气固两相流的管路中固相流量的测量装置的制作方法

1.本实用新型涉及气力输送的流量测量领域，尤其是涉及一种气固两相流的管路中固相流量的测量装置。


背景技术：

2.在烟草、煤炭、粮食、制药、化工、食品等过程工业中，经常采用管道气体输送的方法，靠气相携带固相来完成运输功能。在此过程中，经常需要进行固相流量的测量，来确定输送参数和指导下一步生产。现阶段一般采用静态称重法、差压法、电磁法、光学法、射线法、超声波法等方法来测固相流量，这些方法由于测量原理不同，在测量的准确性和实时性方面都存在不同程度的难度。其中，静态称重法通过取样静态称重实现质量流量测量，测量的时间响因慢，实时性差，在工艺变化较快的情况下，准确性差；现有的差压法测量固相质量流量依靠气固比、气固相的截面流速等来计算固相流量，同时通过修正系数进行修正，这种方法中，气固比或气固相的截面流速本身就是很难准确测量的量，导致现有压差法测量的准确性差；电磁法采用物料表面的微弱带电实现感应，物料流量越大，感应荷电越强烈，但这种方法根据不同的物料性质、含水量、粒度等物理参数不同，荷电量差异较大，测量的物料质量流量误差较大；光学法、射线法、超声波法等都是采用非直接测量，物料的叠加、分散度等不同，测量的结果差异较大，准确性非常差。综合以上现有方法，气固两相流中固相流量的测量是现有测量技术中的难点，由于固相的存在，现有气相的测量准确性也受到极大影响。
3.由于烟草输送固相物料松散、流速快、物料湿度高等特点，现有技术对固相流量测量难度大，实时性、准确性差，同时现有的测量装置结构通常较为复杂，导致整体使用较为不便。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种气固两相流的管路中固相流量的测量装置，该测量装置结构简单、组件少，使用便利。
5.根据本实用新型第一方面实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置，所述测量装置包括：局部阻力管段，所述局部阻力管段适于与气固两相流的管路连通，所述局部阻力管段为变径管段或孔板管段；第一检测口和第二检测口，所述第一检测口和所述第二检测口均设于所述局部阻力管段的阻力前段；第一压力传感器，所述第一压力传感器的第一端与所述第一检测口连通且所述第一压力传感器的第二端与大气连通，用于测量所述第一检测口与大气压之间的压差pa；第三检测口，所述第三检测口设于所述局部阻力管段的阻力后段；第二压力传感器，所述第二压力传感器的第一端与所述第二检测口连通且所述第二压力传感器的第二端与所述第三检测口连通，用于测量所述第二检测口与所述第三检测口之间的压差pb;数据处理器，所述数据处理器分别与所述第一压力传感器以及所述
第二压力传感器连接。
6.根据本实用新型实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置，通过设置局部阻力管段，并在局部阻力管段设置第一检测口、第二检测口和第三检测口，利用压力传感器与不同检测口连通进行压差测量，进而通过数据处理器进行固相流量测量，相比于相关技术中的固相流量的测量装置结构复杂、使用不便的情况而言，该测量装置结构简单、组成部件较少且使用场合较广，可广泛运用于在煤炭输送、烟草加工、粮食输送、化工生产等工业场合，使用较为便利。
7.根据本实用新型的一些实施例，当所述局部阻力管段为变径管段时，所述第一检测口和第二检测口位于所述变径管段的第一段，所述第三检测口位于所述变径管段的第二段，所述第一段的直径大于所述第二端的直径。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述局部阻力管段为文丘里管段或直接变径管段。
9.根据本实用新型的一些实施例，当所述局部阻力管段为孔板管段时，所述第一检测口和所述第三检测口分别位于所述孔板管段的孔板的两侧，所述第二检测口与所述第一检测口位于所述孔板管段的孔板的同一侧。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述测量装置还包括自动清洗装置，所述自动清洗装置与所述孔板管段的孔板连通以对所述孔板进行清洗。
11.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
12.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
13.图1是根据本实用新型一个实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置的示意图；
14.图2是根据本实用新型另一个实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置的示意图；
