一种高温旋进流量计集中监测系统和监测方法与流程

本发明属于流量计，具体为一种高温旋进流量计集中监测系统和监测方法。

背景技术：

1、流量计是一种用于测量流体流动量或流速的仪器，它在石油、化工、电力、冶金等行业中有着广泛的应用。根据测量原理的不同，流量计可以分为差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计、质量式流量计等多种类型。

2、速度式流量计是一种利用流体在流动过程中产生的某种速度特征来测量流量的仪器，它具有结构简单、响应快、适用范围广等优点。速度式流量计主要有涡轮流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计以及时差式超声波流量计等。

3、旋进旋涡流量计是一种利用气体在旋转物体周围产生的旋涡来测量流量的仪器，它是在涡街流量计的基础上发展而来的。旋进旋涡流量计的传感器的流通剖面是类似于文丘里管的型线，在管道入口处设置一组螺旋形导流叶片构成漩涡发生器，使流体经过时发生旋转，并在管道中心线附近形成漩涡，这个漩涡的中心一边围绕管道中心线旋转，一边随流体前进一边扩大旋转半径，形成一个类似锥形螺旋线的旋进运动。当漩涡进入扩散段时，由于流速减慢，旋转流体受到回流的作用，开始做二次旋转，漩涡出现转折点，形成涡流进动现象。这时，漩涡频率与介质的流速成正比，并为线性，通过监测漩涡频率就可以推算出气体流量。

4、旋进旋涡流量计相比于其他速度式流量计具有以下优点：（1）结构简单，无可动部件，耐磨损，维护方便；（2）测量精度高，重复性好，线性范围宽；（3）对介质温度、压力、密度、粘度等变化不敏感；（4）前后直管段要求低，节省安装空间；（5）可测量多相介质和含杂质介质。

5、然而，现有的旋进旋涡流量计也存在以下问题：（1）对于高温气体的测量，需要保证旋进旋涡流量计的工作温度在其允许范围内，否则会影响测量精度和仪表寿命；（2）对于含水汽或含凝结物的气体的测量，需要防止水汽或凝结物在仪表内部积聚或结冰，否则会影响信号监测和传输；（3）对于不稳定或脉动的气体的测量，需要消除或减小气体脉动对漩涡频率的干扰，否则会导致测量误差。

6、因此，如何提高旋进旋涡流量计的测量性能和可靠性，适应高温、含水汽或含凝结物、不稳定或脉动等复杂的气体流量测量条件，是目前旋进旋涡流量计技术发展的重要方向和难点问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提供高温旋进流量计集中监测系统和监测方法，解决在高温环境下测量气体流量的技术问题，采用了利用气体在旋转物体周围产生的旋涡来测量流量的技术方案，产生了结构简单、精度高、响应快等有益效果。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种高温旋进流量计集中监测系统，该系统包括：

4、（1）多个旋进流量计，分别安装在需要测量的高温气体管道上，每个旋进流量计包括一个旋转物体和一个传感器，传感器用于监测气体在旋转物体周围产生的旋涡的频率；

5、（2）信号处理器，与多个旋进流量计的信号输出线相连接，信号处理器对信号进行放大、滤波、整形处理，将信号转换为标准电流或电压信号；

6、（3）数据采集器，与信号处理器的输出信号相连接，数据采集器对信号进行采样、转换、存储操作，并将数据通过通讯接口传输到上位机；

7、（4）上位机，与数据采集器的通讯接口相连接，上位机对数据进行分析、显示、记录功能，实现对多个旋进流量计的集中监测和管理。

8、本发明的有益效果是：

9、1.提高了旋进旋涡流量计的测量性能和可靠性，适应了高温、含水汽或含凝结物、不稳定或脉动复杂的气体流量测量条件；

10、2.提高了旋进旋涡流量计的测量精度和复杂度，考虑了气体温度、压力、常数、比热因素的影响；

11、3.提高了数据管理效能和安全性，实现了数据统计、分析和报警功能。

12、在较佳实施情况下，所述的旋转物体为一个圆柱体或一个球体，解决了旋转物体形状对旋涡频率的影响的技术问题，采用了选择合适的圆柱体或球体作为旋转物体的技术方案，产生了提高旋涡频率稳定性和准确性的有益效果，其工作原理是根据雷诺数与圆柱体或球体形状参数之间的关系来确定合适的圆柱体或球体。

13、在较佳实施情况下，所述的传感器为一个霍尔传感器或一个光电传感器，解决了传感器类型对旋涡监测的影响的技术问题，采用了选择合适的霍尔传感器或光电传感器作为传感器的技术方案，产生了提高旋涡监测灵敏度和可靠性的有益效果，其工作原理是根据霍尔效应或光电效应来监测旋涡频率。

14、在较佳实施情况下，所述的信号处理器包括一个运算放大器、一个低通滤波器和一个比较器，解决了信号处理对信号质量的影响的技术问题，采用了使用运算放大器、低通滤波器和比较器对信号进行处理的技术方案，产生了提高信号幅值、去除信号噪声、使信号整形等有益效果，其工作原理是根据运算放大器、低通滤波器和比较器的电路特性来处理信号。

15、在较佳实施情况下，所述的数据采集器包括一个模数转换器、一个存储器和一个串口或以太网接口，解决了数据采集对数据传输的影响的技术问题，采用了使用模数转换器、存储器和串口或以太网接口对数据进行采集的技术方案，产生了提高数据采样率、存储容量和传输速率等有益效果，其工作原理是根据模数转换器、存储器和串口或以太网接口的功能特性来采集数据。

