一種質量流量計的制作方法
【專利摘要】本申請提供了一種質量流量計，涉及過程控制裝置領域。該流量計包括MEMS流量傳感模塊、信號控制器、顯示器和控制模塊。當按應用需求調節控制閥時，流量傳感器將采集到的質量流量信號傳送給信號控制器，信號控制器按預先設定的軟體，將當前的質量流量數值通過顯示器顯示，或通過用戶界面遠傳到指定數據中心，提供快速反饋信息，指導控制閥門的調節，達到精準流量控制的目的。
【專利說明】
一種質量流量計
技術領域
[0001]本實用新型涉及過程控制裝置領域，具體而言，涉及一種質量流量計。
【背景技術】
[0002]流量計是指示被測流量以及測定在選定的時間間隔內流體總量的儀表，其中流過的物質可以是氣體、液體和固體。在工業和日常生活中，一種常用的流體測控的方法是帶有控制閥的玻璃、金屬和塑料轉子流量計。轉子流量計又稱浮子流量計，是由一個錐形管和一個置于錐形管內可以上下自由移動的轉子構成。轉子流量計本體的兩端用法蘭、螺紋或者軟管與測量管道連接，垂直安裝在測量管道上。轉子流量計本體和測量管道必須垂直安裝，垂直度影響測量的數值和精度。當流體自下而上流入椎管時，被轉子截流，流體在轉子上、下游之間產生壓力差。轉子在壓力差的作用下上升，這時作用在轉子上的力有三個:流體對轉子向上的動壓力、轉子在流體中向上的浮力和轉子自身的重力。
[0003]流量計垂直安裝時，轉子重心與錐管管軸會相重合，作用在轉子上的三個力都平行于管軸。當這三個力達到平衡時，轉子就平穩地浮在錐管內某一位置上。此時，動壓力和浮力的總和等于重力大小。對于給定的轉子流量計，轉子大小和形狀己經確定，因此它在流體中的浮力和自身重力都是已知的常量，唯有流體對浮子的動壓力是隨流體流量的大小而變化的。流體隨溫度和壓力的變化較大，由于轉子流量計的結構所限因溫度和壓力而引起的變化難以測量。流體的流量小時，流體的質量不足以推動浮子的升降，因而流量計的動態范圍很小。
[0004]因此當流體流量變大或變小時，轉子將作向上或向下的移動，相應位置的流動截面積也發生變化，流體有波動時，難以獲得穩定的讀數。直到流量達到穩態時，轉子才能在相應的位置上穩定。對于一臺給定的轉子流量計，轉子在錐管中的位置與流體流經錐管的流量的大小成一一對應關系。在實際測量過程中，需要目測讀數，難以獲得動態和高精度測量。
【實用新型內容】
[0005]有鑒于此，本實用新型實施例的目的在于提供一種質量流量計，通過MEMS質量流量傳感器、信號控制器、手動控制閥門和顯示器3，使得流量的測控實現數字化，測量結果更加精準。
[0006]第一方面，本實用新型實施例提供了一種集成手動控制閥門的質量流量計，包括MEMS流量傳感器、信號控制器、手動控制閥門和顯示器；
[0007]MEMS流量傳感器用于采集所測封閉管道中的流體流量，獲得流體流量信號，MEMS流量傳感器通過輸出端與信號控制器相連，用于將所采集的流體流量信號進行處理；
[0008]信號控制器，用于處理流體流量信號，并將其轉換為標準質量流量信號，經預設軟體的處理，將標準質量流量信號按照數據安全的要求存儲在信號控制器中，并傳遞給顯示器為用戶提供當地所需的流量數字顯示，或者通過預置的用戶界面遠傳至指定的數據中心;
[0009]顯示器，用于顯示信號控制器輸出的流體流量值；
[0010]手動控制閥門，用于實時調節用戶應用所需的流量值，并根據顯示器反饋的實時數字信號，將密閉管道中的流體流量值調節到用戶應用所需的穩態流量值。
[0011]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，還包括流量計主體、流體入口端和流體出口端，流量計主體的流道呈兩端開口，且具有文丘里結構的中空腔體，流體入口端和流體出口端分別焊接在流量計主體的流道兩端，流體由流體入口端流入流量計主體的流道內，并由流體出口端流出，MEMS流量傳感器位于流量計主體的流道內部。
[0012]結合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，手動控制閥包括機械調節閥、閥體和可調節旋鈕，可調節旋鈕按照顯示器顯示的數字流量進行旋轉，閥體通過焊接的方式與流量計主體相連，手動控制閥與流體出口端相連。
[0013]結合第一方面的第二種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，手動控制閥具有大于100:1的動態范圍，以對應MEMS流量傳感器的動態范圍，實現對小流量的精密調控。
[0014]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，MEMS流量傳感器為多個，且位于流量計主體流道內部的不同位置，MEMS流量傳感器采用量熱式、熱耗散式和/或飛行時間的測試方式，來測量流體質量流量、變組分的流體質量流量或體積流量。
