專利名稱：應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及船舶動力裝置的流量參數(shù)測量領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求較高，具體表現(xiàn)為以下4點(diǎn):(I)由于船舶動力裝置的工況轉(zhuǎn)換頻繁、對過程參數(shù)運(yùn)行的控制要求高，因此要求流量參數(shù)測量的精確度盡可能地高；(2)由于船舶動力裝置的工況變化幅度寬，在全工況范圍內(nèi)都需要對流量實(shí)現(xiàn)連續(xù)測量，因此要求測量量程盡可能地寬；(3)由于船舶動力裝置追求高功率密度，因此要求在測量流量參數(shù)時對系統(tǒng)的壓力損失盡可能地??；(4)由于船舶動力裝置所處空間狹小，系統(tǒng)管道布置緊湊，因此要求在流量參數(shù)的過測量程中，對直管道長度的要求盡可能地低。由于常規(guī)差壓式流量測量儀表具有測量技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)化、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)領(lǐng)域的流量參數(shù)測量領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是常規(guī)差壓式流量測量儀表存在測量精度難以提高、量程比較小、對系統(tǒng)造成壓力損失較大、對節(jié)流裝置前后直管段長度要求較高等缺點(diǎn)，無法滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其具有高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的特點(diǎn)，能夠滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。本實(shí)用新型提供的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、溫度變送器和顯示器，還包括變面積孔板節(jié)流裝置和流量計算模塊，所述變面積孔板節(jié)流裝置通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置通過引壓管與差壓變送器相連，壓力變送器、溫度傳感器均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器與溫度變送器相連，流量計算模塊分別與差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、顯示器相連。在上述技術(shù)方案中，所述變面積孔板節(jié)流裝置包括孔板本體、支撐架、錐體、軸、彈簧、鎖定螺帽、調(diào)節(jié)螺帽，所述孔板本體被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，支撐架與孔板本體整體鑄造制成，軸沿錐體、支撐架的中心線貫穿整個錐體和支撐架、且兩端穿出，錐體和軸通過支撐架與孔板本體連接，軸穿出支撐架的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽，軸穿出錐體的一端設(shè)置有鎖定螺帽，軸上錐體與鎖定螺帽之間設(shè)置有彈簧。在上述技術(shù)方案中，所述孔板本體中部開有節(jié)流孔。在上述技術(shù)方案中，所述孔板本體開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。在上述技術(shù)方案中，所述錐體呈圓臺形。[0014]在上述技術(shù)方案中，所述彈簧采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成。在上述技術(shù)方案中，所述差壓變送器采用精度為0.075%的單量程羅斯蒙特差壓變送器。在上述技術(shù)方案中，所述差壓變送器采用精度為0.075%的雙量程羅斯蒙特差壓變送器。在上述技術(shù)方案中，所述顯示器采用數(shù)碼管。在上述技術(shù)方案中，所述流量計算模塊包括微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與微控制器相連，微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:(I)本實(shí)用新型采用變面積孔板節(jié)流裝置、高精度差壓變送器和流量計算模塊，有針對性的解決了船舶動力裝置流量參數(shù)測量時面臨的高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的難題，能夠提高船舶動力裝置運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。(2)本實(shí)用新型應(yīng)用廣泛，除了用于船舶動力裝置的流量參數(shù)測量外，還能應(yīng)用于石化、電力、動力工程等其它工業(yè)領(lǐng)域的流量參數(shù)測量。