15.图3是根据本实用新型又一个实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置的示意图；
16.图4是根据本实用新型实施例的气固两相流中固相流量的测量方法的拟合过程示意图；
17.图5是根据本实用新型实施例的气固两相流中固相流量的测量方法的拟合过程示意图；
18.图6是根据本实用新型实施例的气固两相流中固相流量的测量方法的拟合过程示意图。
19.附图标记：
20.1、局部阻力管段，2、流量测量系统，3、数据处理器，4、第一检测口，5、第二检测口，6、第三检测口，7、第一压力传感器，8、第二压力传感器，9、自动清洗系统，10、文丘里管，11、直接变径管，12、孔板。
具体实施方式
21.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
22.下面参考图1-图3描述根据本实用新型实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置。
23.根据本实用新型实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置包括局部阻力管段、第一检测口和第二检测口、第一压力传感器、第三检测口、第二压力传感器和数据处理器。
24.局部阻力管段可以适于与待测的气固两相流管路连通，用于产生局部阻力，第一检测口和第二检测口均位于局部阻力管段的阻力前段，即第一检测口和第二检测口均位于局部阻力管段产生阻力前的管段。第一压力传感器的第一端与第一检测口连通，第二端与大气压连通，用于测量第一检测口处的压力与大气压之间的压差pa。
25.第三检测口设于局部阻力管段的阻力后段，即第三检测口设于局部阻力管段产生阻力后的管段，第二压力传感器的第一端与第二检测口连通，第二端与第三检测口连通，用于测量第二检测口的未产生阻力损失前的压力与经过阻力损失后的压力之间的压差pb。
26.进一步地，数据处理器分别与第一压力传感器和第二压力传感器相连以接收第一压力传感器和第二压力传感器的测量数据压差pa、pb，并且利用压差pa、pb计算固相流量。
27.通过设置局部阻力管段，并在局部阻力管段设置第一检测口、第二检测口和第三检测口，利用压力传感器与不同检测口连通进行压差测量，进而通过数据处理器进行固相流量测量，相比于相关技术中的固相流量的测量装置结构复杂、使用不便的情况而言，该测量装置结构简单、组成部件较少且使用场合较广，可广泛运用于在煤炭输送、烟草加工、粮食输送、化工生产等工业场合，使用较为便利。
28.如图1-图3所示，在本实用新型的一些实施例中，所述局部阻力管段为变径管段或孔板管段。
29.在一些示例中，如图1-2，当局部阻力管段为变径管段时，第一检测口和第二检测口位于变径管段的第一段，第三检测口位于变径管段的第二段，第一段的直径大于第二端的直径，其中，局部阻力管段为文丘里管段或直接变径管段。
30.在另一些示例中，如图3，当局部阻力管段为孔板管段时，第一检测口和第三检测口分别位于孔板管段的孔板的两侧，第二检测口与第一检测口位于孔板管段的孔板的同一侧。
31.进一步地，为了避免物料、尘土等堵塞孔板，还包括自动清洗装置，所述自动清洗装置与所述孔板管段的孔板连通以对所述孔板进行清洗。
32.在一些实施例中，数据处理器可以为电脑主机，或者为数据分析组件，所述主机或数据分析组件中采用预设公式c= k2（pb-k1*pa）+b1 计算固相流量c，其中，k1、k2和b1为与待测气固两相流管路连通前的按照预设条件预先测定的参数，其中0.5≤k1≤0.8，-0.001≤k2≤-20，0≤b1≤500。
33.根据本实用新型的一些实施例，数据处理器包括拟合组件，拟合组件在预设条件
下预先拟合得到参数k1、参数k2以及参数b1，所述预设条件为在所述局部阻力管段按照预设的固相流量以及气相流量条件下输送与所述管路相同的气固两相流，也就是说，参数k1、k2、b1是在测量装置与实际待测气固两相流管路连通前测定的，具体地，在实验条件下，采用与待测管路相同的气固两相流，在已知预设的固相流量的情况下，调节气相流量例如气体的流速，采用拟合方式测得参数k1、参数k2以及参数b1。
34.根据本实用新型的一些实施例，拟合组件包括第一拟合单元，所述第一拟合单元在所述预设条件下，根据不同组的固相流量、以及每组固相流量在不同的气相流量下的所述压差pa和所述压差pb在以所述压差pa以及所述压差pb形成的坐标系内拟合出不同组固相流量所分别对应的直线，并将该不同直线的斜率进行平均拟合以得到第一斜率以及不同组固相流量所对应的直线的截距值，所述第一斜率为所述参数k1。
