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專利名稱：管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法及其設(shè)備，尤其是涉及一種管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
管道內(nèi)氣體流量測(cè)量元件本身非常靈敏、精確，氣流中雜質(zhì)的存在會(huì)影響測(cè)量元件的測(cè)量精度。用某些氣體流量測(cè)量方法時(shí)，比如羅茨(腰輪)流量計(jì)，熱式氣體質(zhì)量流量計(jì)，氣流中的雜質(zhì)甚至?xí)p壞儀表。更為重要的一方面是用以測(cè)量氣體流量的測(cè)量元件是直接暴露在氣體中的，不純凈的氣體中的雜質(zhì)對(duì)測(cè)量元件有損傷，影響使用壽命，在氣體高速流動(dòng)時(shí)，有時(shí)會(huì)損壞測(cè)量元件。特別是類似于基于MEMS技術(shù)的測(cè)量元件(MEMS是指微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù))，其本身的高精密性和敏感性決定了其對(duì)工作環(huán)境要求的嚴(yán)格性。這就在很大程度上限制了這種具有高性能的測(cè)量元件的應(yīng)用范圍，即使通過及時(shí)更換測(cè)量元件可以保證測(cè)量的精度，其使用維護(hù)成本會(huì)非常高昂也是可想而知的。
在管道內(nèi)流動(dòng)的煤氣、天然氣等氣體由于生產(chǎn)工藝的原因經(jīng)常會(huì)帶有數(shù)量不等的雜質(zhì)。即便剛進(jìn)入管道時(shí)是高純度的清潔氣體，也可能因?yàn)楣艿辣旧碜詭У碾s質(zhì)，而使氣體污染，從而使氣體帶有雜質(zhì)。管道內(nèi)的雜質(zhì)很大的可能是由于管道生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的，因而要消除雜質(zhì)的技術(shù)難度非常高，在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)氣體極度純凈不帶雜質(zhì)是非常困難的。
另一方面，測(cè)量元件的安裝位置是在管道內(nèi)，更換測(cè)量元件非常的不方便。一般在制作整個(gè)的測(cè)量裝置時(shí)，沒有將測(cè)量元件設(shè)計(jì)成可更換式的，因?yàn)闇y(cè)量元件的更換一般都是生產(chǎn)廠家才能進(jìn)行，使用者需要更換其中的測(cè)量元件是非常困難、不易實(shí)現(xiàn)的。因此，在設(shè)備損壞時(shí)，給使用者帶來非常大的不便。如一種國內(nèi)專利號(hào)為89104403.5的測(cè)量流體流量的裝置，它的特征是一種流體流量的測(cè)量裝置，它包括一個(gè)使被測(cè)流體流過的管子，在管內(nèi)選定的位置片改變溫度的裝置，以及在選定位置的上游和下游位置測(cè)量溫度的探測(cè)器，以及由測(cè)得的溫度值來確定流體流率的裝置。管子被固著于或者嵌入一傳熱材料層中，該材料適于將熱量沿著基本上垂直于管子的方向從一部分傳到另一部分，或者傳到與管子隔開的一個(gè)導(dǎo)熱體。
為此，人們進(jìn)行了長期的探索，提出了多種多樣的實(shí)施方案。目前的技術(shù)中，很多是用于測(cè)量微流量的流量測(cè)量裝置，如一種國內(nèi)專利號(hào)為200510051726.9的流量傳感器及流量測(cè)量裝置，它的技術(shù)特征是一種流量傳感器，通過防止外部環(huán)境溫度條件對(duì)測(cè)量精度的不良影響，提高測(cè)量精度，使得即使是粘度較高的粘性流體或微小流量，也可正確測(cè)定在配管內(nèi)流動(dòng)的流體的流量，而且易于組裝；該流量傳感器具有在基板上形成發(fā)熱體和感溫體的流量測(cè)量部、在與被測(cè)量流體之間導(dǎo)熱的翅片、輸出與流量相應(yīng)的電壓值的輸出端子，由模塑覆蓋上述翅片的一部分和上述輸出端子的一部分。這種技術(shù)難以在大流量的管道內(nèi)測(cè)量氣體的流量。
