CN107870012A - 一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法 - Google Patents

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晋中华
杨培军
刘定坡
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Abstract

本发明公开了一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法，包括测试介质流入管道、测试介质流出管道、换热器、数据处理器、用于检测换热器入口处测试介质温度的第一温度传感器、用于检测换热器出口处测试介质温度的第二温度传感器、用于检测换热器内测试介质温度的若干第三温度传感器以及用于检测被测介质温度的第四温度传感器,该装置及方法能够测试复杂环境下介质的流量。

Description

一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种测试介质流量的装置及方法，具体涉及一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法。
背景技术
当前介质流量测试的方法很多，但常用的介质流量测试方法均对被测试介质的成分、连续性、介质温度、测试截面结构以及测试环境等均有较苛刻的要求，否则测试准确性将得不到保证，或很难实现工业实际应用及推广。如电站锅炉单个燃烧器的二次风量热态测试，由于二次风喷口结构复杂，测试环境温度较高(300℃以上)，测试环境复杂(正压、风箱内布置)，喷口流量波动频繁以及二次风喷口结构复杂等，同时燃烧器喷口截面不同区域的二次风速分布差别也很大，采用常规方法测试单个点或几个点风速来计算喷口流量的方法误差非常大，用其他非接触式方法，由于测试环境及二次风喷口结构特点的影响很难进行实际应用与推广，目前该尚未报告有具有推广意义的测试装置及方法。另一方面，当介质温度处于极高与极低条件下时，由于测试材质受限，需要额外增加冷却***与伴热***，导致测试***庞大，测试成本非常高。本***可以通过设计合理的测试介质、测试介质流量、入口温度以及换热器等，可以在精确测试的同时不需要额外增加冷却与伴热***。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法,该装置及方法能够测试复杂环境下介质的流量。
为达到上述目的，本发明所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置包括测试介质流入管道、测试介质流出管道、换热器、数据处理器、用于检测换热器入口处测试介质温度的第一温度传感器、用于检测换热器出口处测试介质温度的第二温度传感器、用于检测换热器内测试介质温度的若干第三温度传感器以及用于检测被测介质温度的第四温度传感器；
换热器位于被测介质内，测试介质流入管道与换热器的入口相连通，测试介质流出管道与换热器的出口相连通，第一温度传感器的输出端、第二温度传感器的输出端、第三温度传感器的输出端及第四温度传感器的输出端与数据处理器的输入端相连接。
通过引入测量介质，利用温差换热及对流换热原理进行被测介质流量的测量。
还包括设置于测试介质流入管道上的流量调节装置。
还包括绝热护套，其中，绝热护套位于被测介质内，测试介质流入管道穿过所述绝热护套与换热器的入口相连通，测试介质流出管道穿过所述绝热护套与换热器的出口相连通。
第一温度传感器位于测试介质流入管道横截面的中心位置处，第二温度传感器位于测试介质流出管道横截面的中心位置处。
本发明所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的方法包括以下步骤：测试介质经测试介质流入管道进入到换热器中，再在换热器内与被测介质换热后流入测试介质流出管道中，第一温度传感器实时检测换热器入口处测试介质的温度信息，并将换热器入口处测试介质的温度信息发送至数据处理器中，第二温度传感器实时检测换热器出口处测试介质的温度信息，并将换热器出口处测试介质的温度信息发送至数据处理器中，第三温度传感器实时检测换热器内测试介质的温度信息，并将换热器内测试介质的温度信息发送至数据处理器中，第四温度传感器实时检测被测介质的温度信息，并将被测介质的温度信息发送至数据处理器中；
数据处理器根据换热器入口处测试介质的温度t1入口、换热器出口处测试介质的温度t1出口、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器入口的横截面积S1、被测介质的横截面积S2、换热器的横截面积k及换热器的有效换热长度L3计算被测介质的平均流量Q21；
数据处理器根据各第三传感器检测得到的换热器内测试介质的温度、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器所处位置处被测介质的横截面积S2、换热器的换热系数k、换热器的横截面积S3及换热器的有效换热长度L'计算换热器所处位置处被测介质的流量Q22。
