一种高精度宽量程一体化差压式流量测量装置的制作方法

本发明涉及流量测量技术领域，具体地，涉及一种高精度宽量程一体化差压式流量测量装置。

背景技术：

差压式流量计是一种通过安装在管道中的节流装置产生的差压、已知的管道尺寸和流体条件来测量流量的仪表。由于其价格低廉、技术成熟、性能稳定可靠、检定方便等优点，在涉及流体检测和计量的各个领域中得到广泛使用。

目前，用于测量流量的差压式流量计绝大部分测量精度较低，例如中国专利cn207963969u所公开了一种流量计，包括：楔形流量传感器、差压变送器和流量积算仪；所述楔形流量传感器包括：测量管、法兰盘、上游取压口、下游取压口、上游导压管、下游导压管、三阀组以及固定在测量管内壁上的楔形体；所述楔形体的顶角呈圆滑状，楔形体的顶角朝下，该结构有利于含悬浮颗粒的液体或粘稠液体及脏污介质顺利通过；所述测量管的内壁上还设有温度传感器。

从上述公开的文件可以看出，现有的差压式流量计绝大部分由单台差压变送器与节流装置所组成，采用此种结构的差压式流量计存在着严重的缺点，即流量与差压的开方呈正比关系，使得能够保证精度的流量测量下限一般只能达到满量程流量值的30％，这就大大限制了该差压式流量的使用范围。

另外，差压变送器采用4～20ma的电流信号将差压值传送至流量积算仪中，再经过一些运算得出流体流量，在这一过程中，涉及到了一次数模转换和一次模数转换，这两次转换过程中，不可避免地会带来计量精度的损失，也严重的影响了测量精度。

现有技术中为了解决上述技术问题，大多采用大小管自动或手动切换、双孔板切换、采用高低量程双膜盒变压器、对变送器低输出进行信号放大、采用高精度涡街流量计等方法。但是采用上述这些方法，存在诸如结构复杂、成本过高、操作不便、可靠性差、维护困难、量程比(差压式流量计满量程与可保证测量精度的最小流量的比值)扩大程度不理想、精确度没有真正提高等一个或多个问题，而不能很好地解决用户的测量难题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高精度宽量程一体化差压式流量测量装置。

根据本发明提供的一种高精度宽量程一体化差压式流量测量装置，其特征在于，包括

一用于安装在被测流体管道上的一体化节流装置；

所述一体化节流装置包括一体化成型设计的节流装置、导压装置和管道主体，在所述管道主体的两端分别开拆卸设置在被测流体管道上，所述节流装置设置在管道主体的内部用于对流体进行节流；

一用于对流经一体化节流装置的流体进行压力检测的压力检测装置，所述压力检测装置设置在管道主体上；

一用于对流经一体化节流装置的流体进行温度检测的温度检测装置，所述温度检测装置设置在管道主体上；

一用于对流体的流量进行测量且量程较大的高量程流量测量装置，所述高量程流量测量装置设置在管道主体的一侧上；

一用于对流体的流量进行测量且量程较小的低量程流量测量装置，所述低量程流量测量装置的量程小于高量程流量测量装置，所述低量程流量测量装置设置在管道主体的另一侧上，且与高量程流量测量装置位于同一垂直于管道主体轴线的铅锤面上；

一流量积算仪，所述流量积算仪分别与压力检测装置、温度检测装置、高量程流量测量装置和低量程流量测量装置通讯连接；

所述流量积算仪根据实际测量的流量值能够对高量程流量测量装置测量的流量值与低量程流量测量装置测量的流量值进行自动切换，且对切换后的流量值进行补偿计算并显示。

在本发明的一个优选实施例中，所述温度检测装置包括用于检测流经管道主体内流体的温度的温度探头，所述温度探头与温度变送器通讯连接，所述温度变送器与流量积算仪通讯连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述压力检测装置包括用于导出流经管道主体内流体的压力的导压管，所述导压管与压力变送器通讯连接，所述压力变送器与流量积算仪通讯连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述高量程流量测量装置包括内部设有高压取压通道和低压取压通道的第一导压管，所述第一导压管的一端设置在管道主体的一侧上，且使高压取压通道的高压取压口位于流体的高压处，同时使低压取压通道的低压取压口位于流体的低压处，所述第一导压管通过第一过渡管与用于测量流体高低位压差的高量程差压变送器相连接，在所述第一导压管与第一过渡管之间设有第一冷凝筒，在所述第一过渡管的尾部设有第一三阀组，所述高量程差压变送器与流量积算仪通讯连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述低量程流量测量装置包括内部设有高压取压通道和低压取压通道的第二导压管，所述第二导压管的一端设置在管道主体的另一侧上，且使高压取压通道的高压取压口位于流体的高压处，同时使低压取压通道的低压取压口位于流体的低压处，所述第二导压管通过第二过渡管与用于测量流体高低位压差的低量程差压变送器相连接，在所述第二导压管与第二过渡管之间设有第二冷凝筒，在所述第二过渡管的尾部设有第二三阀组，所述低量程差压变送器与流量积算仪通讯连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述流量积算仪包括mcu处理单元、供电单元、hart转换单元、输出单元、显示/触控单元和通信单元，所述mcu处理单元分别与hart转换单元、输出单元、显示/触控单元和通信单元通讯连接，所述供电单元分别与mcu处理单元和hart转换单元电连接。