35.具体拟合过程包括：s11，在预设条件下，在气固两相流中固定固相流量c，通过调节不同的气相流量，检测局部阻力管段中的压差pa以及压差pb；
36.s12，在以压差pa为横轴、压差pb为纵轴的坐标系中拟合出固相流量c对应的直线；
37.s13，重复步骤s11-s12，并使得每组的固相流量c均不相同，拟合得到不同组固相流量c对应的直线；
38.s14，将步骤s13中得到的不同组固相流量c对应的直线进行斜率平均拟合，拟合得到第一斜率，以及不同组固相流量所对应的直线的截距值，所述第一斜率为参数k1。
39.根据本实用新型的一些实施例，拟合组件还包括第二拟合单元，第二拟合单元将第一拟合单元拟合得到的不同组固相流量对应的截距值以及对应的固相流量c拟合成直线，该直线的斜率为第二斜率，第二斜率为参数k2，该直线的截距为参数b1。
40.具体拟合过程还包括：s15，在以截距为横轴、固相流量为纵轴的坐标系中，将步骤s14中不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到直线；
41.s16，计算不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到的直线的第二斜率，所述第二斜率为参数k2；
42.s17，计算不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到的直线的纵轴截距值，该截距值为参数b1。
43.在一些实施例中，数据处理器还包括调节参数b2，b2为矫正数，预设公式进一步地优选为c= k2（pb-k1*pa）+b1+b2，即在与待测气固两相流管道连通测定参数k1、k2和b1后，将测量装置的局部阻力管段与待测气固两相流管道连通，通过矫正参数b2根据现场的工况、温度等进行实际调零。
44.下面结合具体实施例描述根据本实用新型实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置。
45.如图1，根据本实用新型一个具体实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置，气固两相流的管路中固相流量的测量装置包括局部阻力管段1（文丘里管10）、流量测量系统2和数据处理器3。其中流量测量系统2由第一检测口4、第二检测口5、第三检测口6、第一压力传感器7和第二压力传感器8组成，局部阻力管段1为先收缩而后逐渐扩大的文丘里管。在文丘里管10的管径收缩之前的位置开设第一检测口4、第二检测口5，在文丘里管的管径收缩到最窄处喉管部之后的位置开设第三检测口6，第一检测口4、第一压力传感器7、大气通过管道连接，测量压差pa和相对应的压力波动；第二检测口5、第二压力传感器8、第
三检测口6通过管道连接，测量压差pb和相对应的压力波动，形成采样管路。采样的信号通过电路与数据处理器3连接。当管道中流过气固两相流时，会产生阻力损失，由于局部阻力管段1（文丘里管10）的放大作用，产生的压差a、b出现较为显著的线性关系，而曲线的斜率、截距与物料流量有一定的线性关系，通过该原理，产生实时拟合参数，封装到数据处理器3中，通过采样管路实时的将压差a、b采集到数据处理器中，进行计算，得到管道内的物料流量。同时通过滤值、取平均、对比迭代等方法对物料流量进行校准，输出到显示屏上。
46.如图2，根据本实用新型另一个具体实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置，采用直接变径管11作为局部阻力管段1，原理与步骤与实施例1相同。
47.如图3，根据本实用新型又一个具体实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置，采用设置孔板12的管段作为局部阻力管段1，并且由于孔板的特性，容易被堵塞，因此配套自动清洗装置对孔板版的测量装置进行优化，该自动清洗系统为气泵，能够产生高压气体，该气动泵通过三通阀及管道与孔板12连接，与气泵相连三通阀的一路处于常闭状态，当测量装置停止工作时，打开气泵的一路阀门，启动气泵产生高压气体，对孔板12进行高压吹风，将附着在孔板12上的物料、粉尘进行清理。
48.根据本实用新型第二方面实施例的气固两相流中固相流量的测量方法，包括以下步骤：
49.s1，在预设条件下预先拟合得到参数k1、参数k2以及参数b1，所述预设条件为在局部阻力管段按照预设的固相流量以及气相流量条件下输送与所述管路相同的气固两相流；
50.s2，在局部阻力管段通入待测气固两相流；
51.s3，测量局部阻力管段的阻力前段与大气压之间的压差pa；
52.s4，测量局部阻力管段的阻力前段与阻力后段之间的压差pb；
53.s5，根据压差pa以及压差pb应用预设公式计算待测气固两相流中的固相流量c，所述预设公式包括：c= k2（pb-k1*pa）+b1，
