一种皮托管一体化气体质量流量计的制作方法

本实用新型属于气体质量测量设备，涉及一种皮托管一体化气体质量流量计。

背景技术：

皮托管，英文名称Pitot tube，是通过测量流动气体的总压和静压来确定气流速度的一种管状装置，由法国H.皮托发明而得名。皮托管的构造为双层套管，其原理是利用头部中心处总压孔引入的来流总压和外套管壁上静压孔引入的来流静压，经差压变送器换算之后转化为流体的流速或流量。皮托管是皮托管流量计的技术基础。

卡门(Karman)旋涡，是在流体中设置旋涡发生体，从旋涡发生体两侧交替地产生的有规则旋涡，旋涡的发生频率与流过旋涡发生体的流体平均速度成正比。卡门(Karman)旋涡理论是涡街流量计的技术基础。在“卡门旋涡的理论分析及应用”(侯海存，青海师范大学学报，2005.3，P23-25)一文中关于卡门旋涡的理论进行了分析，卡门旋涡空气流量计的工作原理是：在卡门涡流发生器下游管路两侧相对安装超声波发射探头和接收探头，因卡门涡流对空气密度的影响，就会使超声波从发射探头到接收探头的时间比无旋涡时变晚而产生相位差。对此相位信号进行处理，就可得到旋涡脉冲信号，即代表体积流量的电信号输出，再乘以密度即得质量流量。

目前采用皮托管原理测量管道内气体质量流量的流量计主要包括皮托管传感器和差压变送器。

中国专利201220403958.1公开了一种插入式皮托管射流流量计。该射流流量计包括皮托管，所述皮托管包括迎风管和背风管，所述迎风管和背风管之间串接有射流传感器，所述射流传感器包括传感器壳体，传感器壳体通过其前端设置的介质进口与迎风管连接，通过其后端设置的介质出口与背风管连接，所述介质进、出口通过传感器壳体中设置的计量腔连通；由于本技术的插入式皮托管射流流量计在其迎风管和背风管之间串接有射流传感器，因此大大增加了产品的分辨力，使得其能够满足介质极低速流动的场合的需要，可解决皮托管分辨力差的问题。中国专利201410042184.8公开了一种压差流量测量系统，其包括连接到测量电路的压力传感器。细长探测器被配置以插入到管道中，所述管道载送过程流体流。压力传感器感测在流体流过探测器时在流体流中产生的压差。涡旋脱落稳定器定位成接近细长探测器并且定位在过程流体流中。涡旋脱落稳定器被配置以稳定靠近细长探测器的流体流中的涡旋脱落。

皮托管传感器具有导压管和取压头，导压管包括全压管和静压管，取压头的上部具有全压孔和静压孔，取压头的下段为柱形接头，所述全压孔通过全压通道与所述全压管连通，静压孔通过静压通道与所述静压管连通，所述全压管和静压管与所述差压变送器的输入端相连相连，差压变送器的信号输出端与所述流量计算机的信号输入端相连，上述结构的皮托管质量流量计仅适用于测量管道内仅有一种气体，且气体处于标准状态(常温常压)下的质量流量，上述结构的皮托管质量流量计在使用时，皮托管传感器从管道的侧壁垂直地插入管道内，让全压孔和静压孔的中心点连线在管道的轴线上，全压孔对着流体的来流方向，静压孔对着流体的去流方向，流体在管道内流动时，在导压管上端的全压接口和静压接口分别输出管道内流动着的流体的全压和静压，用管道内流动着流体的全压和静压，按流体力学原理可以计算出管道内流体的体积流量，再根据管道内的流体在标准状态下(常温常压)的密度，最终在流量计算机内计算出管道内流体的质量流量，并在计算机上显示。但是当管道内流动的是混合多组分气体，且处于实际工艺条件下(非标准状态)，上述结构的皮托管质量流量计则无法准确测量管道内混合多组分气体的质量流量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种皮托管一体化气体质量流量计，以克服现有技术无法准确测量管道内混合多组分气体的质量流量的缺点。

本实用新型提供一种皮托管一体化气体质量流量计，其特征在于：该皮托管一体化气体质量流量计包括皮托管传感器、差压变送器、流量计算机、旋涡频率传感器、引流管、管道法兰短管、温度变送器和压力变送器，所述皮托管传感器包括一根竖直设置的导压管，导压管底端为取压头，导压管从下向上依次穿过管道法兰短管、法兰球阀和引流管，管道法兰短管与导压管之间形成环形缝隙，引流管和导压管之间也形成环形缝隙，涡频率传感器通过取样管与管道法兰短管连通，涡频率传感器的输出端与流量计算机的输入端连接，引流管顶部和导压管顶部分别与差压变送器连接，引流管顶部还连接有温度变送器和压力变送器，温度变送器、压力变送器和差压变送器的输出端通过信号线均与流量计算机的输入端连接。

