一种压差式风量测量装置和方法

1.本发明涉及气体流量检测技术领域，尤其涉及一种压差式高精度风量罩及其信号处理方法。


背景技术：

2.风量罩主要用于测量风量，将风汇集至基座段上的风压传感器上，风量罩主要由三个部分组成：风量罩体、基座以及pda；风压传感器器设置在基座段圆筒内，pda也设置在基座外。风压传感器将采集压差大小，由压差值计算风速，再根据基底的尺寸将风量计算出来，然后直接将风速、风温和风量的数据显示在pda的屏幕上，并且可以设置对各项参数进行连续实时记录，便于后期对数据进行导出分析。
3.现阶段风口风量一般采用风量罩进行测量，而现有百叶风口风向并不能保证气流正对风速均匀器吹风，风量罩罩体和测量部分的节流对风口的阻力也会造成风量下降影响测试准确性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是实现一种可变向伸缩高精度风量罩，能够测量变风向风口的送风量。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种压差式风量测量装置，装置设有由罩体连接座连接的测量基座和风罩，所述风罩朝向待测风量的出风口，所述测量基座内设有同心圆支架，所述同心圆支架由竖直设置的中央连接管和盘绕在中央连接管上的多圈通风管，每根所述通风管上均设有气孔，所述通风管一端密封，另一端连接中央连接管内管道的一端，所述管道另一端连接至测量基座外的测量单元。
6.所述通风管设有四圈，每根所述通风管内通过隔板间隔为迎风面管和背风面管，所述管道包括四根全压腔管和四根静压腔管，每根所述迎风面管是上均设有至少一个气孔，所述迎风面管一端密封，另一端连接一根全压腔管，每根所述背风面管是上均设有至少一个气孔，所述背风面管一端密封，另一端连接一根静压腔管。
7.每根所述全压腔管和静压腔管内均设有电动阀门。
8.所述测量单元内设有连接每根全压腔管和静压腔管的风压传感器，每个所述风压传感器连接并输出感应信号至风速变送模块，所述风速变送模块输出感应信号至主控制器，所述主控制器连接信号输出模块，所述信号输出模块连接并输出信号至电动阀门、通信模块和显示屏，所述测量单元内为所有元器件供电的电源模块。
9.所述测量基座的内壁固定有温湿度传感器，所述温湿度传感器通过线束连接测量单元，所述中央连接管的中心设有供线束通过的线束管，所述四根全压腔管和四根静压腔管围绕线束管布置，所述中央连接管的顶端设有固定轴，并通过固定轴固定在测量基座的内壁。
10.所述罩体连接座为波纹管，所述测量基座的外表面固定有用于安装固定的支架。
11.所述风罩内固定有网格状布置的栅格板插件，所述栅格板插件为条状板材，相互垂直相交布置在风罩内构成多个独立的风道。
12.一种压差式风量测量方法，包括以下步骤：
13.步骤1、采集每个风压传感器数据；
14.步骤2、根据数据计算测量风量值；
15.步骤3、将测量风量值进行显示以及向外输出；
16.步骤4、判断是否测量结束，若是则结束，若否则返回步骤1。
17.所述步骤2的计算方法如下：测量风量值为q；
18.q＝s(av1+bv2+cv3+dv4)；
19.其中s为基座段风压传感器安装处截面面积；
[0020]v1
～v4分别为四个不同通风管所测风速值；
[0021]
a、b、c、d分别为对应风速值系数。
[0022]
所述测量风量值q由获取的温度值和湿度值补偿，得到被测风口体积风量。
[0023]
本发明通过设置测量截面角度可变的测量支架、以及采用带记忆功能的波纹管作为可伸缩基座形成结构可变的风量罩，通过微压计上的按键选择测量模式，用软件算法实现硬件滤波器的效果，并且可以随时调整滤波参数获得更稳定有效的数据，既保证的测量数据的跟随实时性还提高测量的稳定性，从而整体提高风量罩对送风量的测量精度。
附图说明
[0024]
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
[0025]
图1、2、3为风量罩结构示意图；
[0026]
图4为同心圆支架结构示意图；
[0027]
图5为同心圆支架其中一根通风管的截面结构示意图；
[0028]
图6为同心圆支架中的中央连接管结构示意图；
[0029]
图7为风速测量系统框图；
[0030]
图8为风速测量方法流程图；
[0031]
上述图中的标记均为：1、测量基座；2、同心圆支架；3、中央连接管；4、测量单元；5、支架；6、罩体连接座；7、风罩；8、固定轴；9、通风管；10、隔板；11、气孔；12、线束管；13、全压腔管；14、静压腔管。
具体实施方式
[0032]
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0033]
如图1-3所示，压差式风量测量装置主要有三个部分组成，分别是测量基座1、罩体连接座6和风罩7，其中罩体连接座6用于连接测量基座1和风罩7，采用带有记忆功能的波纹管，可以调整连接座长度和与罩体相对角度，改变罩体基座与风向的夹角，同时通过调整连接座长度，优化基座和连接座段流场状态，提高平均风速测量精度。通过调整连接座长度，
改变风压传感器的相对位置，改变测量单一平均风速面的模式，增多原始风压数据，减少测量误差。
[0034]
