专利名称：一体化智能差压式质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明属于流体流量测量技术，主要提出一种一体化智能差压式质量流量计。
背景技术：
目前，工业上应用最广的流量测量系统主要是以孔板、喷嘴、文丘里管等 传统节流装置配差压变送器、流量积算仪为主。它们普遍存在着对前后直管段 长度要求高、压损大、精度低、测量范围度(量程比)小、流出系统不稳定、 测脏污流体时节流件前后易积污、维护量大等缺点，严重制约了它在许多领域 的应用。
针对以上缺点，国内外厂商和流体工作者都纷纷进行了相关改进、研究。 目前，技术改进主要分两个方面结构上的改进和测量系统的改进。对于前者， 国内外纷纷提出了多种新型节流元件，如环形孑L板、内锥式节流装置即V锥节 流装置)等，它们对传统节流装置的缺点有一定改进，但还是存在一些缺点， 如压损大、精度低、测量范围度(量程比)小等。对于观憧系统的改进在国 内外，出现了多参麵量流量变送器与传统节流装置结合的测量模式。多参数 质量流量变送器具备同时测量差压、压力、温度过程参数的功能，通过自身在 微处理器中设置的组态软件和物理特性数据库中的密度、浓度、湿度等静态预 设物性参数值进行演算得出流量并显示、输出，集过程检测仪表和流量积算仪 表与一身。它的出现是差压式流量仪表的一大进步，减少了过程检测仪表数量， 技术先进且实现了一体化的结构但还具有传统节流装置的弊端，如弓l压管线系 统的缺陷依然存在。
传统测量差压大多是采用差动电容式差压变送器，它的原理是受压膜片 电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器，不同位置的压力被引到差压变送 器的两个受压膜片，在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减 小，测量结果由差动式电路输出。固定电极是在凹曲的玻璃表面上镀金属层而 制成。过载时膜片受到凹面的保护而不致破裂。差动电容式压力传感器灵敏度 高、线性度好(两个电容构成的差动电容使得在计算上消除了许多步骤)，但加
4工较困难(特别是难以保iJE^称性)，而且由于受压膜片必须为金属膜片，不能 实mx^被测气体或液体的隔离，因此不宜于工作在有腐t虫性、含杂质或高纟显的 流体中。而在测量高温或腐蚀性介质时，必须采用长引压管线冷却和隔离。其
测量范围度(测量上限于领糧下限之比)小， 一般仅有40: 1，超过这一范围，
精度便急剧下降。而且当它与节流装置配合测量流量时，由于流量与差压呈现 平方关系，因此导致流量测量的方位度更窄，在许多大范围度计量场合很不适 用。它具有灵敏度高、线性度好的优点，在各种工业场合得到了广泛的应用但 同时它也有范围度窄，对加工要求高，不能实现同测量介质相隔离，不能在有 腐蚀、高温等环境下工作的缺点。
发明内容
本发明提出一种一体化智能差压式质量流量计的主要目的即在于使其具有
较宽的测量范围度的同时仍保证其具有较高的测量精度。
本发明的另一目的是保证测量的稳定性，并使其可用于测量各种脏污流体。 本发明的目的还在于克服传统差压式流量计的对密度等流体物性测量要求
高，目前补偿方式单一、呆板等缺点。
本发明采用下述技术方案完成其发明任务 一种一体化智能差压式质量流 量计，主要包括双锥形节流装置、复合传感器和微处理器及显示输出单元； 复合传感器包括主要由两个高精度压力传感元件所构成的测量电路和信号处理 单元；其中，由双锥形节流装置和主要由两个压力传感元件组成的测量电路构 成一次部分，用于对流体的流量、压力等过程参Sa行收集；由复合传感器的 信号处理单元和微处理器、显示输出单元构成质量流量计的二次部分，信号处 理单元用于对一次部分所采集到的信号进行调理整定、放大处理和A/D转换， 微处理器和显示输出单元用于实现对经过转换的数字信号进行运算处理、显示 输出、故障判断等功能。
在本发明中，双锥形节流装置包括测量管和设置在测量管内的双锥形节流 件，流量信号的产生是由双锥形节流件对流体截流作用而产生的，即当流体流 过双锥形节流件时，受到双锥形节流件边壁渐縮式的节流作用，流速会增大而 静压力会降低，通过直接安装在表体上的压力传感元件对压力进行观糧。其中一个压力传感元件设置在双锥形节流装置的观糧管上且位于双锥形节