圖1為本實(shí)用新實(shí)施例中應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中變面積孔板節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中流量計算模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖中:1一變面積孔板節(jié)流裝置，2—壓力變送器，3—溫度傳感器，4一溫度變送器，5—顯不器，6一流量計算模塊，7—差壓變送器，Ia一孔板本體，Ib—支撐架，Ic—維體，Id一軸，Ie一彈簧，If一鎖定螺帽，Ig一調(diào)節(jié)螺帽。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括變面積孔板節(jié)流裝置1、壓力變送器2、溫度傳感器3、溫度變送器4、顯示器5、流量計算模塊6、差壓變送器7，變面積孔板節(jié)流裝置I通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，夾持法蘭的壓力等級滿足系統(tǒng)設(shè)計壓力要求。變面積孔板節(jié)流裝置I通過引壓管與差壓變送器7相連，壓力變送器2、溫度傳感器3均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器3與溫度變送器4相連，流量計算模塊6分別與差壓變送器7、壓力變送器2、溫度變送器4、顯示器5相連。差壓變送器7采用單量程羅斯蒙特高精度差壓變送器或大、小量程兩個量程的雙量程羅斯蒙特差壓變送器，實(shí)現(xiàn)差壓信號的高精度測量轉(zhuǎn)換，差壓變送器7的精度可達(dá)
0.075%。[0029]變面積孔板節(jié)流裝置I是一種特殊的差壓式流量節(jié)流裝置，壓力變送器2完成系統(tǒng)介質(zhì)壓力的測量，并將系統(tǒng)介質(zhì)壓力信號送至流量計算模塊6。溫度傳感器3和溫度變送器4完成系統(tǒng)介質(zhì)溫度的測量，并將系統(tǒng)介質(zhì)溫度信號送至流量計算模塊6。通過引壓管將變面積孔板節(jié)流裝置I產(chǎn)生的差壓信號無損失、不失真的傳輸至高精度的差壓變送器7，差壓變送器7將差壓信號轉(zhuǎn)換為4 20mA電流信號后輸出至流量計算模塊6。參見圖2所示,變面積孔板節(jié)流裝置I包括孔板本體la、支撐架lb、錐體lc、軸Id、彈簧le、鎖定螺帽If 、調(diào)節(jié)螺帽lg，孔板本體Ia被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，孔板本體Ia中部開有節(jié)流孔，被測介質(zhì)流經(jīng)孔板本體Ia中部的節(jié)流孔；孔板本體Ia為錐體Ic和軸Id提供支撐，孔板本體Ia開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。支撐架Ib與孔板本體Ia整體鑄造制成，錐體Ic呈圓臺形，軸Id沿錐體lc、支撐架Ib的中心線貫穿整個錐體Ic和支撐架lb、且兩端穿出，錐體Ic和軸Id通過支撐架Ib與孔板本體Ia連接,錐體Ic能夠在軸Id上沿軸向自由滑動，當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流孔時，錐體Ic在介質(zhì)流動推力和彈簧Ie壓縮阻力的共同作用下沿軸向自由移動，從而使流體通過的圓環(huán)面積連續(xù)變化，流體流經(jīng)流通圓環(huán)后，在錐體Ic前、后產(chǎn)生壓差。 軸Id穿出支撐架Ib的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽lg，軸Id穿出錐體Ic的一端設(shè)置有鎖定螺帽If ，軸Id上錐體Ic與鎖定螺帽If 之間設(shè)置有彈簧le，彈簧Ie采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成，在450°C的溫度范圍內(nèi)其彈簧系數(shù)不會發(fā)生改變；當(dāng)介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流孔時，介質(zhì)流動推力和彈簧Ie壓縮阻力的共同作用是錐體Ic平衡地停留在軸Id上某一位置，是流體通過的圓環(huán)面積連續(xù)變化。鎖定螺帽If能夠調(diào)整彈簧Ie的壓縮量，使參考距離處于設(shè)計規(guī)定的長度范圍內(nèi)。當(dāng)通過鎖定螺帽If調(diào)整好參考距離后，擰緊調(diào)節(jié)螺帽Ig固定彈黃Ie0參見圖3所示，流量計算模塊6包括ARM7微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與ARM7微控制器相連，ARM7微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。