[发明专利]一种自校正的热式-旋进旋涡组合式气体流量测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量测量方法，具体地是一种自校正的热式与旋进旋涡组合气体流量测量方法。

背景技术

热式流量计是利用热扩散原理设计而成的流量检测仪表，一般用来测量气体质量流量。热式气体流量计分为浸入型、热分布型和边界层型。以浸入型为例来说明热式流量计的工作原理。在管道中设置带有1个加热元件的流速探头和1个温度探头，流体流过加热元件时带走热量。忽略辐射和导热作用，电子加热元件的电热功率等于单位时间内流体对流换热所带走的热量，即

                                 （1）

式中，E为作用在加热元件上的加热电压，R为加热元件的电阻，h为表面传热系数，为流速，为传热面积、T_u为速度探头的温度，T是温度探头测得的流体温度。

根据传热学理论，表面传热系数与流速和密度有关：

                                 （2）

式中，a₀、a₁和n是经验确定的常数，ρ是流体密度。

根据（1）、（2）可得到流速

                             （3）

保持温差（）或电功率恒定，测量电功率或（），可得到流速。根据保持温差（）或电功率恒定，热式流量计分为等温型和等功率型，其中等温型对流速变化反应比较快。测得流速后，根据速度面积法可获得流量。

与涡轮流量计、涡街流量计、差压式流量计和容积式流量计等相比，热式气体流量计具有压损小，精度高，测量范围大，无可动部件以及能够测量极低流速等诸多优点，而且用于测量质量流量时，无需温度、压力修正。另一方面，热式流量计也有一些缺点，如：热传感头长期加热老化和脏污会产生热漂移，影响测量精度；热式流量计是速度式流量计，对前后直管段要求较长，一般为前10后5。

旋进旋涡流量计是依据旋涡进动现象为机理而制成的流量计。所谓的旋涡进动现象是指受到周围约束的旋流在通过截面扩大的管道时，旋流的旋转中心轴会作进动。如图1所示，经过起旋器后，流体形成旋涡流，其中心为“涡核”，外围是环流。旋涡流由起旋器形成后，经过一段形似文丘里管的收缩段和喉部后加速，经喉部获得一段短暂的稳定，进入扩张段急剧减速，压力上升，此时旋涡中心区的压力比周围压力低，于是产生局部回流，涡核偏离中心轴，在扩张段内围绕流量计的轴线作类似螺旋状的进动。旋涡进动频率f与流量q_v成正比，即

                                    （4）

式中，为旋进旋涡流量计仪表系数，只与仪表结构参数有关，而与流体的物理性质和成分无关。

旋进旋涡流量计与涡街流量计、射流流量计属同类型的振动式流量计。旋进旋涡流量计适应性广，上、下游直管段要求低，对介质要求不高，稳定性好，无可动部件，便于维护，因而在气体、液体、蒸汽特别是腐蚀性以及较脏的流体计量中有很大优势。从大量的使用企业反馈的信息看来，在使用旋进旋涡流量计中主要的问题有：截止频率的设置具有随意性；对噪声或振动等干扰信号较为敏感；压力损失较大，是涡街流量计压损的4~5倍；小流量信号微弱，使用中受到限制。

发明内容

要解决的主要问题是结合热式与旋进旋涡流量计各自优点，克服各自不足。为此，本发明的目的在于提供一种自校正的热式-旋进旋涡组合式气体流量测量方法，包括如下步骤：

采用热式速度传感器（3）测量得到流体温度信号和速度信号；

采用压力传感器（5）测量得到压力信号；

将所述速度信号送入热式流量计模块和旋进旋涡流量计模块，得到热式流量数据Q_热；

将所述流体温度信号和压力信号送入旋进旋涡流量计模块，得到旋进旋涡流量数据Q_旋；

将流量范围分为小流量、中等流量和大流量三段，在整个流量范围内，流量输出采用热式流量数据Q_热；在中等流量范围内，旋进旋涡流量数据Q_旋与热式流量数据Q_热进行比较，对热式流量计仪表系数进行校正。