54.其中，0.5≤k1≤0.8，-0.001≤k2≤-20，0≤b1≤500。
55.进一步地，步骤s1包括：
56.s11，在预设条件下，在气固两相流中固定固相流量c，通过调节不同的气相流量，检测局部阻力管段中的压差pa以及压差pb；
57.s12，在以压差pa为横轴、压差pb为纵轴的坐标系中拟合出固相流量c对应的直线；
58.s13，重复步骤s11-s12，并使得每组的固相流量c均不相同，拟合得到不同组固相流量c对应的直线；
59.s14，将步骤s13中得到的不同组固相流量c对应的直线进行斜率平均拟合，拟合得到第一斜率，以及不同组固相流量所对应的直线的截距值，所述第一斜率为参数k1；
60.s15，在以截距为横轴、固相流量为纵轴的坐标系中，将步骤s14中不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到直线；
61.s16，计算不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到的直线的第二斜率，所述第二斜率为参数k2；
62.s17，计算不同组固相流量及该固相流量所对应的截距值拟合得到的直线的纵轴截距值，该截距值为参数b1。
63.具体地，选取局部阻力管段后，使用电子秤称不同的物料量，例如称取5-6组，进行
参数测定实验。主要步骤为，均匀投料，调节不同的气相速度，从而改变气固两相流的气固比，记录不同的压差pa和压差pb，并按不同的物料流量进行一次线性拟合，选取最大斜率与最小斜率，在这个范围内，以不同的斜率对直线进行重新拟合，并对斜率进行微调，直到所有拟合直线的拟合度平均值最小，此时的斜率即为标定的k1；此时，将所有拟合直线的截距与物料流量进行一次线性拟合，斜率即为标定的k2，截距为标定的b1。而b1则需要在不同的环境使用下，通过整定实验，进行微调保证系统的准确。
64.下面结合具体示例进行说明，如图4，在不同组的固相流量的情况下，例如固相流量c1=100kg/h，调节气相流量（风速），记录此时不同压差pa和pb，绘制固相流量c1=100kg/h的直线，同样地，依次绘制固相流量c2=200kg/h、c3=300kg/h、c4=400kg/h的直线。
65.通过趋近算法（取斜率的最大值，最小值为区间上下限，然后在范围中不断调整斜率，使用该斜率反拟合实验得到的点，直到上述的直线的平均拟合程度达到最好）进行拟合，使得固相流量c1=100kg/h、c2=200kg/h、c3=300kg/h、c4=400kg/h的直线平均拟合程度最好，此时得到直线的斜率为第一斜率，即为k1。并且使用斜率k1重新拟合实验得到的点，得到拟合直线，将这些直线绘制出来，如图5所示，此时记录各个固相流量c1=100kg/h、c2=200kg/h、c3=300kg/h、c4=400kg/h下对应的纵轴截距值。
66.如图6，采用所有拟合直线的截距为x轴，以所有直线所代表的固相流量为y轴，绘制直线，该直线的斜率即为第二斜率k2，纵轴对应的截距值就是求出来的b1。
67.由此，根据本实用新型实施例的气固两相流中固相流量的测量方法先通过实验在预设条件下预先拟合出参数k1、k2和b1，然后将局部阻力管段与待测气固两相流管道连通，检测此时的压差pa和压差pb，应用预设公式c= k2（pb-k1*pa）+b1实现固相流量的测量，该测量方法的测量结果可靠，测量数据稳定、响应迅速，使用场合较广，可广泛运用于在煤炭输送、烟草加工、粮食输送、化工生产等工业场合。
68.在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
69.在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
70.在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
71.在本实用新型的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
72.根据本实用新型实施例的气固两相流的管路中固相流量的测量装置和气固两相流中固相流量的测量方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
73.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
74.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：
在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。