目前技術(shù)中，測(cè)量氣體流量的方法還可以為超聲波測(cè)量。如一種國內(nèi)申請(qǐng)?zhí)枮?00410071282.0的超聲波氣流計(jì)和測(cè)量內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣流量的裝置以及獲取氣體流量的方法，其內(nèi)容為一種超聲波氣流計(jì)，包括一個(gè)帶有發(fā)送接收聲波變換器的、氣體流經(jīng)的測(cè)量管道，以及一個(gè)發(fā)送、接收和評(píng)估電子器件，為了設(shè)計(jì)出具有改善的性能，特別是溫度穩(wěn)定性和簡化以及考慮溫度特性的傳感器，聲波傳感器被設(shè)計(jì)為電容性電聲超聲波傳感器，并且設(shè)置了用于比較調(diào)節(jié)氣體溫度特性以及用于將溫度特性對(duì)氣流測(cè)量的影響最小化的設(shè)備，獲取氣體流量的方法，其中以高時(shí)間分辨率由兩個(gè)傳輸時(shí)間獲取平均流速和由此得出的流經(jīng)氣體量，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)使氣體的體積流量及質(zhì)量流量更精確可靠的計(jì)算，特別在高動(dòng)態(tài)流動(dòng)中，因此在確定傳輸時(shí)間以后計(jì)算流量的估計(jì)值并至少借助于氣體的一個(gè)特征溫度和管道壁溫度對(duì)其進(jìn)行修正。但是使用超聲波測(cè)量的方法的成本非常大，所以使用的地方很狹隘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的管道內(nèi)的雜質(zhì)易影響和損壞測(cè)量氣流量的傳感元件，更換測(cè)量裝置會(huì)帶來使用和維護(hù)成本高昂等的技術(shù)問題；提供了一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，氣流的采集和測(cè)量方式獨(dú)特，能夠有效消除雜質(zhì)影響，延長檢測(cè)裝置使用壽命，降低使用成本的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置。
本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的在氣體流量測(cè)量傳感元件異常時(shí)維修不方便，日常維護(hù)難度大等技術(shù)問題；提供了一種將關(guān)鍵部件放置于管道外部旁路管道中，便于日常維護(hù)、保養(yǎng)和更換的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的設(shè)置于輸氣管道上的管道氣流的外引式螺旋狀采樣測(cè)量裝置，它包括至少一根呈螺旋狀的采樣管，在采樣管上開有若干個(gè)依次排列且朝向一致的采樣口，采樣管設(shè)置在管道內(nèi)，其外端引出至管道外并與一根引流管相連通，所述引流管的另一端與上述管道的下游相貫通，在引流管內(nèi)設(shè)有用于檢測(cè)氣體流量的壓損接近零的流量檢測(cè)裝置；采樣口的朝向與氣流的流動(dòng)方向相反，且至一根采樣管是經(jīng)過管道的中心，采樣口與管道的軸線重合。
本發(fā)明創(chuàng)造性地在管道內(nèi)對(duì)氣流進(jìn)行采集，并將采集到的氣流引出至管道外。在氣流的采集和外引過程中，雜質(zhì)被及時(shí)地排除，這樣經(jīng)過測(cè)量裝置的氣流是相對(duì)較為清潔的。這樣就可以有效地防止管道內(nèi)氣流中的雜質(zhì)直接沖擊到流量檢測(cè)裝置。有效消除雜質(zhì)對(duì)流量測(cè)量裝置的影響，并且提高流量檢測(cè)裝置的測(cè)量精度。此外，為了能夠使采集到的氣流真實(shí)地反映管道內(nèi)氣流的狀況，本發(fā)明采用了螺旋采集的方式，一般來說至少有一個(gè)采樣口是位于管道的中心，即螺旋分布的采樣口所形成的平面與管道的徑向剖面是重合的或者與管道的徑向剖面成一定的角度。因此，通過管道內(nèi)不同部位的氣流采樣和混合，能夠保證外引的被測(cè)氣流真實(shí)地反映管道的氣流狀況，引流管內(nèi)氣體流速和管道內(nèi)流速單值相關(guān)。氣流在引流管內(nèi)用幾乎零壓損的流量檢測(cè)裝置測(cè)量后，又會(huì)回到管道的下游內(nèi)，這就與現(xiàn)有的技術(shù)有明顯的差別。