流件的前部；另一个压力传感元件设置在双锥形节流装置的测量管上且位于与 双锥形节流件中部圆柱体相对应的位置。
微处理器具有外围设絲口，用以连接浓度计、密度计和其它物性仪表。 本发明中， 一次部分所采用的双锥形节流装置具有结构稳定、不易磨损、 长期稳定性好、信号精度高和压损小的特点，可以产生高质量的流量信号。复 合传感器由安装在测量管道上不同位置的两个高精度压力传感元件和信号处理 单元组成，具有测量精度高、结构紧凑、可在有腐蚀或高温环境下正常工作、 无需隔离且容易实现一体化。二次部分戶，用的信号处理单元可以对复合传感 器所采集的信号进行调理整定、放大处理和A/D转换，被转换为数字信号，以 便进行高精度运算。微处理器将通过转换的数字信号，利用系统预设的软件进 行各种运算，得出差压f直、静压力等值；通过存储器中预设在系统软件中的差 压式质量流量数学模型就可得出质量流量，再送到显示单元，显示出各种信息， 还可以对仪表系统进行自诊断。 本发明具有如下优点
1、禾U用全新的差压测量原理，即利用复合传繊测量压力，并得出差压， 具有结构紧凑、可在有腐蚀或高温环境下正常工作的优点，克服了传统差动电 容式差压变送器的范围度小的缺点，在保持精度不变的情况下，大大拓宽了范 围度，因此使得一体化差压式质量流量计既有耐脏污、结实耐用的优点，又精 确度高、范围度大，打破了差压式流量计不适合在宽范围度流量场合应用的惯 例。采用两个压力传感器进行差压测量，采用的原理是通过两个压力传感器分 别观糧不同位置的压力，将其转换为电信号，再送到微处理器进行相减运算得 出差压。这种方法的优点是其观糧范围慰艮宽，因为压力传繊由于观懂原理 的不同，没有测量范围度的影响，所以和节流元件配合测量流量时，可以达到 很宽的测量范围。另外，根据压力传感器的压阻式观糧原理，即其传感元件受 压后电阻值会发生变化，目前使用的大多为陶瓷压力传感器，具有耐高温、耐 腐蚀、抗冲击的优点，在测量腐蚀性、含杂质或高温的流体时，无需隔离。但 是采用这种方法测量差压的缺点是两个压力传感器难以保持性能一致性，如零 点飘移大小和方向，以至于影响电路的稳定性，从而导致误差增大。本发明采用复合传感器与节流装置配合测量流量，结合了传统差动电容式 差压变送器和压阻式压力变送器的优点，又克服了它们的缺点。它的原理是将 两个陶瓷压力传感元件，利用惠斯登电桥原理，位于一个电路当中，组成一个 传感器。并有基准电压作为参考。每个传感元件的性能一旦发生变化，整个电 路状态就会发生变化，变化被送到微处理器中，在和基准电压进行对比后，进 行相应的补偿，以保证测量精度。另外由于所采用的陶瓷压力传感元件具有耐 高温，耐腐蚀，抗冲击的优点，在观懂高温介质时无需长弓l压管线冷却，测量腐 蚀性介质时也无需隔离，减小了施工和维护的工作量。
2、 从结构上讲，将节流件、表体、压力、差压、驢三种传麟、信号处 理运算单元、显示输出单元集成在一台流量计里，结构紧凑、体积小、安装维 护方便简单，实现了真正的一体化。从功能上讲，它把流量测量、补偿运算、 外界参数参与运算结合在一起，育^够对影响流量测量精度的诸多因素进行在线 动态补偿运算，也可以接受来自外围仪表的精确数据，测量准确，误差小，可 靠性高。
3、 采用外界供电和自带电池供电的方式，用户可根据需要灵^择，使用 方便。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的另一种带温度补偿的型号结构示意图。
图3为本发明中表头的正面示意图。
图4为本发明中表头的侧面示意图。
图5为图4的前工作室A--A剖面图。
图6为图4的后工作室剖面图。
图7为复合传麟观懂电路的电路图。
图中，1、测量管，2、双锥形节流件，3、正取压口， 4、负取压口， 5、 6、 取压阀，7和8、高精度压力传麟，9、高精度》鹏传感器，10、引线管，11、 表头，12、信号处理单元，13、微处理器，14、显示输出单元，15、 LCD显示屏， 16、键盘，17、供电单元，18、接线端子，19、电池，20、支架。
具体实施例方式
根据附图给出的实施例对本发明加以说明-
如图1所示，本发明由一次部分和二次部分组成。 一次部分包括双锥形节流
