CN104034377B - 一种空气压缩机流量测量装置及其标定***和标定方法 - Google Patents
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Abstract
一种空气压缩机流量测量装置及其标定***和标定方法，该装置安装在待测量的空气压缩机的进气侧，包括带有空气进出口的壳体，壳体的壁面上安装有流量测量单元，流量测量单元包括依次相连的热膜式空气流量传感器、数据处理单元和数据接口。该装置体积小、成本低、结构简单、便于安装。提出该标定方法是为了获得空气压缩机的流量与空气压缩机流量测量装置所输出的电信号间的特征曲线。所用的标定***包括按气流方向依次设置在管道上的空气压缩机流量测量装置、空气压缩机、储气罐、调节阀和标准流量计，标准流量计和空气压缩机流量测量装置分别与数据采集与处理设备相连。经过标定即可保证该装置安装在进气侧也能输出准确的空气压缩机的流量。
Description
技术领域
本发明属于机械领域，具体涉及一种空气压缩机流量测量装置及其标定***和标定方法。
背景技术
空气压缩机是气源装置的主体，它是将原动机的机械能转化为气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机流量是指空气压缩机单位时间内排出的，换算成进气状态下的体积流量；空气压缩机进气量指的是单位时间内，空气压缩机进气侧吸入气体的体积流量；由于空气压缩机的工作特性，在其工作过程中存在气体泄漏等原因，使得空气压缩机流量实际上要小于空气压缩机进气量。由于力量是空气压缩机运行的重要参数之一，快速、准确的获取空气压缩机的流量对于提高空气压缩机的运行效率，经济性等有着重要意义。目前空气压缩机行业内测量流量主要采用ASME喷嘴等传统方法，传统方法虽然测量精度较高，但由于其必须安装在压缩机的排气侧，安装过程繁琐且结构复杂、成本高昂、无法实现在线标定，这些不足限制了传统测量方法的使用场合，使得对流量的测量并未在空气压缩机行业内得到大量普及。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种安装方便，结构简单，成本较低的空气压缩机流量测量装置及其标定***和标定方法。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种空气压缩机流量测量装置，其安装在待测量的空气压缩机的进气侧，包括带有空气进出口的壳体，壳体的壁面上安装有流量测量单元，其中流量测量单元包括用于测量气体流过时的电信号的热膜式空气流量传感器、用于处理测得的电信号的数据处理单元和用于将处理后的电信号传递给数据采集与处理设备的数据接口，热膜式空气流量传感器、数据处理单元和数据接口依次相连，且热膜式空气流量传感器位于壳体的腔体内，数据接口位于壳体的壁面外侧。
所述的空气压缩机的进气侧是指空气压缩机的进气过滤器前或空气压缩机的进气过滤器与空气压缩机的压缩腔之间。
所述的壳体的内部设有用于调节气体在壳体内的流动状态的导流板。
所述的壳体的壁面上留有用于安装流量测量单元的开口，流量测量单元安装在开口处。
所述的壳体为圆管式壳体。
空气压缩机流量测量装置的标定***，包括依次设置在管道上的空气压缩机流量测量装置、空气压缩机、储气罐、调节阀和标准流量计，其中标准流量计安装在空气压缩机的排气侧，空气压缩机流量测量装置安装在空气压缩机的进气侧，标准流量计和空气压缩机流量测量装置分别与数据采集与处理设备相连。
所述的标准流量计包括ASME喷嘴流量计。
所述的数据采集与处理设备为PC机。
空气压缩机流量测量装置的标定方法，包括以下步骤：
1)开启空气压缩机，在空气压缩机的额定转速范围内，依次调节空气压缩机的转速为预设的不同转速N1，N2，N3......Nn，并调节调节阀以保证在每个转速下空气压缩机的排气压力为其额定的供气压力；其中n为预设的空气压缩机的转速调节次数，Nn为第n次调节的空气压缩机的转速；
2)用标准流量计测得不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机排气侧的气体体积流量及气体的热物理参数；
3)由数据采集与处理设备根据步骤2)测得的数据计算出不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机排气侧的气体质量流量；