本實(shí)用新型實(shí)施例的原理如下:本實(shí)用新型實(shí)施例采用變面積孔板節(jié)流裝置I作為敏感元件，由高精度差壓變送器7將變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號轉(zhuǎn)換為4 20mA電流信號，輸出至流量計算模塊6，流量計算模塊6完成溫度信號、壓力補(bǔ)償信號及差壓信號線性化補(bǔ)償，輸出流量信號，并由顯示器5顯示出來，顯示器5可以采用數(shù)碼管、液晶顯示屏等具有顯示功能的器件。變面積孔板節(jié)流裝置I的工作原理為彈簧負(fù)載變面積原理，流體流通面積為孔板本體Ia與錐體Ic共同構(gòu)成的一個環(huán)形截面面積，當(dāng)流體流經(jīng)變面積孔板節(jié)流裝置I時，在流體推力和彈簧Ie壓縮力的共同作用下，錐體Ic在軸Id上移動，使流體的流通面積受錐體Ic形狀的影響而發(fā)生變化，達(dá)到平衡后在孔板本體Ia前后產(chǎn)生差壓信號。變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號與流量成線性關(guān)系，而常規(guī)差壓式節(jié)流裝置輸出差壓信號的開方與流量成線性關(guān)系。變面積孔板節(jié)流裝置I輸出差壓與流量成線性關(guān)系，極大地擴(kuò)大了流量測量系統(tǒng)的量程范圍，最高流量測量量程比可以達(dá)到100:1。圓環(huán)形的流通截面減小了上游速度界面的影響，使變面積孔板節(jié)流裝置I所需要的直管段長度遠(yuǎn)小于常規(guī)差壓式式節(jié)流裝置的直管段長度，在上游6倍管徑、下游3倍管徑的直管段長度條件下，即可保證流量測量具有極高的精確性和重復(fù)性。在流量計算模塊6內(nèi)運(yùn)行溫度壓力補(bǔ)償軟件，根據(jù)系統(tǒng)介質(zhì)溫度、系統(tǒng)介質(zhì)壓力對流量值進(jìn)行實(shí)時在線補(bǔ)償，有效提高了流量測量系統(tǒng)偏離設(shè)計工況時的流量測量精度。在流量測量系統(tǒng)安裝前，采用流量標(biāo)準(zhǔn)裝置對每一臺變面積孔板節(jié)流裝置I進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，將變面積孔板節(jié)流裝置的差壓-流量關(guān)系進(jìn)行分段線性化，計算出分段線性補(bǔ)償系數(shù)，將其存入流量計算模塊6。在實(shí)際測量中，流量計算模塊6根據(jù)實(shí)測流量值自動讀取分段線性補(bǔ)償系數(shù)對流量實(shí)測值進(jìn)行補(bǔ)償，能進(jìn)一步提高流量測量精度。流量計算模塊6能將采集的差壓信號、溫度信號、壓力信號和流量在顯示器5上進(jìn)行顯示，并通過模擬量信號或CAN總線方式輸出給船舶動力裝置的其它控制、顯示和存儲設(shè)備進(jìn)行流量參數(shù)控制、顯示和存儲。流量計算模塊6內(nèi)置的溫壓補(bǔ)償軟件具有溫度壓力補(bǔ)償功能，通過采集系統(tǒng)運(yùn)行壓力和溫度，在船舶動力裝置工況變換是能夠?qū)崿F(xiàn)流量測量的溫度壓力實(shí)時在線補(bǔ)償，有效提高了流量測量精度。流量計算模塊6內(nèi)置數(shù)據(jù)處理軟件具有差壓-流量線性化補(bǔ)償功能，經(jīng)過校準(zhǔn)的差壓-流量關(guān)系輸入流量計算模塊6，流量計算模塊6對變面積孔板節(jié)流裝置I輸出的差壓信號進(jìn)行分段線性化補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了變面積孔板節(jié)流裝置I流量系數(shù)的變參數(shù)補(bǔ)償，有效提高了流量測量精度。流量計算模塊6的電路設(shè)計采用基于ARM7微控制器的大規(guī)模集成電路，模擬量輸入選用線性光隔和16位A/D芯片，通過SPI總線與微控制器通訊，實(shí)現(xiàn)輸入的差壓、溫度、壓力等信號的高精度隔離采集；模擬量輸出選用磁隔離芯片和16位D/A芯片，通過SPI總線由微控制器進(jìn)行驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)流量信號的高精度隔離輸出。微控制器通過I2C或SPI總線與外圍的鐵電存儲器進(jìn)行通訊，在鐵電存儲器里存儲校準(zhǔn)系數(shù)、日期等參數(shù)。電源監(jiān)控復(fù)位模塊是對微控制器供電進(jìn)行監(jiān)控和手動復(fù)位。LED狀態(tài)指示電路實(shí)現(xiàn)LED狀態(tài)燈定期閃爍，表明微控制器工作狀態(tài)正常。電源電路是將直流5V轉(zhuǎn)換成直流3.3V和直流1.8V,為微控制器提供穩(wěn)定的工作電壓。為適應(yīng)船用環(huán)境條件下動力裝置對流量參數(shù)測量和控制的需求，流量計算模塊6還具有流量信號本機(jī)數(shù)碼管顯示、CAN總線通訊輸出、模擬量信號輸出、在線隔離調(diào)試調(diào)試等功能。