[0015]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，信號控制器還包括流量信號處理電路，每個流量傳感器均與信號處理電路連接，信號處理電路，用于將測量到的流量模擬信號轉換為數值信號，并將其傳送給信號控制器進行進一步的信號處理。
[0016]結合第一方面的第五種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，信號控制器還包括數字濾波單元，數字濾波單元包括但不限于滑動濾波和積分濾波，用于對流量信號進行濾波處理，實現流體流量測控數字輸出。
[0017]結合第一方面第六種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，信號控制器包括數據安全單元、數據傳輸單元和遠程用戶通訊單元，數據安全單元用于對信號進行加密處理，并存儲在大于或者等于3個的存儲器中，以保障在電子元件故障的情況下數據的安全性；
[0018]數據傳輸單元，用于將信號通過用戶界面與用戶互動；
[0019]遠程用戶通訊單元用于遠程終端客戶讀取存儲的數據。
[0020]結合第一方面的第七種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，信號控制單元還包括數據報警設備，數據報警設備用于接收用戶的設定值，當流體流量信號的數值達到設定值時，報警設備將啟動報警，報警設備包括但不限于聲光報警設備和數字報警設備。
[0021]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第九種可能的實施方式，其中，還包括整流組件，整流組件包括流體直流器和整流器。
[0022]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第十種可能的實施方式，其中，流量計的安裝不受位置的限制，既可垂直安裝，也可水平安裝。
[0023]本實用新型實施例提供的一種質量流量計，該設備包括MEMS流量傳感器、信號控制器、手動控制閥門和顯示器，通過在流量計主體內部的不同位置上設置多個流量傳感器，使得該設備實現了對流量的超大動態范圍的測量，數據安全也得到了有效的保障，與現有技術相比，使流量計的測量實現了精準測控。
[0024]為使本實用新型的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0026]圖1示出了本實用新型實施例所提供的一種質量流量計的系統連接框圖；
[0027]圖2示出了本實用新型實施例所提供的一種質量流量計的主視圖；
[0028]圖3示出了本實用新型實施例所提供的一種質量流量計的俯視圖；
[0029]圖4示出了本實用新型實施例所提供的一種質量流量計的爆炸圖。
[0030]主要元件符號說明:
[0031]1-MEMS流量傳感器 2-信號控制器3_顯示器
[0032]4-密封塊5-流體入口器6-流量計主體
[0033]7-流體出口器8-手動控制閥門 9-顯示器
[0034]10-顯示屏
【具體實施方式】
[0035]下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基于本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0036]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型實施例提供了一種質量流量計，包括MEMS流量傳感器1、信號控制器2、手動控制閥門8和顯示器3;
[0037]MEMS流量傳感器I用于采集所測封閉管道中的流體流量，獲得流體流量信號，MEMS流量傳感器I通過輸出端與信號控制器2相連，用于將所采集的流體流量信號進行處理；
[0038]信號控制器2，用于處理流體流量信號，并將其轉換為標準質量流量信號，經預設軟體的處理，將標準質量流量信號按照數據安全的要求存儲在信號控制器2中，或者傳遞給顯示器3為用戶提供當地所需的流量數字顯示，或者通過預置的用戶界面遠傳至指定的數據中心；
[0039]顯示器3，用于顯示信號控制器2輸出的流體流量值；
[0040]手動控制閥門8，用于實時調節用戶應用所需的流量值，并根據顯示器3反饋的實時數字信號，將密閉管道中的流體流量值調節到用戶應用所需的穩態流量值。