4)由数据采集与处理设备依据步骤3)计算出的空气压缩机排气侧的气体质量流量，并根据空气压缩机进气侧的气体热物理参数，将其换算成对应转速下空气压缩机进气侧的气体体积流量；
5)用数据采集与处理设备记录不同转速N1，N2，N3......Nn下的空气压缩机流量测量装置所对应的电信号；
6)用数据采集与处理设备生成空气压缩机流量测量装置的体积流量与电信号的特征曲线，完成对空气压缩机流量测量装置的标定。
所述气体的热物理参数包括空气的密度、温度、湿度和压强。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
传统流量计体积庞大、结构复杂，且都需要安装在空气压缩机的排气管路上，安装过程极为繁琐。本发明采用了体积小、准确度高的热膜式空气流量传感器作为测量流量的核心单元，大大减小了流量计的体积与***复杂程度，而且热膜式空气流量传感器价格较为低廉，降低了硬件成本，同时提出了将其安装在空气压缩机进气侧，相对于传统安置于空气压缩机排气侧的流量计，大大简化了其安装过程，利于产品的推广普及。
由于空气压缩机的工作特性，直接将流量计从排气侧改为安装在进气侧显然是无法准确测量流量的，因此本发明提供了一种空气压缩机流量测量装置的标定方法，将标准流量计安装在空气压缩机的排气侧，将待测流量测量装置安装在进气侧，经过多组简单的测试即可获得空气压缩机的流量与空气压缩机流量测量装置所输出的电信号间的特征曲线，在使用空气压缩机流量测量装置测量空气压缩机流量时，用获得的特征曲线对空气压缩机流量测量装置测得的电信号进行修正，即可得到较为准确的测量结果，从而可以保证将流量计安装在进气侧也能输出准确的空气压缩机的流量。
为了实施上述空气压缩机流量测量装置的标定方法，必须依赖于空气压缩机流量测量装置的测量***来进行，本发明提供的标定***结构简单，安装和使用十分方便，采用数据采集与处理设备提高了数据采集与处理的自动化与智能化程度；便于对空气压缩机流量测量装置进行标定。
附图说明
图1是本发明提供的空气压缩机流量测量装置的结构示意图；
图2是本发明提供的空气压缩机流量测量装置的标定***的结构示意图；
图中：1为壳体，2为导流板，3为流量测量单元，4为热膜式空气流量传感器，5为数据处理单元，6为数据接口，7为空气压缩机，8为储气罐，9为调节阀，10为标准流量计，11为空气压缩机流量测量装置，12为数据采集与处理设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明提供的空气压缩机流量测量装置安装在空气压缩机的进气侧，包括壳体1，导流板2，流量测量单元3；
所述空气压缩机的进气侧指空气压缩机的进气过滤器前或空气压缩机的进气过滤器与空气压缩机的压缩腔之间；
所述壳体1是具有空气进出口的圆管式物体，其内部安置有导流板2和流量测量单元3，其壁面上留有安置所述流量测量单元3的开口；
所述导流板2安装在壳体1内部，用于调节气体在壳体1内的流动状态，使其流动更为均匀，有利于提高测量结果的准确性；
所述流量测量单元3包括依次相连的热膜式空气流量传感器4、数据处理单元5和数据接口6，热膜式空气流量传感器位于壳体的腔体内，数据接口位于壳体的壁面外侧，所述热膜式空气流量传感器4用于测量气体流过时的电信号，将其传递给数据处理单元5，所述数据处理单元5获得热膜式空气流量传感器4传递来的电信号，所述数据接口6用于将数据处理单元5生成的电信号传递给数据采集与处理设备；
本发明所提供的一种空气压缩机流量测量装置的核心在于使用热膜式空气流量传感器作为测量的核心部件，并将其安装在空气压缩机的进气侧，而非传统的安装于空气压缩机的排气侧。采用热膜式空气流量传感器作为测量的核心部件可以大大降低流量测量装置的体积与***复杂程度，同时热膜式空气流量传感器价格较为低廉，降低了硬件成本。而将其安装在空气压缩机的进气侧则可以利用热膜式空气流量传感器体积小的优点，将其安装在空气压缩机的进气过滤器前或者进气过滤器与压缩腔之间，尤其对于已经连接排气管路的机组而言，大大降低了安装的难度。