本实用新型进一步技术特征在于：所述导压管的内径一般为40～70mm。

本实用新型进一步技术特征在于：所述管道法兰短管的内径一般比导压管的内径大4～10mm。所述管道法兰短管内径与引流管内径相等。

本实用新型主要用于准确测量管道内流经的在实际工艺条件下(非标准状态)的混合多组分气体质量流量。如主要用于天然气、石油、化工、冶金、环保等行业的气体计量，例如火炬气、气田放空气、加热炉烟道气的气体计量等。

本实用新型与现有技术相比具有的优点是：本实用新型一种皮托管一体化气体质量流量计，结合了皮托管与卡门旋涡的技术基础，可以准确测量管道内混合多组分气体的质量流量。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，但附图和具体实施方式并不限制本实用新型的范围。

附图说明

图1是本实用新型一种皮托管一体化气体质量流量计安装在管道上时的剖视结构示意图。

图2是图1中皮托管传感器的结构示意图。

图中所示附图标记是：

1、皮托管传感器；2、差压变送器；3、流量计算机；4、取压头；5、导压管；6、管道法兰短管；7、环形缝隙；8、引流管；9、温度变送器；10、压力变送器；11、旋涡频率传感器；12、取样管；13、法兰球阀；20、圆形孔；21、管道。

具体实施方式

参见图1－图2，本实用新型一种皮托管一体化气体质量流量计，该皮托管一体化气体质量流量计包括皮托管传感器1、差压变送器2、流量计算机3、旋涡频率传感器11、引流管8、管道法兰短管6、温度变送器9和压力变送器10，所述皮托管传感器1包括一根竖直设置的导压管5，导压管5的底端为取压头4，导压管5从下向上依次穿过管道法兰短管6、法兰球阀13和引流管8，引流管8顶部和导压管5顶部分别与差压变送器2连接，引流管8顶部还连接有温度变送器9和压力变送器10，温度变送器9、压力变送器10和差压变送器2的输出端通过信号线均与流量计算机3的输入端连接，管道法兰短管6与导压管5之间形成环形缝隙7，引流管8与与导压管5之间也形成环形缝隙7，涡频率传感器11通过取样管12与管道法兰短管6连通。

本实用新型一种皮托管一体化气体质量流量计，其导压管5的内径一般选用40～70mm，管道法兰短管6的内径一般比导压管5的内径大4～10mm，引流管8的内径与管道法兰短管6的内径一般是相等。

本实用新型的简单工作过程是：

本实用新型一种皮托管一体化气体质量流量计，安装使用时需要在管道21的壁上开设圆形孔20，圆形孔20的径向尺寸一般介于皮托管流量传感器的导压管5的内径和管道法兰短管6的内径之间，通过管道法兰短管6把皮托管传感器1装在管道21上，使导压管5伸入到管道21内，打开法兰球阀13，由于本实用新型中的所述导压管5与管道法兰短管6之间形成有环形缝隙7，引流管8与导压管5之间也形成有环形缝隙7，用以传导流动气体的旋涡，旋涡频率传感器11的输入端通过取样管12与所述管道法兰短管6相连通，其信号输出端与所述流量计算机3的信号输入端相连，管道21内的混合多组分气体会通过导压管5与管道法兰短管6之间的环形缝隙7进入到取样管12，旋涡频率传感器11通过检测旋涡的频率，并把测量信号输入到所述流量计算机3，计算出混合多组分气体在标准状态下的密度；本新型中所述的引流管8与导压管5之间也形成有环形缝隙7，引流管8上连有温度变送器9和压力变送器10，温度变送器9和压力变送器10的信号输出端与所述流量计算机3的信号输入端相连，可测量出管道21内混合多组分气体的实际温度和压力，并把测量信号输入到流量计算机3，差压变送器2分别与引流管8和导压管5连接，可测出引流管8和导压管5之间的压差，并把测量信号输入到流量计算机3，再结合管道21内混合多组分气体的流量、标准状态的密度，并以管道21内的实际工况下的温度和压力作为补偿，通过流量计算机3进行计算，最终得出管道21内混合多组分气体的质量流量。

计算混合多组分气体的标准密度，理论推理如下：

管道21内气体通过作为旋涡发生体的皮托管传感器1探头时，交替地产生有规则的旋涡(卡门漩涡)，根据卡门漩涡理论，气体的体积流量Q1和旋涡脉冲的频率f成正比，即Q1＝k₁×f，其中k₁是比例系数。

同时，根据皮托管原理，通过皮托管传感器1与差压流量计测量出的气体体积流量Q2＝k₂×((△P/ρ)的平方根)的商的平方根，其中k₂是比例系数、△P是全压与静压的压差、是标准状态下气体密度。

这两个体积流量Q1、Q2应相等，因此可以计算出混合气体标准状态下的密度值ρ。