被测介质的理论温度范围为-500℃～1600℃；
被测介质的流速范围为5m/s～60m/s；
被测介质为气体或者液体；
被测介质为单相介质或多项介质。
被测介质的温度大于或者小于测试介质的温度，被测介质与测试介质的温差越大，测量精度越高。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置及方法在具体操作时，基于热平衡原理测试复杂环境下介质流量，具体的，将换热器设置于被测介质内，然后将测试介质通入换热器中，通过换热器入口处测试介质温度、换热器出口处测试介质温度、换热器内测试介质温度及被测介质温度计算被测介质的平均流量Q21及换热器所处位置处被测介质的流量Q22，实现测试复杂环境下介质流量的目的。需要说明的是，本发明尤其适合对较高温度或较低温度介质在复杂环境下的流量测试，并且不受测试截面结构特点及出入口管道直管段条件的约束，并且结构简单，成本较低，工业推广应用性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为流量调节装置、2为第一温度传感器、3为第二温度传感器、4为绝热护套、5为第四温度传感器、6为第三温度传感器、7为换热器、8为数据处理器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置包括测试介质流入管道、测试介质流出管道、换热器7、数据处理器8、用于检测换热器7入口处测试介质温度的第一温度传感器2、用于检测换热器7出口处测试介质温度的第二温度传感器3、用于检测换热器7内测试介质温度的若干第三温度传感器6以及用于检测被测介质温度的第四温度传感器5；换热器7位于被测介质内，测试介质流入管道与换热器7的入口相连通，测试介质流出管道与换热器7的出口相连通，第一温度传感器2的输出端、第二温度传感器3的输出端、第三温度传感器6的输出端及第四温度传感器5的输出端与数据处理器8的输入端相连接。
本发明还包括绝热护套4以及设置于测试介质流入管道上的流量调节装置1，其中，绝热护套4位于被测介质内，测试介质流入管道穿过所述绝热护套4与换热器7的入口相连通，测试介质流出管道穿过所述绝热护套4与换热器7的出口相连通；第一温度传感器2位于测试介质流入管道横截面的中心位置处，第二温度传感器3位于测试介质流出管道横截面的中心位置处。
本发明所述热平衡法测试复杂环境下介质流量的方法包括以下步骤：测试介质经测试介质流入管道进入到换热器7中，再在换热器7内与被测介质换热后流入测试介质流出管道中，第一温度传感器2实时检测换热器7入口处测试介质的温度信息，并将换热器7入口处测试介质的温度信息发送至数据处理器8中，第二温度传感器3实时检测换热器7出口处测试介质的温度信息，并将换热器7出口处测试介质的温度信息发送至数据处理器8中，第三温度传感器6实时检测换热器7内测试介质的温度信息，并将换热器7内测试介质的温度信息发送至数据处理器8中，第四温度传感器5实时检测被测介质的温度信息，并将被测介质的温度信息发送至数据处理器8中；
数据处理器8根据换热器7入口处测试介质的温度t1入口、换热器7出口处测试介质的温度t1出口、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器7入口的横截面积S1、被测介质的横截面积S2、换热器7的横截面积k及换热器7的有效换热长度L3计算被测介质的平均流量Q21；
数据处理器8根据各第三传感器检测得到的换热器7内测试介质的温度、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器7所处位置处被测介质的横截面积S2、换热器7的换热系数k、换热器7的横截面积S3及换热器7的有效换热长度L'计算换热器7所处位置处被测介质的流量Q22。
被测介质的理论温度范围为-500℃～1600℃；被测介质的流速范围为5m/s～60m/s；被测介质为气体或者液体；被测介质为单相介质或多项介质；被测介质的温度大于或者小于测试介质的温度，被测介质与测试介质的温差越大，测量精度越高。
换热器7结构根据测量截面的结构特点进行设计，换热器7材质及换热效率根据被测量介质的种类、温度、流量及测量介质的温度流量范围确定，各第三温度传感器6按设计要求沿轴向均匀分布于换热器7内，第三温度传感器6的数目根据测试需要确定；测试介质的选取根据被测量介质的种类、流量、温度、测量环境及换热器7确定。
在实际操作时，测试介质与被测介质的温差越大，换热器7的换热效果越强，***测试精度也越高；本发明不受测试截面结构特点的约束，尤其可以适用于常规测试方法不宜测试的非规则截面介质流量测试及较高或较低温度介质流量的测试。
需要说明的是，本发明可以不受被测试介质温度、成分以及测试截面结构等条件限制，采用热平衡法对被测试介质截面流量进行精确测试，通过设计合理的测试介质、测试介质温度、测试介质流量、换热器7结构及布置方式，实现对复杂环境下的介质流量的精确测试，尤其适合对较高温度或较低温度介质在复杂环境下的流量测试。另外，需要说明的是，本发明不仅可以测试被测介质的瞬时流量，亦可测试其累计流量，同时可以测试测试截面内部被测介质的局部流量，测试精度预计在±5％以内。