装置和复合传感器。复合传ii^包括主要由两个高精度压力传感元件7和8构 成的领懂电路以及信号处理单元12;两个高精度压力传感元件7和8分别通过 取压阀5和6与安驗双锥形节箭潔置的观懂管1上，在测量管1上设有正取 压口 3和负取压口 4;其中高精度压力传感元件6与安装在正取压口 3上的取压 阀5连接，高精度压力传感元件7和安装在安装在负取压口上4的取压阀6连 接。其中正取压口 3位于测量管1上双锥形节流件2的前部的位置，负取压口 4 位于测量管1上与双锥形节流件2中部圆柱体相对应的位置。在测量管1上有 支架20，支架20上端固定有表头11，表头11里安装有复合传感器的信号处理 单元12、微处理器13、显示输出单元14。高精度压力传感元件7和8、温度传 感器9通过弓践管10和表头11里的信号处理单元12的输入端连接。
双锥形节流装置包括测量管1和双锥形节流f牛2，测量管上具有正取压口 3 和负取压口 4。测量管1的轴线和双锥形节流件2的轴线同轴，正取压口 3和负 取压口 4和双锥形节流件2的轴线垂直。双锥形节流件2的前后锥体的最大直 径与中部圆柱体的直径相等，前锥体的鞭大于后锥体的锥度。正取压口 3和 负取压口 4的中心线与测量管1的轴线垂直，正取压口 3和负取压口 4分别装 设有取压阀5和取压阀6。取压阀的一端和高精度压力传感元件连接，另一端安 装在取压口上。
在本发明中，二次部分主要由微处理器13、显示输出单元14组成,还具有 供电单元17。其中微处理器13、显示输出单元14和一次部分中复合传感器的 信号处理单元12 —同位于表头11的前工作室里，供电单元17位于表头11的 后工作室里。微处理器13的输入端和复合传自的信号处理单元12相连接， 输出端和显示输出单元14相连接。显示输出单元13由显示模决(LCD显示器 14)和输入模决15组成。后工作室里的供电单元17内置有接线端子18和电池 19，接线端子18可以连接外电源供电；后工作室还设置有其它接线端子构成外 围设备接口。
如图2所示，在测量管1上双锥形节流件2后部的的位置安装有》鹏传感器 9，用于在测量气体或蒸气时进行，检测，其测量值送入微处理器中进行，补偿运算。温度传感器9通过线管10和表头11里的微处理器相连接。
当流体流a^又锥形节纟織置的测量管1时，受到双锥形节流件2的节流作 用，流体被迫在双锥形节流件2处流束发生收縮，从而使流体加速，静压力降 低，在双锥形节流件2的正前方和中间圆柱体处产生压力差，利用伯努利定律 和流动连续性方程就可以测得流量。
本发明工作时，流体流经测量管l，高精度压力传感元件7用于检测流体的 压力，高精度压力传感元件8用于检测经过节流作用后的流体的压力。这两个 压力信号被送到复合传感器的信号处理单元12，经过信号调理电路的调理整定， 再駄信号放大器进行放大处理和A/D转换，被转换为精度较高的数字信号。
这个数字信号再送入微处理器13里，得出压力值，xm过求得两个压力之差得
出差压值，利用存储器中预设在系统软件中的差压式质量流量数学模型就可得 出质量流量，再送到显示输出单元14，可以在LCD显示器上15上显示出瞬日賴充 量、累积流量、流体的差压、压力等信息，同时还可以利用显示输出单元14的 输入模i央(即小键盘16)对流量及进行详细设置。信号处理单満电压信号进 行调理整定，再进行放大处理和A/D转换，转换为精度较高的数字信号，为现 有成熟技术，在此不作过多说^^。当流量计出现故障时，微处理器13还可以对 仪表的各个部鄉行自诊断，并在LCD显示器上15上显示各种故障代码，实现 自诊断功能。显示输出单元14的输出模i央可以将过程参量以4-20mA电流信号 和在其上叠加的数字信号输出，输出歪U显示仪表或工业计算机上。另外也可以 输出全数字双向通讯信号，利用远程台式终端或手持终端对其进行组态、参数 设定或修改。此外，显示输出单元14还能接受各种外围设备的信号，如密度计、 浓度计等，接收它们的精确测量值参与到流Mit算当中，以提高运算精度。
当测量介质为气体或蒸气时，工作过程与上述相同，只是送入微处理器的 信号多了一个温度信号，参与到温度压力补偿运算中。