作為優(yōu)選，所述的采樣管螺旋盤繞成平面狀，采樣管與管道的橫截面平行設(shè)置；采樣管螺旋盤繞成平面狀，使其采樣點(diǎn)可以更均勻的分布在管道內(nèi)，這樣能更好的采集管道內(nèi)氣體的參數(shù)；螺旋狀的采樣管纏繞的越密集，對(duì)于管道內(nèi)的氣體采集越精確，但是螺旋狀的采樣管纏繞的過于密集，對(duì)于氣體的流動(dòng)會(huì)有影響，必然會(huì)導(dǎo)致對(duì)氣體參數(shù)的影響。
作為優(yōu)選，所述的采樣管螺旋盤繞成平面狀，采樣管傾斜設(shè)置在管道內(nèi)，所述采樣管與管道的橫截面之間形成一個(gè)夾角γ；采樣管傾斜可以對(duì)采集氣體參數(shù)有幫助，但是角度的設(shè)定對(duì)于采集氣體有好的影響也有壞的影響，因此不能隨意的設(shè)定傾斜角度，而要使傾斜角對(duì)采集氣體有最大的幫助。
作為優(yōu)選，所述采樣管的內(nèi)端部呈封閉狀；其作用是使氣體易于流入采樣管；因?yàn)檫@時(shí)，采樣管頂部與氣體是不連通的，氣體不會(huì)從采樣管頂部流入，而被迫進(jìn)入引流管內(nèi)。
作為優(yōu)選，所述采樣管的內(nèi)端部設(shè)有開口，且所述的開口朝向與氣流的流動(dòng)方向相反；此時(shí)的開口的作用與采用口是相同的，并且采集了管道最中心部位的氣體參數(shù)，對(duì)于全面的測(cè)量氣體參數(shù)有很大的幫助。
作為優(yōu)選，所述的采樣口呈圓形、橢圓形或其他形狀；所有采樣口的面積總和引流管截面積的比值為1∶0～10∶0；采樣口的形狀是為了使氣體更易流入采樣管，圓形的采樣口是最理想的選擇；在使用其他形狀的采樣口的時(shí)候如果對(duì)于氣體參數(shù)的測(cè)量影響不大，其他形狀的采樣口，如橢圓形或者方形，都是可以的。
作為優(yōu)選，所述的采樣口上設(shè)置有錐形采集器；有時(shí)，只是在采樣管上開采樣口，并不能達(dá)到很好的采樣效果，可以考慮使用外加的采樣裝置，例如在采樣口上安裝錐形采集器。
作為優(yōu)選，所述采樣管上的各個(gè)采樣口均勻分布；均勻分布是較簡單也是較易實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)方案。
作為優(yōu)選，所述采樣管上的各個(gè)采樣口呈中間密集、周遍稀疏的分布；這樣分布可以減小氣流進(jìn)入采樣管的阻力，使各個(gè)采樣點(diǎn)的氣流能較平均的進(jìn)入管道。
上述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣測(cè)量裝置是通過下述管道氣流的外引式螺旋狀采樣測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，包括如下測(cè)量過程用采樣管采集管道截面上呈螺旋狀離散分布的多個(gè)采樣口的氣流，進(jìn)入采樣管內(nèi)的氣流呈螺旋狀順著采樣管流動(dòng)至管道外的引流管內(nèi)，氣體通過引流管將氣流送回管道的下游，流量檢測(cè)裝置安裝于引流管內(nèi)，通過檢測(cè)引流管內(nèi)的氣流量計(jì)算出管道內(nèi)的氣流量。
因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)通過旁路測(cè)量，避免了管道內(nèi)的雜質(zhì)對(duì)敏感的測(cè)量元件的直接沖擊，從而避免了敏感的測(cè)量元件的損壞給使用帶來的不便，提高了整體的穩(wěn)定性；測(cè)量元件安裝在管道外，方便更換測(cè)量元件，敏感的測(cè)量元件是易損壞的元件，再好的保護(hù)也不可避免敏感的測(cè)量元件的損壞，便于更換測(cè)量元件設(shè)計(jì)，使測(cè)量元件受損時(shí)，能盡快的更換，以減小因?yàn)椴考p壞給使用帶來的不便和減小損失；設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，氣流的采集和測(cè)量方式獨(dú)特，能夠有效消除雜質(zhì)影響，延長檢測(cè)裝置使用壽命，降低使用成本，敏感的測(cè)量元件的單個(gè)成本比較昂貴，更好的保護(hù)敏感的測(cè)量元件使維護(hù)的費(fèi)用大大降低，對(duì)于使用者來說是非常有益；將關(guān)鍵部件放置于管道外部旁路管道中，極大地方便了日常維護(hù)和保養(yǎng)，并將損壞部分及時(shí)更換。本發(fā)明可以測(cè)量大口徑管道氣流量，突破以往流量計(jì)的測(cè)量范圍的局限；相對(duì)于超聲波測(cè)量裝置，制造和使用成本低廉。