Claims (8)

1.一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，其特征在于，包括测试介质流入管道、测试介质流出管道、换热器(7)、数据处理器(8)、用于检测换热器(7)入口处测试介质温度的第一温度传感器(2)、用于检测换热器(7)出口处测试介质温度的第二温度传感器(3)、用于检测换热器(7)内测试介质温度的若干第三温度传感器(6)以及用于检测被测介质温度的第四温度传感器(5)；
换热器(7)位于被测介质内，测试介质流入管道与换热器(7)的入口相连通，测试介质流出管道与换热器(7)的出口相连通，第一温度传感器(2)的输出端、第二温度传感器(3)的输出端、第三温度传感器(6)的输出端及第四温度传感器(5)的输出端与数据处理器(8)的输入端相连接。
2.根据权利要求1所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，其特征在于,通过引入测试介质，利用温差换热及对流换热原理进行被测介质流量的测量。
3.根据权利要求1所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，其特征在于，还包括设置于测试介质流入管道上的流量调节装置(1)。
4.根据权利要求1所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，其特征在于，还包括绝热护套(4)，其中，绝热护套(4)位于被测介质内，测试介质流入管道穿过所述绝热护套(4)与换热器(7)的入口相连通，测试介质流出管道穿过所述绝热护套(4)与换热器(7)的出口相连通。
5.根据权利要求1所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，其特征在于，第一温度传感器(2)位于测试介质流入管道横截面的中心位置处，第二温度传感器(3)位于测试介质流出管道横截面的中心位置处。
6.一种热平衡法测试复杂环境下介质流量的方法，其特征在于，基于权利要求1所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的装置，包括以下步骤：测试介质经测试介质流入管道进入到换热器(7)中，再在换热器(7)内与被测介质换热后流入测试介质流出管道中，第一温度传感器(2)实时检测换热器(7)入口处测试介质的温度信息，并将换热器(7)入口处测试介质的温度信息发送至数据处理器(8)中，第二温度传感器(3)实时检测换热器(7)出口处测试介质的温度信息，并将换热器(7)出口处测试介质的温度信息发送至数据处理器(8)中，第三温度传感器(6)实时检测换热器(7)内测试介质的温度信息，并将换热器(7)内测试介质的温度信息发送至数据处理器(8)中，第四温度传感器(5)实时检测被测介质的温度信息，并将被测介质的温度信息发送至数据处理器(8)中；
数据处理器(8)根据换热器(7)入口处测试介质的温度t1入口、换热器(7)出口处测试介质的温度t1出口、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器(7)入口的横截面积S1、被测介质的横截面积S2、换热器(7)的横截面积k及换热器(7)的有效换热长度L3计算被测介质的平均流量Q21；
数据处理器(8)根据各第三传感器检测得到的换热器(7)内测试介质的温度、被测介质的温度t2、测试介质的流量Q1、换热器(7)所处位置处被测介质的横截面积S2、换热器(7)的换热系数k、换热器(7)的横截面积S3及换热器(7)的有效换热长度L'计算换热器(7)所处位置处被测介质的流量Q22。
7.根据权利要求6所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的方法，其特征在于，被测介质的理论温度范围为-500℃～1600℃；
被测介质的流速范围为5m/s～60m/s；
被测介质为气体或者液体；
被测介质为单相介质或多相介质。
8.根据权利要求6所述的热平衡法测试复杂环境下介质流量的方法，其特征在于，被测介质的温度大于或者小于测试介质的温度，被测介质与测试介质的温差越大，测量精度越高。
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