[0041 ]本實用新型一種質量流量計采用MEMS流量傳感器I，兼容傳統轉子流量計的機械連接，一方面，由于具有相同的機械結構，方便進行直接替換，避免了增加附加結構的成本；另一方面，提高了工業過程中對流量控制的精度，無需人工讀數。流量計的安裝不受位置的限制，既可垂直安裝，也可水平安裝。
[0042]MEMS傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造出來的新型MEMS流量傳感器I，與傳統的傳感器相比，它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、便于集成和實現智能化。
[0043]顯示器3中顯示屏可以采用LED或者LCD進行顯示，常見的顯示數據為瞬時流量和累計流量，瞬時流量即普通的轉子流量計中的流體流過流量計主體6的流量值，累計流量是通過本實用新型中流量傳感器和處理模塊的電路處理來實現的數值累加，即處理模塊對流量傳感器實時采集的流量值進行累加處理，并生成相應的顯示信號。此外，通過處理模塊可進行其他的運算，例如，流量超限、流量中斷、歷史數據疊加和流體種類的判定，相應的在顯示器3上也有流量超限按鍵、流量中斷按鍵、歷史數據讀取按鍵和流體種類按鍵，通過顯示器3可顯示用戶選擇的上述數據。顯示器3可以采用數字顯示，也可以采用醒目的帶狀可變顏色的顯示字體。
[0044]進一步的，還包括流量計主體6、流體入口端和流體出口端，流量計主體6的流道呈兩端開口，且具有文丘里結構的中空腔體，流體入口端和流體出口端分別焊接在流量計主體6的流道兩端，流體由流體入口端流入流量計主體6的流道內，并由流體出口端流出，MEMS流量傳感器I位于流量計主體6的流道內部。
[0045]在實際的流量計裝配過程中，為保證流量計不會因為壓力過大而產生泄漏，流體入口器5和流體出口器7分別焊接在流量計主體6的兩端開口處。為確保在焊接過程中，流量計主體6內的流體整流組件，如直流器、整流器和固定組件不受損壞，流體入口器5的外端采用通孔結構，流體整流組件通過通孔進行安裝，之后用堵頭及密封塊4在通孔的另一端進行密封處理，以保證流量計主體6內流道的密封性。
[0046]流量計主體6包含帶文丘里結構的流道，文丘里流道的喉頸放置MEMS流量傳感器I，以達到小流量計量的最佳靈敏度。流量計主體6的長度與被測流體的通徑有關，常見的流量計主體6的長度為管徑的10到15倍，以使被測流量的狀態始終處于穩定的流態。
[0047]進一步的，手動控制閥包括機械調節閥、閥體和可調節旋鈕，可調節旋鈕按照顯示器3顯示的數字流量進行旋轉，閥體通過焊接的方式與流量計主體6相連，手動控制閥與流體出口端相連。
[0048]進一步的，手動控制閥具有大于100:1的動態范圍，以對應MEMS流量傳感器I的動態范圍，實現對小流量的精密調控。
[0049]進一步的，MEMS流量傳感器I為多個，且位于流量計主體6流道內部的不同位置，MEMS流量傳感器I采用量熱式、熱耗散式和/或飛行時間的測試方式，來測量流體質量流量、變組分的流體質量流量或體積流量。
[0050]進一步的，信號控制器2還包括流量信號處理電路，每個流量傳感器均與信號處理電路連接，信號處理電路，用于將測量到的流量模擬信號轉換為數值信號，并將其傳送給信號控制器2進行進一步的信號處理。
[0051]進一步的，信號控制器2還包括數字濾波單元，數字濾波單元包括但不限于滑動濾波和積分濾波，用于對流量信號進行濾波處理，實現穩態的流體流量測控數字輸出。
[0052]進一步的，信號控制器2包括數據安全單元、數據傳輸單元和遠程用戶通訊單元，數據安全單元用于對信號進行加密處理，并存儲在大于或者等于3個的存儲器中，以保障在電子元件故障的情況下數據的安全性；
[0053]數據傳輸單元，用于將信號通過用戶界面與用戶互動；
[0054]遠程用戶通訊單元用于遠程終端客戶讀取存儲的數據。
[0055]進一步的，信號控制單元還包括數據報警設備，數據報警設備用于接收用戶的設定值，當流體流量信號的數值達到設定值時，報警設備將啟動報警，報警設備包括但不限于聲光報警設備和數字報警設備。
[0056]進一步的，還包括整流組件，整流組件包括流體直流器和整流器。
[0057]整流組件設置在流道入口處，不同于電路中常用的整流器，而是一種機械器件，如圖4所示，在流體入口器5和流量計主體6之間依次設置有直流器、整流器和固定組件，以增強流量測量的穩定性。流體在流入流體入口器5時，會受到外界壓力、溫度的影響，流體的流量會出現不穩定的狀態，整流組件安裝在流體入口器5處，其中直流器是減少流體的紊流狀態，之后流體經整流器對使流體的流場具有重現性。
[0058]實施例一
