在压缩机系统领域中，气体流量是系统中的重要参数，其测量是关键技术，气体流量计在许多工业生产场合使用广泛。

市面上用于气体流量测量的流量计，绝大多数都是介入式设备，比如热式流量计、差压式流量计、靶式流量计等，需串联接入管道，不仅操作复杂，安装时影响工业生产，而且有干扰流动，存在压力损失及污损探头等问题。非介入测量技术可以不拆卸原有管路进行流量测量避免以上缺点，还可以实现多点测量等优点。但目前已有的设备，如超声波式，价格昂贵且可靠性极差，实用性远不能达到工业现场要求。因此气体的非介入式测量技术难度较大，目前尚无成熟的技术和产品。该技术的研发对于工业发展和经济节能，具有重大意义。

本发明提出一种可抗环境温度干扰的管外捆绑式热脉冲气体流量计，使用时，直接在管外捆绑式安装，装配拆卸方便，对工业生产无任何干扰。另外，该发明所提及的变温度场测量方式，可有效的抑制外界环境的温度干扰，配合高效的自适应脉冲加热器及隔热罩，使得测量耗时少，测量结果准确可靠，符合工业现场对管道气体流量的测量要求。另外由于其硬件成本低，可大规模应用于工业现场，并实现多点检测，有助于工业生产的监控，达到优化生产、节能减排的目的。

发明内容

本发明的目的：提供一种应用于工业气体管道流量测量，安装方便、操作简单、测量可靠，低成本的气体流量测量装置。

本发明的技术方案：

利用管道周期变化温度场的特性测量气体流量的方法，其测量原理如下：

a)  根据需要流量测量的管道，选择合适的测量点，并对管道表面进行简单的清洁处理。将仪器的加热面紧贴在被测面上，并用配套的捆绑带固定。仪器上电，根据被测管道的直径，设定加热脉冲的周期T，为使管道内壁充分加，加热脉冲的周期不能太短，该周期的数值由下式得到：

 （1）

其中，k是增益系数，C是管道材料的比热容，ρ是管道材料的密度，l是管道材料的热导率，d是管道的公称直径。

仪器根据输入的管道直径数据，自动搜索数据库中存储的工业管道标准资料，找到对应的管道材料的比热容、密度及热导率。增益系数由控制器自动给出参考值，该值决定了测量耗时及测量的准确度，值越小，测量越快，准确度较低，反之亦然。用户可根据该参考值自行设定。

b)  测量时，由处理机(6)发送加热电信号给驱动电路(4)，驱动热流阀(14)为加热工位、加热器(11)工作、水冷式制冷器(13)卸载，热量从加热器(11)传导至管道外壁(1)，管道被加热；然后，处理机(6)发送制冷电信号给驱动电路(4)，切换热流阀(14)为制冷工位、加热器(11)卸载、水冷式制冷器(13)工作，热量从管道外壁(1)传导至加热器(11)，管道被冷却。这样，重复上述操作实现了沿管道轴向方向传播的连续热脉冲（即周期变化温度场）的产生。

c)  位于自适应脉冲加热器(2)上游一点的温度传感器(8)测量温度，并将测量数据通过A/D转换器(7)，传送给处理机(6)。

基于以上测量值，选择其中一段温度信号曲线作为有效段，包含三个温度变化周期，通过对有效段曲线做线性拟合可以得到反映温度场特征的温度趋势（17），计算相对动态均值f，

，其中       （2）

其中：A为动态均值，A₀为气体流量为0时的基准值。A_b为温度趋势基准值（18），A_a为温度趋势增加值（19），根据流量与f的关系，

                                 （3）

进而解算被测对象的流量Q，其中b为流量修正系数，该系数修正由于选择不同温度信号测量段所带来的偏差。

本发明的优点：