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专利名称：矿用热式气体流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及流量传感器，更具体地说是应用于矿井环境中，測量管道中气体流量，井能自动修正气体中所含的高浓度水汽所引入的测量误差的热式气体流量计。
技术背景热式气体流量计是基于热扩散原理而设计开发的流量仪表，即利用气体流过发热物体所帯走的热量与流体的流速呈比例关系的原理而设计的。热式流量计常用的传感元件是钼电阻，钼电阻的阻值随自身温度变化而发生变化。典型的热扩散式流量计采用两个钼电阻，一个为测速电阻被加热，另ー个用作测温电阻不被加热。当有气流流过时，通过检测测速电阻相对于测温电阻的阻值变化量而得到气流的流速。热式流量计中测速电阻的热量散失与流体介质的物理性质密切相关。热式气体流量计由于其測量下限低、量程比宽等特点，特别适合于大管道，低流速的气体测量应用环境，如矿井中的瓦斯抽采。但在矿井中，瓦斯抽采不可避免在管道中引入有水雾，另外温度压カ的变化也会使得流体产生结露，而这些水雾和结露现象的存在使得传统的热式流量计无法得到准确的测量。
发明内容本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种矿用热式气体流量计，以使得能够较为准确地测量含有大量水雾的气液二相混合流的流量。本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案本实用新型矿用热式气体流量计的结构特点是在传感器支撑杆上中设置两组内置探头，分别是热式流量传感器和水雾修正传感器；所述热式流量传感器包括有加热钼电阻Rll和不加热钼电阻R12 ;为所述加热钼电阻Rll设置恒功率加热控制电路；所述水雾修正传感器包括有加热钼电阻R21和不加热钼电阻R22 ;为所述加热钼电阻R21设置恒温差加热控制电路。介质在静态时，加热钼电阻Rll和不加热钼电阻R12之间温度差最大，并随着介质的流动温差减�。辉谑导什饬恐校�加热钼电阻R12的温度基本恒定，随着流速的不同，不加热钼电阻Rll的温度会有相应的变化，以钼电阻作为传感器，将温度变化转换成电阻的阻值变化。通过比较加热钼电阻Rll和不加热钼电阻R12的阻值之差即可得到未经补偿的流量值。当介质物理性质保持不变时，流经加热钼电阻R21和不加热钼电阻R22的电流差为恒定值。当有水雾干扰吋，以加热电流的变化量对水雾所引入的流速误差进行修正，从而得到修正的流速值。与已有技术相比，本实用新型能够较为准确地测量含有大量水雾的气液二相混合流的流量。
图I为本实用新型结构示意图；图2为本实用新型测量电路方框图；图3为恒功率加热方式原理图；图4为恒温差加热方式原理图；图5为以本实用新型实现流量计量的计量系统运行流程图6未经补偿时气体中混入大量水雾时气体流量曲线图；图7经过补偿后含有大量水雾的气液二相混合流的流量曲线图。
具体实施方式
參见图1，本实施例中矿用热式气体流量计的结构设置是在热式流量计中设置两组内置探头，分别是热式流量传感器和水雾修正传感器；所述热式流量传感器包括有加热钼电阻Rll和不加热钼电阻R12 ;为所述加热钼电阻Rll设置恒功率加热控制电路；所述水雾修正传感器包括有加热钼电阻R21和不加热钼电阻R22 ;为所述加热钼电阻R21设置恒温差加热控制电路。具体实施中，将水雾修正传感器设置在支撑杆的背面，以避免受到介质流动的影响。图2为本实施例中測量原理方框图，热式流量传感器和水雾修正传感器的阻值变化经过前置信号预处理电路转换成电压，并经信号放大和滤波后送入A/D转换电路将模拟电压转换成数字量，由数字处理器对该数字量进行运算得到流量值并显示在LCD上。用户可以通过键盘来对仪表运行參数进行设置，也可以通过键盘来选择查看流速等參量。RS485接ロ用干与上位机进行通讯，可以将流速、流量等数据上传给エ控机，也可以接收、处理上位控制系统发来的命令。