但是如果直接将以热膜式空气流量传感器为核心的空气压缩机流量测量装置安装在前端，则其将测得的是空气压缩机的进气量，而非空气压缩机的流量。空气压缩机的进气量指的是单位时间内，空气压缩机的进气侧吸入的气体的体积流量，而空气压缩机的流量指的是单位时间内，空气压缩机的排气侧排出的气体，换算成吸气状态下的体积流量。由于空气压缩机的工作特性，其工作过程中会存在气体泄漏等因素，因此空气压缩机的流量要小于空气压缩机的进气量。如某型螺杆空气压缩机，其额定流量是3.1立方米/分钟，但其进气量约为3.3立方米/分钟。显然，直接流量测量装置安装在空气压缩机的进气侧将会导致所测得的流量值大于实际的流量，因此必须对流量测量装置重新标定。
用于标定所述的空气压缩机流量测量装置的标定***，包括沿气流方向依次设置在管道上的空气压缩机流量测量装置11、空气压缩机7，储气罐8，调节阀9和标准流量计10，标准流量计10和空气压缩机流量测量装置11分别于数据采集与处理设备12相连；所述标准流量计10安装在空气压缩机7的排气侧；所述空气压缩机流量测量装置11安装在空气压缩机7的进气侧；所述数据采集与处理设备12由电脑来实现；
储气罐8和调节阀9是用于调节空气压缩机7的供气压力，以达到其额定的供气压力；标准流量计10为传统的流量计，如ASME喷嘴流量计等，其安装在空气压缩机7的排气侧，将其测得的流量作为准确值来标定安装于空气压缩机进气侧的空气压缩机流量测量装置11。
本发明提供的空气压缩机流量测量装置的标定方法的核心是将标准流量计10安装在空气压缩机7的排气侧，将待标定的空气压缩机流量测量装置11安装在空气压缩机7的进气侧；采用电脑作为数据采集与处理的关键设备，提高了数据采集与处理的自动化与智能化程度；而本标定方法的主要目的是获得空气压缩机的流量与空气压缩机流量测量装置11所输出的电信号间的特征曲线。
本发明提供的空气压缩机流量测量装置的标定方法包括以下步骤：
1)开启空气压缩机，在空气压缩机的额定转速范围内，依次调节空气压缩机的转速为预设的不同转速N1，N2，N3......Nn，并调节调节阀以保证在每个转速下空气压缩机的排气压力为其额定的供气压力；其中n为预设的空气压缩机的转速调节次数，Nn为第n次调节的空气压缩机的转速；
2)用标准流量计测得不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机排气侧的气体体积流量及气体的热物理参数；所述气体的热物理参数包括空气的密度、温度、湿度和压强；
3)由数据采集与处理设备根据步骤2)测得的数据计算出不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机排气侧的气体质量流量；
4)由数据采集与处理设备依据步骤3)计算出的空气压缩机排气侧的气体质量流量，并根据空气压缩机进气侧的气体热物理参数，将其换算成对应转速下空气压缩机进气侧的气体体积流量；
5)用数据采集与处理设备记录不同转速N1，N2，N3......Nn下的空气压缩机流量测量装置所对应的电信号；
6)用数据采集与处理设备生成空气压缩机流量测量装置的体积流量与电信号的特征曲线，完成对空气压缩机流量测量装置的标定。
使用空气压缩机流量测量装置11测量空气压缩机流量时，用生成的特征曲线对空气压缩机流量测量装置11测得的电信号进行修正，即可得到较为准确的测量结果
下面以某空气压缩机的某个特定转速为例，对本发明的标定方法进行举例，本领域内的技术人员应当注意到这不是限定性的。
1)将空气压缩机7的转速调节为3000rpm，调节调节阀9的开度，使得空气压缩机7的排气压力达到其额定供气压力，并稳定运行一定时间；
2)标准流量计10测得在3000rpm下空气压缩机7排气侧的体积流量为0.4立方米/分钟，气体温度330K，气压0.8MPa，湿度30％；
3)数据采集与处理设备12计算得出此时空气压缩机7的排气侧的气体质量流量为3kg/min；
4)数据采集与处理设备12根据此时空气压缩机7进气侧的气体状态：温度293K，湿度30％，压力0.1MPa结合气体质量流量3kg/min，计算出换算为进气侧的气体体积流量为3立方米/分钟；
5)数据采集与处理设备12记录下此时空气压缩机流量测量装置11传递来的电信号，电信号为1.3mV；
6)依次调节空气压缩机7的转速为2900,2800,2700......1000rpm，记录不同转速下的空气压缩机7进气侧的气体体积流量与空气压缩机流量测量装置11传递来的电信号；
7)生成空气压缩机7进气侧的气体体积流量与空气压缩机流量测量装置11传递来的电信号之间的特征曲线，完成标定。