复合传繊中的领糧电路说明如图7所示，在该电路中，两个高精度压 力传感元件和另夕卜两个电阻组成了一个惠斯登电桥，这个电桥与其它元件组成 了一个回路。在5V直流供电得条件下，当压力传感元件受压时，其电阻会发生 变化，从而使整个电路状态发生变化，这个变化被作为毫伏信号，经过信号调 理、整定，对其进行滤波后送到信号放大器进行放大处理和A/D转换，被转换
9为精度较高的数字信号，这个数字信号再送入微处理器里进行相关运算。同时
这个电路还有一个作为参考的电压基准，通过将电阻7、 8 (即高精度压力传感 元件)的参数参照。当它们的性能发生变化时，其电压状态与基准电压相对照 后送入微处理器，可以进行相应的运算处理，以补偿性能发生变化所带来的测
量误差。
权利要求
1、一种一体化智能差压式质量流量计，其特征是主要包括双锥形节流装置、复合传感器和微处理器显示输出单元；复合传感器包括主要由两个高精度压力传感元件所构成的测量电路和信号处理单元；其中，由双锥形节流装置和主要由两个压力传感元件(7)、(8)组成的测量电路构成一次部分，用于对流体的流量、压力等过程参量进行收集；由复合传感器的信号处理单元和微处理器、显示输出单元构成质量流量计的二次部分，二次部分还具有供电单位(17)，信号处理单元用于对一次部分所采集到的信号进行调理整定、放大处理和A/D转换，微处理器和显示输出单元用于实现对经过转换的数字信号进行运算处理、显示输出、故障判断。
2、 根据权利要求1戶舰的一体化智能差压颇量流量计，其特征是所述 的压力传感元件其中一个压力传感元件(7 )设置在双锥形节流装置的测量管(1) 上且位于双锥形节流件(2)的前部；另一个压力传感元件(8)设置在双锥形 节流装置的测量管(1)上且位于与双锥形节流件中部圆柱体相对应的位置。
3、 根据权利要求1戶脱的一体化智能差压式质量流量计，其特征是戶脱的微处理器具有用以连接浓度计、密度计和其它物性仪表的外围设置接口。
4、 根据权利要求1所述的一体化智能差压，量流量计，其特征是 一次 部分中的双锥形节流装置包括测量管(1)和双锥形节流件(2)，测量管(1) 的轴线和双锥形节流件(2)的轴线同轴；双锥形节流件(2)的前后锥体的最 大直径与中部圆柱体的直径相等，前锥体的锥度大于后锥体的锥度；在测量管(1)上设有正取压口 (3)和负取压口 (4)，正取压口 (3)和负取压口 (4) 的中心线与测量管(1)的轴线垂直，正取压口 (3)和负取压口 (4)分别装设 有取压阀(5)和取压阀(6);取压阀(5)的一端和高精度压力传感元件(7) 连接，另一端安装在正取压口 (3)上；取压阀(6)的一端和高精度压力传感 元件(8)连接，另一端安装在正取压口 (4)上。
5、 根据权利要求1戶脱的一体化智能差賦质量流量计，其特征是二次 部分中的微处理器(13)、显示输出单元(14)和一次部分中的复合传感器的信 号处理单元(12) —同位于表头(11)的前工作室里，供电单元(17)位于表 头(11)的后工作室里；微处理器(13)的输入端和复合传感器的信号处理单元(12)相连接，输出端和显示输出单元(14)相连接；显示输出单元(14) 由显示模块、LCD显示器和输出模±央组成；后工作室里的f共电单元(17)内置有 电池(18)和接线端子(19)，接线端子(19)既可以连接外电源进行直流24V 供电，也可以其它外围设錢收信号。
全文摘要
本发明属于流体流量测量技术。提出的一种一体化智能差压式质量流量计主要包括双锥形节流装置、复合传感器和微处理器显示输出单元；复合传感器包括主要由两个高精度压力传感元件所构成的测量电路和信号处理单元；其中，由双锥形节流装置和主要由两个压力传感元件(7)、(8)组成的测量电路构成一次部分，用于对流体的流量、压力等过程参量进行收集；由复合传感器的信号处理单元和微处理器、显示输出单元构成质量流量计的二次部分，二次部分还具有供电单位(17)，信号处理单元用于对一次部分所采集到的信号进行调理整定、放大处理和A/D转换，微处理器和显示输出单元用于实现对经过转换的数字信号进行运算处理、显示输出、故障判断。
文档编号G01F1/88GK101298993SQ20081005019
公开日2008年11月5日 申请日期2008年6月30日 优先权日2008年6月30日
发明者卢元锐, 杨允红, 刚 饶 申请人:洛阳聚能自动化仪表有限公司