附圖1是本發(fā)明的一種主視結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明的一種側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明實(shí)施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本發(fā)明實(shí)施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，管道1、采樣管2、采樣口3、流量測(cè)量裝置4、引流管5、開口6、錐形采集器7。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
實(shí)施例1
如圖1、圖2所示，管道1中流動(dòng)的為高速、不純凈的氣體，氣體可以是單質(zhì)或混合氣體，其中攙雜各種雜質(zhì)，雜質(zhì)的粒度不足以堵塞管道，在管道的一側(cè)開有一圓孔，采樣管2通過圓孔深入到管道內(nèi)，采樣管2管道的橫截面重合或者采樣管與管道的橫截面之間形成一個(gè)夾角γ，采樣管道上排布有采樣口3，采樣口3在采樣管上的排布可以是均勻的，也可以是非均勻的排列；在采樣管的外部連接有引流管5，引流管的直徑比采樣管小，便于引入氣體；引流管一端接采樣管，一端接管道1的側(cè)壁，氣體流經(jīng)引流管后，流入管道內(nèi)；在引流管上安裝有流量測(cè)量裝置4，測(cè)量氣體的流量。
如圖1所示，采樣管2的端部封閉，并且采樣管形成的平面與管道的截面重合；封閉的管道能使氣流受到較小的阻力即能順著采樣管流入引流管，從而使管道和引流管中的氣體的各項(xiàng)參數(shù)均較接近。
使用時(shí)，氣體流動(dòng)方向與采樣口的開口方向相反，氣體進(jìn)入采樣口后順著采樣管向引流管流動(dòng)，在此過程中，氣體中的雜質(zhì)得到了過濾，氣體在引流管流動(dòng)時(shí)，與測(cè)量部件相接觸，氣體通過引流管后，流回到管道中。
測(cè)量元件處的氣體環(huán)境與管道內(nèi)基本相似(流速、壓力、溫度等參數(shù))，因此測(cè)量出的數(shù)值與管道內(nèi)的數(shù)值是非常接近的。
實(shí)施例2如圖6所示，采樣管2的端部開有一口，開口6的方向與管道內(nèi)的氣流方向相反。其余均與實(shí)施例2相同，本文不做贅述。
使用時(shí)，氣流也能從采樣管下部的開口6進(jìn)入，下部的開口6相當(dāng)于采樣口的作用。
實(shí)施例3如圖2所示，采樣管上的采樣口的分布為均勻分布，各個(gè)孔之間的距離相同，其余均與實(shí)施例1相同，本文不做贅述。
實(shí)施例4如圖4所示，采樣管上的采樣口分布為，采樣管上的各個(gè)采樣口呈中間密集、周遍稀疏的分布。其余均與實(shí)施例1相同，本文不做贅述。
實(shí)施例5如圖3所示，采樣管與管道的橫截面之間形成一個(gè)夾角γ，其余均與實(shí)施例1相同，本文不做贅述。
使用時(shí)，氣體受到采用孔排布的影響，各個(gè)孔的進(jìn)氣量和進(jìn)氣速度將有所不同，從而對(duì)測(cè)量結(jié)果有一定的修正。
實(shí)施例6如圖5所示，在采樣口上安裝錐形采集器，其余均與實(shí)施例1相同，本文不做贅述。