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，包括差壓變送器(7)、壓力變送器(2)、溫度傳感器(3)、溫度變送器(4)和顯示器(5)，其特征在于:還包括變面積孔板節(jié)流裝置(I)和流量計算模塊(6)，所述變面積孔板節(jié)流裝置(I)通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置(I)通過引壓管與差壓變送器(7)相連，壓力變送器(2)、溫度傳感器(3)均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器(3)與溫度變送器(4)相連，流量計算模塊(6)分別與差壓變送器(7)、壓力變送器(2)、溫度變送器(4)、顯示器(5)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述變面積孔板節(jié)流裝置(I)包括孔板本體(la)、支撐架(lb)、錐體(lc)、軸(Id)、彈簧(le)、鎖定螺帽(If)、調(diào)節(jié)螺帽(lg)，所述孔板本體(Ia)被夾持在系統(tǒng)管路的法蘭之間，支撐架(Ib)與孔板本體(Ia)整體鑄造制成，軸(Id)沿錐體(lc)、支撐架(Ib)的中心線貫穿整個錐體(Ic)和支撐架(lb)、且兩端穿出，錐體(Ic)和軸(Id)通過支撐架(Ib)與孔板本體(Ia)連接，軸(Id)穿出支撐架(Ib)的一端設(shè)置有調(diào)節(jié)螺帽(lg)，軸(Id)穿出錐體(Ic)的一端設(shè)置有鎖定螺帽(lf)，軸(Id)上錐體(Ic)與鎖定螺帽(If)之間設(shè)置有彈簧(le)。
3.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述孔板本體(Ia)中部開有節(jié)流孔。
4.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述孔板本體(Ia)開有兩個內(nèi)置式壓力感應(yīng)孔。
5.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述錐體(Ic)呈圓臺形。
6.如權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述彈簧(Ie)采用硬質(zhì)鎳鉻鐵耐熱合金材料制成。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述差壓變送器(7)采用精度為0.075%的單量程羅斯蒙特差壓變送器。
8.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述差壓變送器(7)采用精度為0.075%的雙量程羅斯蒙特差壓變送器。
9.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示器(5)采用數(shù)碼管。
10.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述流量計算模塊(6)包括微控制器、鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路、CAN控制器、D/A轉(zhuǎn)換電路、隔離輸入電路，其中，D/A轉(zhuǎn)換電路通過SPI總線與數(shù)字隔離電路相連，隔離輸入電路通過SPI總線與A/D轉(zhuǎn)換電路相連，數(shù)字隔離電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示驅(qū)動電路均通過SPI總線與微控制器相連，微控制器還分別與鐵電存儲器、電源監(jiān)控復(fù)位模塊、LED狀態(tài)指示電路、電源電路、CAN控制器相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于船舶動力裝置的流量測量系統(tǒng)，涉及船舶動力裝置的流量參數(shù)測量領(lǐng)域，該流量測量系統(tǒng)包括差壓變送器、壓力變送器、溫度傳感器、溫度變送器和顯示器，還包括變面積孔板節(jié)流裝置和流量計算模塊，所述變面積孔板節(jié)流裝置通過法蘭夾持安裝在系統(tǒng)管路的水平段上，變面積孔板節(jié)流裝置通過引壓管與差壓變送器相連，壓力變送器、溫度傳感器均與系統(tǒng)管路相連，溫度傳感器與溫度變送器相連，流量計算模塊分別與差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、顯示器相連。本實(shí)用新型具有高精度、寬量程、低壓損和直管段長度要求低的特點(diǎn)，能夠滿足船舶動力裝置的流量參數(shù)測量要求。
文檔編號G01F1/36GK202947765SQ201220600628
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者鄧天勇, 李輝, 熊鳳銀, 孫建華, 姚涌濤 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一九研究所