在本发明的一个优选实施例中，在所述管道主体的两端分别设有用于连接被测流体管道的法兰。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1.精度高：各变送器与流量积算仪之间采用hart通信，避免模拟信号和数字信号相互转换时的精度损失。在实现传统的温压实时补偿的同时，还实现了流出系数和可膨胀性系数的实时补偿。确保了测量数据的精确可靠。

2.量程比较宽：通过增设一台低量程差压变送器，并结合hart通信和诸多补偿运算，可以将量程比扩大到100:1，甚至更多。

3.安装简单：节流装置、压力变送器和管道主体采用一体化设计，安装时仅需将法兰连接到被测流体管道上即可。

4.维护方便：采用hart通信，流量积算仪不仅可以读取变送器的流量、压力等信号，还可以读取各变送器的实时工况和基本的仪表信息。流量积算仪可通过通信单元将这些信息上传至上位机，方便操作人员对测量仪表的工况周期以及状态跃迁进行分析。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的控制原理图。

图2为本发明一体化节流装置与温度检测装置以及高量程流量测量装置安装后的结构示意图。

图3为本发明采用hart总线连接后的结构示意图。

图4为本发明流量积算仪的控制原理图。

图5为本发明流量积算仪程序运行流程图。

图6为本发明高、低量程切换原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照附图1-图2所示，图中给出了一种高精度宽量程一体化差压式流量测量装置，包括一体化节流装置、压力检测装置100、温度检测装置200、高量程流量测量装置300、低量程流量测量装置400和流量积算仪500。

一体化节流装置100用于安装在被测流体管道上，一体化节流装置100包括一体化成型设计的节流装置、导压装置和管道主体600，在管道主体600的两端分别开拆卸设置在被测流体管道上，节流装置设置在管道主体600的内部用于对流体进行节流。

在管道主体600的两端分别设有用于连接被测流体管道的法兰，安装时仅需将选用螺栓穿过开设在法兰圆周方向上的通孔与螺纹孔配合，就可以将管道主体较为方便的安装在被测流体管道上，采用此种结构便于安装，有效的提高了管道主体的安装效率。

压力检测装置100用于对流经一体化节流装置的流体进行压力检测，压力检测装置设置在管道主体上，压力检测装置100包括用于导出流经管道主体600内流体的压力的导压管，导压管与压力变送器110通讯连接，压力变送器110与流量积算仪500通讯连接。

温度检测装置200用于对流经一体化节流装置的流体进行温度检测，温度检测装置设置在管道主体600上，温度检测装置200包括用于检测流经管道主体600内流体的温度的温度探头，温度探头与温度变送器210通讯连接，温度变送器210与流量积算仪500通讯连接，且能够将温度探头检测的温度信号通过温度变送器210发送至流量积算仪500上，且能够在其上部进行显示，采用上述结构能够实现温压实时补偿。

高量程流量测量装置300用于对流体的流量进行测量且量程较大，高量程流量测量装置300设置在管道主体600的一侧上，高量程流量测量装置300包括内部设有高压取压通道和低压取压通道的第一导压管310，第一导压管310的一端设置在管道主体600的一侧上，且使高压取压通道的高压取压口位于流体的高压处，同时使低压取压通道的低压取压口位于流体的低压处。

第一导压管310通过第一过渡管320与用于测量流体高低位压差的高量程差压变送器330相连接，在第一导压管310与第一过渡管320之间设有第一冷凝筒340，在第一过渡管310的尾部设有第一三阀组350，高量程差压变送器330与流量积算仪500通讯连接。