16、在较佳实施情况下，所述的上位机包括一个显示器、一个键盘和一个鼠标，解决了上位机对数据分析的影响的技术问题，采用了使用显示器、键盘和鼠标对数据进行分析的技术方案，产生了提高数据分析效率、便利性和可视化等有益效果，其工作原理是根据显示器、键盘和鼠标的输入输出特性来分析数据。

17、在较佳实施情况下，所述的上位机根据以下公式计算每个旋进流量计的气体流量：

18、，

19、其中，为气体流量；为常数；为旋涡频率；为气体温度；为气体压力；为气体常数；为气体定压比热；为标准大气压力；为自然对数底；其中dp是一个微分符号，表示气体压力p的微小变化量。

20、解决了对气体流量计算的影响的技术问题，采用了使用以上公式计算气体流量的技术方案，产生了提高气体流量计算精度和复杂度等有益效果，其工作原理是根据旋涡频率与气体流量成正比的关系，并考虑了气体温度、压力、常数、比热等因素的影响来计算气体流量。

21、一种高温旋进流量计集中监测方法，该方法包括以下步骤：

22、将多个旋进流量计安装在需要测量的高温气体管道上，使其与管道同轴，并保证旋进流量计的工作温度在其允许范围内；

23、将多个旋进流量计的信号输出线连接到信号处理器上，信号处理器对信号进行放大、滤波、整形处理，将信号转换为标准电流或电压信号；

24、将信号处理器的输出信号接入数据采集器，数据采集器对信号进行采样、转换、存储操作，并将数据通过通讯接口传输到上位机；

25、上位机对数据进行分析、显示、记录功能，实现对多个旋进流量计的集中监测和管理。

26、该方法解决了在高温环境下测量气体流量的技术问题，采用了利用气体在旋转物体周围产生的旋涡来测量流量的技术方案，产生了结构简单、精度高、响应快等有益效果，其工作原理是根据旋涡频率与气体流量成正比的关系来计算气体流量。

27、在较佳实施情况下，所述的步骤还包括：

28、在每个旋进流量计的管道上安装一个温度传感器和一个压力传感器，用于测量气体的温度和压力；

29、将温度传感器和压力传感器的信号输出线连接到数据采集器上，数据采集器对信号进行采样、转换、存储操作，并将数据通过通讯接口传输到上位机；

30、上位机根据以下公式计算每个旋进流量计的气体流量：

31、，

32、其中，为气体流量；为常数；为旋涡频率；为气体温度；为气体压力；为气体常数；为气体定压比热；为标准大气压力；为自然对数底。

33、解决了温度和压力对气体流量的影响的技术问题，采用了使用以上公式计算气体流量的技术方案，产生了提高气体流量计算精度和复杂度等有益效果，其工作原理是根据旋涡频率与气体流量成正比的关系，并考虑了气体温度、压力、常数、比热等因素的影响来计算气体流量。

34、在较佳实施情况下所述的步骤还包括：

35、上位机对每个旋进流量计的气体流量进行统计、分析和报警，当气体流量超过或低于设定的阈值时，上位机发出声光提示或发送信息给相关人员。

36、该步骤解决了数据统计、分析和报警的技术问题，采用了使用上位机对数据进行统计、分析和报警的技术方案，产生了提高数据管理效能和安全性等有益效果，其工作原理是根据设定的阈值和报警规则来判断数据是否异常，并采取相应的措施。

37、在较佳实施情况下所述的步骤还包括：当气体流量偏离设定的目标值时，上位机通过控制阀对气体流量进行自动调整，使气体流量达到最优状态；自动调整方式如下：

38、设定目标值：上位机根据气体流量的需求和限制，设定一个合理的目标值，单位为，表示期望达到的气体流量；

39、计算误差值：上位机根据每个旋进流量计的实际测量值，单位为，表示实际的气体流量，计算出误差值，单位为，表示目标值与实际值之间的差距；误差值的计算公式为：

40、，

41、调整控制阀：上位机根据误差值e，通过控制阀的开度的计算公式计算出控制阀的开度，单位为（%），表示控制阀开启的程度；控制阀的开度的计算公式为：

42、,

43、其中，为比例、积分、微分系数；表示当前时间；表示误差，表示从起始时间到当前时间，误差的累积量；表示对误差进行微分的操作，即求误差变化率的操作；表示在时间t时的误差；表示在时间t时，误差的变化率；

44、上位机将计算出的控制阀开度发送给相应的旋进流量计，并通过控制阀对气体流量进行自动调整；

45、上位机不断重复这一过程，直到气体流量达到目标值或在允许的误差范围内。

46、产生的有益效果：实现对高温旋进流量计的自动控制，使气体流量达到最优状态。具体来说，它有以下几个方面的优点：

47、根据气体流量的需求和限制，设定一个合理的目标值，表示期望达到的气体流量；

48、根据每个旋进流量计的实际测量值，计算出误差值，表示目标值与实际值之间的差距；

49、根据误差值，通过控制阀的开度的计算公式计算出控制阀的开度，表示控制阀开启的程度；

50、将计算出的控制阀开度发送给相应的旋进流量计，并通过控制阀对气体流量进行自动调整；

51、不断重复这一过程，直到气体流量达到目标值或在允许的误差范围内。

52、通过这种自动控制方式，可以有效地保证高温旋进流量计的精确测量和稳定控制，提高系统的效率和安全性，节约能源和资源，减少环境污染。