4 20mA接ロ用于输出电流信号，以指示流量或流速的下限和上限。频率输出接ロ用来输出和流量对应的频率信号，按照量程比输出满足矿用通信标准的20(Tl000Hz的频率脉冲。图3为恒功率加热方式原理图，图中电阻Re的温度是恒定的，随着流速的不同，电阻Rw的温度会有相应的变化，钼电阻会将温度变化转换成电阻的阻值变化。而流过钼电阻的电流值是已知的，因此可以得到电阻的电压值。图4为恒温差加热方式原理图。恒温差加热是先加热ー只钼电阻Rw，使其比不加热的钼电阻Re高出一个恒定的温度。随着介质的流动，被加热的钼电阻由于热传递而降低温度，负反馈电路会控制加热器的电流(或者电压)来保持温差不变。通过测量电流(电压)的变化量来获得水雾浓度的变化值。图5为以本实用新型实现流量计量的计量系统运行流程图，在系统上电运行后按照设定的时序执行如下步骤步骤I :系统初始化并完成自检，自检无误后进行探头加热；步骤2 :读取A/D转换值，分别获得热式流量传感器和水雾修正传感器对应输出的电压Vl和V2，根据水雾修正传感器的输出电压V2判断被测管道中气体是否混入有水雾，并确定行为模式；步骤3 :根据行为模式决定流量计算方法。若为模式1，则根据Vl和V2进行流量修正运算，得到补偿的流量值；若为模式2，则直接依据Vl进行流量运算。步骤4 :在IXD上显示流速流量值，发送4 20mA信号和RS485信号给上位机，输出满足矿用通信标准的20(T1000Hz的脉冲信号；完成检测即关机。图6为热式流量计未经补偿时气体中混入大量水雾时气体流量曲线图。在TO之前流量计工作是可靠的，而在TO时刻气体中混入水雾时，曲线出现了严重的跳变，測量误差远远超过实际应用精度要求，流量计无法准确测量。图7为以本实用新型进行补偿后含有大量水雾的气液二相混合流的流量曲线图。从图上可以看出，在TO时刻，虽然有大量水雾混入介质，由于加入修正，测量误差明显降低并且在合理范围内，能够反映实际气相流量。具体实施中，测量值修正是通过专业的标校来完成的。标校时需要采取纯净干燥空气和含有水雾空气进行校验。空气混入的水雾浓度设定为10%、30%、50%、80%、100%。以含有水雾空气进行标校吋，热式流量传感器输出电压为V1，水雾修正传感器输出电压为V2 ；以纯净干燥空气进行标校时，热式流量传感器输出电压为V' i,水雾修正传感器输出电压为r 2(基准电压值)。在每个流速点，可以得到五组(V1, V、v2，V' 2)数据。实际流量值仅由V',计算，有水雾时与V1, v2，V' 2存在一定的关系。采用最小二乗法来拟合V' 1=f (V1, V2-V^ 2)函数表达式。标定完成后，流量计现场工作时根据此表达式进行流量修正计算，得到较为准确的实际流量值。
权利要求1.一种矿用热式气体流量计，其特征是在传感器支撑杆上中设置两组内置探头，分别是热式流量传感器和水雾修正传感器；所述热式流量传感器包括有加热钼电阻Rll和不加热钼电阻R12 ;为所述加热钼电阻Rll设置恒功率加热控制电路；所述水雾修正传感器包括有加热钼电阻R21和不加热钼电阻R22 ;为所述加热钼电阻R21设置恒温差加热控制电路。
2.根据权利要求I所述的矿用热式气体流量计，其特征是所述水雾修正传感器设置在支撑杆的背面。
专利摘要本实用新型公开了一种矿用热式气体流量计，其特征是在传感器支撑杆上中设置两组内置探头，分别是热式流量传感器和水雾修正传感器；热式流量传感器包括有加热铂电阻R11和不加热铂电阻R12；为加热铂电阻R11设置恒功率加热控制电路；水雾修正传感器包括有加热铂电阻R21和不加热铂电阻R22；为加热铂电阻R21设置恒温差加热控制电路。本实用新型能实现较为准确地测量含有大量水雾的气液二相混合流的流量。
文档编号G01F1/69GK202582624SQ20122023205
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者叶寒生, 顾宇 申请人:合肥科迈捷智能传感技术有限公司