本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了管道1、采樣管2、采樣口3、流量測(cè)量裝置4、引流管5、開口6、錐形采集器7等術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，設(shè)置于輸氣管道(1)上，其特征在于，它包括至少一根呈螺旋狀的采樣管(2)，在采樣管(2)上開有若干個(gè)依次排列且朝向一致的采樣口(3)，采樣管(2)設(shè)置在管道(1)內(nèi)，其外端引出至管道(1)外并與一根引流管(5)相連通，所述引流管(5)的另一端與上述管道(1)的下游相貫通，在引流管(5)內(nèi)設(shè)有用于檢測(cè)氣體流量的壓損接近零的流量檢測(cè)裝置(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的采樣管(1)螺旋盤繞成平面狀，采樣管(2)與管道(1)的橫截面平行設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的采樣管(2)螺旋盤繞成平面狀，采樣管(2)傾斜設(shè)置在管道(1)內(nèi)，所述采樣管(2)與管道(1)的橫截面之間形成一夾角γ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述采樣管(2)的內(nèi)端部呈封閉狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述采樣管(2)的內(nèi)端部設(shè)有開口(6)，且所述的開口(6)朝向與氣流的流動(dòng)方向相反。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的采樣口(3)呈圓形、橢圓形或其他形狀；所有采樣口的面積總和引流管(5)截面積的比值為1∶0～10∶0。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述的采樣口(3)上設(shè)置有錐形采集器(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述采樣管(2)上的各個(gè)采樣口(3)均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量裝置，其特征在于，所述采樣管(2)上的各個(gè)采樣口(3)呈中間密集、周遍稀疏的分布。
10.一種管道氣流的外引式螺旋狀采樣測(cè)量方法，其特征在于，包括如下測(cè)量過程用采樣管(2)采集管道(1)截面上呈螺旋狀離散分布的多個(gè)采樣口(3)的氣流，進(jìn)入采樣管(2)內(nèi)的氣流呈螺旋狀順著采樣管(2)流動(dòng)至管道(1)外的引流管(5)內(nèi)，氣體通過引流管(5)將氣流送回管道(1)的下游，流量檢測(cè)裝置(4)安裝于引流管(5)內(nèi)，通過檢測(cè)引流管(5)內(nèi)的氣流量計(jì)算出管道(1)內(nèi)的氣流量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法及其設(shè)備，尤其是涉及一種管道氣流的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置。本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的管道內(nèi)的雜質(zhì)易影響和損壞測(cè)量氣流量的傳感元件，更換測(cè)量裝置會(huì)帶來使用和維護(hù)成本高昂等的技術(shù)問題；提供了一種設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡單，氣流的采集和測(cè)量方式獨(dú)特，能夠有效消除雜質(zhì)影響，延長檢測(cè)裝置使用壽命，降低使用成本的外引式螺旋狀采樣的測(cè)量方法及其裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案為設(shè)置于輸氣管道上的管道氣流的外引式螺旋狀采樣測(cè)量裝置，它包括至少一根呈螺旋狀的采樣管，在采樣管上開有若干個(gè)依次排列且朝向一致的采樣口，采樣管設(shè)置在管道內(nèi)，其外端引出至管道外并與一根引流管相連通。
文檔編號(hào)G01F1/68GK1945233SQ20061005376
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2006年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月30日
發(fā)明者毛巨林 申請(qǐng)人:浙江麥姆龍儀表有限公司