综上所述，本发明提出了将流量测量装置安装于空气压缩机进气侧的理念，并选用热膜式空气流量传感器作为测量流量的核心单元，简化了测量装置的结构，降低了硬件成本。同时为解决直接安装在压缩机进气侧存在测量不准确的问题，提供了一种标定方法，有效解决了上述问题。
以上所述是对本发明的一种实施方式的描述，而非限定性的，本领域内的普通技术人员通过阅读本发明说明书，在不脱离本发明的精神与主旨的情况下，对本发明技术方案所采用的任何等效变化，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种空气压缩机流量测量装置的标定***，其特征在于：包括依次设置在管道上的空气压缩机流量测量装置(11)、空气压缩机(7)、储气罐(8)、调节阀(9)和标准流量计(10)，其中标准流量计(10)安装在空气压缩机(7)的排气侧，空气压缩机流量测量装置(11)安装在空气压缩机(7)的进气侧，标准流量计(10)和空气压缩机流量测量装置(11)分别与数据采集与处理设备(12)相连，其中，空气压缩机流量测量装置(11)包括带有空气进出口的壳体(1)，壳体(1)的壁面上安装有流量测量单元(3)，其中流量测量单元(3)包括用于测量气体流过时的电信号的热膜式空气流量传感器(4)、用于处理测得的电信号的数据处理单元(5)和用于将处理后的电信号传递给数据采集与处理设备(12)的数据接口(6)，热膜式空气流量传感器(4)、数据处理单元(5)和数据接口(6)依次相连，且热膜式空气流量传感器(4)位于壳体(1)的腔体内，数据接口(6)位于壳体(1)的壁面外侧，所述的壳体(1)的内部设有用于调节气体在壳体(1)内的流动状态的导流板(2)，所述的壳体(1)的壁面上留有用于安装流量测量单元(3)的开口，流量测量单元(3)安装在开口处。
2.根据权利要求1所述的空气压缩机流量测量装置的标定***，其特征在于：所述的空气压缩机(7)的进气侧是指空气压缩机(7)的进气过滤器前或空气压缩机(7)的进气过滤器与空气压缩机(7)的压缩腔之间。
3.根据权利要求1或2所述的空气压缩机流量测量装置的标定***，其特征在于：所述的壳体(1)为圆管式壳体。
4.根据权利要求1所述的空气压缩机流量测量装置的标定***，其特征在于：所述的标准流量计(10)包括ASME喷嘴流量计。
5.根据权利要求1或4所述的空气压缩机流量测量装置的标定***，其特征在于：所述的数据采集与处理设备(12)为PC机。
6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的空气压缩机流量测量装置的标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)开启空气压缩机(7)，在空气压缩机(7)的额定转速范围内，依次调节空气压缩机(7)的转速为预设的不同转速N1，N2，N3......Nn，并调节调节阀(9)以保证在每个转速下空气压缩机(7)的排气压力为其额定的供气压力；其中n为预设的空气压缩机的转速调节次数，Nn为第n次调节的空气压缩机的转速；
2)用标准流量计(10)测得不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机(7)排气侧的气体体积流量及气体的热物理参数；
3)由数据采集与处理设备(12)根据步骤2)测得的数据计算出不同转速N1，N2，N3......Nn下空气压缩机(7)排气侧的气体质量流量；
4)由数据采集与处理设备(12)依据步骤3)计算出的空气压缩机(7)排气侧的气体质量流量，并根据空气压缩机(7)进气侧的气体热物理参数，将其换算成对应转速下空气压缩机(7)进气侧的气体体积流量；
5)用数据采集与处理设备(12)记录不同转速N1，N2，N3......Nn下的空气压缩机流量测量装置(11)所对应的电信号；
6)用数据采集与处理设备(12)生成空气压缩机流量测量装置(11)的体积流量与电信号的特征曲线，完成对空气压缩机流量测量装置(11)的标定。
7.根据权利要求6所述的空气压缩机流量测量装置的标定方法，其特征在于：所述气体的热物理参数包括空气的密度、温度、湿度和压强。
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