[0059]在使用時，流量計的安裝不受位置的限制，既可垂直安裝，也可水平安裝。流體由流體入口器5的入口流入到流量計主體6內，位于流量計主體6內部不同位置處的多個MEMS流量傳感器I進行信號采集，多個MEMS流量傳感器I將采集的環境流量獲得相應的多個流體流量信號，多個流體流量信號經預處理器取平均值，獲得均值流量信號，均值流量信號經濾波單元進行濾波處理并傳輸給處理模塊，處理模塊按照流量信號的幅值生成相應的顯示信號，并通過加密單元對顯示信號進行加密處理，生成加密信號，發送單元將加密信號向遠程終端發送，加密信號在遠程終端經過解密處理，并將顯示信號傳送給顯示器3進行顯示。此夕卜，為了取代現有的轉子流量計時方便安裝，該質量流量計采用與之相同的機械連接方式，手動控制閥包括連接柱和可旋轉的按鈕，通過按鈕的旋轉實現對流體流量的調節。
[0060]本實施例提供的一種質量流量計，該實施例的技術效果是:通過設置MEMS流量傳感器1、信號控制器2、手動控制閥門8和顯示器3，有效采集了流體的流量數據，能夠遠程顯示瞬時流量、累積流量、超限流量等多種可訂制化的數據，實現了穩定精準的流量測控。
[0061]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種質量流量計，其特征在于，包括MEMS流量傳感器、信號控制器、手動控制閥門和顯示器； 所述MEMS流量傳感器用于采集所測封閉管道中的流體流量，獲得流體流量信號，所述MEMS流量傳感器通過輸出端與所述信號控制器相連，用于將所采集的流體流量信號進行處理； 所述信號控制器，用于處理所述流體流量信號，并將其轉換為標準質量流量信號，經預設軟體的處理，將所述標準質量流量信號按照數據安全的要求存儲在所述信號控制器中，并傳遞給顯示器為用戶提供當地所需的流量數字顯示，或者通過預置的用戶界面遠傳至指定的數據中心； 所述顯示器，用于顯示所述信號控制器輸出的流體流量值； 所述手動控制閥門，用于實時調節用戶應用所需的流量值，并根據所述顯示器反饋的實時數字信號，將密閉管道中的流體流量值調節到用戶應用所需的穩態流量值。2.根據權利要求1所述的一種質量流量計，其特征在于，還包括流量計主體、流體入口端和流體出口端，所述流量計主體的流道呈兩端開口，且具有文丘里結構的中空腔體，所述流體入口端和流體出口端分別焊接在所述流量計主體的流道兩端，流體由流體入口端流入流量計主體的流道內，并由流體出口端流出，所述MEMS流量傳感器位于所述流量計主體的流道內部。3.根據權利要求2所述的一種質量流量計，其特征在于，所述所述手動控制閥包括機械調節閥、閥體和可調節旋鈕，所述可調節旋鈕按照所述顯示器顯示的數字流量進行旋轉，所述閥體通過焊接的方式與所述流量計主體相連，所述手動控制閥與所述流體出口端相連。4.根據權利要求3所述的一種質量流量計，其特征在于，所述手動控制閥具有大于100:1的動態范圍，以對應MEMS流量傳感器的動態范圍，實現對小流量的精密調控。5.根據權利要求1所述的一種質量流量計，其特征在于，所述MEMS流量傳感器為多個，且位于所述流量計主體流道內部的不同位置，所述MEMS流量傳感器采用量熱式、熱耗散式和/或飛行時間的測試方式，來測量流體質量流量、變組分的流體質量流量或體積流量。6.根據權利要求1所述的一種質量流量計，其特征在于，所述信號控制器還包括流量信號處理電路，每個所述流量傳感器均與所述信號處理電路連接，所述信號處理電路，用于將測量到的流量模擬信號轉換為數值信號，并將其傳送給信號控制器進行進一步的信號處理。7.根據權利要求6所述的一種質量流量計，其特征在于，所述信號控制器還包括數字濾波單元，所述數字濾波單元包括但不限于滑動濾波和積分濾波，用于對所述流量信號進行濾波處理，實現穩態的流體流量測控數字輸出。8.根據權利要求7所述的一種質量流量計，其特征在于，所述信號控制器包括數據安全單元、數據傳輸單元和遠程用戶通訊單元，所述數據安全單元用于對所述信號進行加密處理，并存儲在大于或者等于3個的存儲器中，以保障在電子元件故障的情況下數據的安全性； 所述數據傳輸單元，用于將所述信號通過用戶界面與用戶互動； 所述遠程用戶通訊單元用于遠程終端客戶讀取存儲的數據。9.根據權利要求8所述的一種質量流量計，其特征在于，所述信號控制單元還包括數據報警設備，所述數據報警設備用于接收用戶的設定值，當所述流體流量信號的數值達到設定值時，報警設備將啟動報警，所述報警設備包括但不限于聲光報警設備和數字報警設備。10.根據權利要求7所述的一種質量流量計，其特征在于，還包括整流組件，所述整流組件包括流體直流器和整流器。
【文檔編號】G01F1/78GK205619980SQ201620248580
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】黃立基, 周昌全, 劉燁楠, 鄧文紅
【申請人】矽翔微機電系統（上海）有限公司