低量程流量测量装置400用于对流体的流量进行测量且量程较小，低量程流量测量装置400的量程小于高量程流量测量装置，低量程流量测量装置400设置在管道主体600的另一侧上，且与高量程流量测量装置300位于同一垂直于管道主体600轴线的铅锤面上。

低量程流量测量装置400包括内部设有高压取压通道和低压取压通道的第二导压管410，第二导压管410的一端设置在管道主体600的另一侧上，且使高压取压通道的高压取压口位于流体的高压处，同时使低压取压通道的低压取压口位于流体的低压处。

第二导压管410通过第二过渡管420与用于测量流体高低位压差的低量程差压变送器430相连接，在第二导压管410与第二过渡管420之间设有第二冷凝筒440，在第二过渡管420的尾部设有第二三阀组450，低量程差压变送器430与流量积算仪500通讯连接。

低量程差压变送器430与高量程差压变送器330通过支架700设置在管道主体600上，有效的提高了低量程差压变送器430与高量程差压变送器330和管道主体600之间的稳定性能，进一步提高了该装置的测量精度。

参照图3所述，高、低量程差压变送器330、430、压力变送器110以及温度变送器210都挂在hart总线上，这些设备的地址不能重复，流量积算仪500采用轮询的方式依次读取上述变送器中的数字输出信号，并进行运算处理。

参照图4所示，流量积算仪500分别与压力检测装置100、温度检测装置200、高量程流量测量装置300和低量程流量测量装置400通讯连接，流量积算仪500根据实际测量的流量值能够对高量程流量测量装置300测量的流量值与低量程流量测量装置400测量的流量值进行自动切换，且对切换后的流量值进行显示。

流量积算仪500包括mcu处理单元510、供电单元520、hart转换单元530、输出单元540、显示/触控单元550和通信单元560，mcu处理单元510分别与hart转换单元530、输出单元540、显示/触控单元550和通信单元560通讯连接，供电单元520分别与mcu处理单元510和hart转换单元530电连接。

供电单元520包括电池521和电源板522，电池521与电源板522电连接，电源板522分别与mcu处理单元510以及hart转换单元530电连接，电源板522还可以接入220v的电源，mcu处理单元510通过与其连接的接头531可为压力变送器110、温度变送器210、高量程差压变送器330和低量程差压变送器430进行供电，且通过+24v直流电源进行供电。

mcu处理单元510采用轮询的方式，依次读取高、低量程差压变送器330、430、压力变送器110、温度变送器210的数字输出信号，并根据这些信号对流量进行运算处理。hart转换单元530主要是将mcu处理单元510输出的485信号转换成上述变送器可识别的hart信号，并将上述变送器输出的hart信号转换成mcu处理单元可处理的485信号。

参照图5所示，在流量积算仪500中事先设置好高、低量程差压变送器的量程、流量切换点、切换窗口以及其它相关参数。当流量积算仪500上电或者复位后，首先进行一系列初始化设置，然后开始轮询读取差压、压力、温度等信号，根据这些信号以及事先设置的参数运算出瞬时流量，并对其进行温压、流出系数、可膨胀性系数等补偿，得出实际瞬时流量q，同时进行流量累积。之后，流量积算仪会将当前的瞬时流量q与设置的流量切换点进行对比，判断是否需要切换量程。做完量程切换判断后，流量积算仪会将当前的瞬时流量、累积流量、温度、压力等信息通过显示单元显示出来，随后再进行按键处理、通信处理等工作后，进入下一次循环。

参照图6所示，从最左侧的0到低量程100％，是低量程差压变送器的量程范围。增设一台低量程差压变送器，可以将流量测量下限由原先的高量程测量下限点左移到低量程测量下限点。如此一来，再采用hart通信传输信号以及对流量的实时补偿，可以将量程比进一步扩大到100:1，甚至更多。

采用高、低量程差压变送器330、430需要注意的是，高、低量程差压变送器330、430的量程选择，以及切换点和切换窗口的设置。为了防止在切换点附近的量程跳变，必须设置切换窗口(下降切换点到上升切换点之间的这一段)。切换窗口选择太窄则起不到防止跳变的作用，如果选择太宽，则势必会减小量程比。因为必须保证切换窗口在高、低量程的有效测量范围内，即必须选择在高量程测量下限到低量程100％之间。

每一次流量计算时，流量积算仪500都会根据当前选择的量程采用对应的差压变送器的差压值进行流量运算，并进行补偿计算后得出瞬时流量，然后再通过比较瞬时流量与事先设置的流量切换点来判定下一次流量计算采用高量程还是低量程，这一过程称之为高低量程切换。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。