风罩7朝向待测风量的出风口，风罩7整体呈喇叭口状，内部尺寸由罩体连接座6向进风口方向逐渐增大，风罩7内固定有网格状布置的栅格板插件，栅格板插件为条状板材，相互垂直相交布置在风罩7内构成多个独立的风道，例如设置可拆卸的9组共18片互相垂直相交的栅格板插件，栅格板下端长度小于测量段直径，栅格板上端长度小于罩口长度，栅格板高度小于罩体长度。栅格板可以有效降低由于湍流气流对以压差测试的风量罩所造成的影响，使测量气流在罩体内形成层流状态通过测量截面，保证测量精度，同时使得本发明风量罩适用于旋转气流的风口风量测量。
[0035]
为保证气密性，罩体连接座6和测量基座1、风罩7之间连接部位设有橡胶垫圈，在测量基座1的外表面固定有用于安装固定的支架5，支架5的形状可以根据需要设计，方便将其固定在测量位置即可。
[0036]
测量基座1是整个装置的核心，测量基座1的内部固定有同心圆支架52，同心圆支架52每一层是一个测量点，通过独立环形均速管传感器，改变多点平均风速计算方法，通过对不同半径圆环位置出的平均风速单独测量，利用数据曲线拟合的方法计算截面平均风速，四环测量数据通过标定系数，从而显示测量风量值。
[0037]
同心圆支架52的中心是一根中央连接管3，作为主体核心，用于连接固定整个同心圆支架52，中央连接管3的一端通过固定轴8固定在测量基座1的内壁，固定轴8与测量基座1内壁之间具有阻尼力，能够悬停在想要的角度，这样同心圆支架52与气体流动方向的夹角可调，从而改变气流与测量截面的夹角，适用于不正对罩体内出风的风口风量测量。
[0038]
多圈通风管9呈同心圆结构固定在中央连接管3上，通风管9的圈数可以根据需要设置，例如设置四根，每根所述通风管9上均设有气孔11，每根通风管9上气孔11的数量也可以根据需要设计，一般等间距布置即可，通风管9一端密封，另一端连接中央连接管3内管道的一端，管道固定在中央连接管3内，中央连接管3起到支撑和固定的作用，管道一端连接通风管9，另一端连接至测量基座1外的测量单元4。
[0039]
为了提高测量精度，采用全压腔和静压腔各自独立的结构分别测量不同圆环位置处的压差值，全压腔迎风面有四个测量孔，静压腔背风面有四个测量孔。具体来说，将每根通风管9内通过隔板10间隔为迎风面管和背风面管，迎风面管朝向进风方向，迎风面管朝向背风方向，管道包括四根全压腔管13和四根静压腔管14，每根迎风面管是上均设有至少一个气孔11，一般均匀设置四个等间距布置的气孔11，迎风面管一端密封，另一端连接一根全压腔管13，每根背风面管是上均设有至少一个气孔11，背风面管一端密封，另一端连接一根静压腔管14，构成测量气路。
[0040]
此外，还可以在每根全压腔管13和静压腔管14内均设有电动阀门，这样可以根据风量大小和风口面积大小通过电子阀门开启或关闭不同圆环处的压差信号，增强风量罩的适用性。
[0041]
测量单元4固定在测量基座1外壁，测量单元4内设有连接每根全压腔管13和静压腔管14的风压传感器，利用风压传感器测量每根全压腔管13和静压腔管14内部的风压，系统结构如图7所示，每个风压传感器连接并输出感应信号至风速变送模块，风速变送模块输出感应信号至主控制器，主控制器连接信号输出模块。信号输出模块是一个与外界交互和
控制的模块，信号输出模块连接并输出信号至电动阀门、通信模块和显示屏，可以控制电动阀门的开度状态，同时通信模块和显示屏可以具有输入功能，向测量单元4输入控制指令，例如设有独立的pda与通信单元通信，通过pda上的按键选择模式，在不同风口大小测量时，有选择的设置工作的风压传感器，应对不同大小风口测量时的准确性。系统具有电源模块，电源模块为所有的元器件供电。
[0042]
为了补充测量结果，减少温湿度差异对数据的影响，在测量基座1的内壁固定有温湿度传感器，温湿度传感器通过线束连接测量单元4的主控制模块，将采集的温湿度信号输送至主控制模块，连接线束可以通过中央连接管3走线，在中央连接管3的中心设有供线束通过的线束管12，四根全压腔管13和四根静压腔管14围绕线束管12布置。
[0043]
现有风量罩均为直接多点测量平均动压获取截面平均风速，从而得到测量风量值，存在误差。本发明设计的独立动态连接的圆环笛形风压传感器，避免了一次平均带来的测量误差，通过系数计算提高精度，微压计pda中集成4个压差模块，可最多同时获取四圆环笛形均速管的压差值，继而得到各自的风速值。
[0044]
开始测量前，将装置利用支架5固定在预设位置，将风量罩罩口对准出风口，用手拉伸或压缩罩体连接座6，改变笛形风压传感器在基座段的相对位置，使风口气流在基座段均匀分布，测量不同位置截面处的平均风速。压差式风量测量方法包括以下步骤：
[0045]
步骤1、采集每个风压传感器数据；
[0046]
步骤2、根据数据计算测量风量值；
[0047]
q＝s(av1+bv2+cv3+dv4)；
[0048]
q为风量，s为基座段风压传感器安装处截面面积，v1～v4分别为四个不同直径的圆环均速管所测风速值，a、b、c、d分别为对应风速值系数，通过多组标准风量和标准仪器实验标定得到
[0049]
为圆环均速管压差测量风速的公式原理。
[0050]
步骤3、将测量风量值进行显示以及向外输出；
[0051]
步骤4、判断是否测量结束，若是则结束，若否则返回步骤1。
[0052]
本发明中圆环笛形风压传感器之间动态连接，通过判断风口面积与罩口面积比例大小，手动或自动设置是否获取较外侧圆环压差值，若风口面积相对较小则应关闭外侧圆环均速管压差信号，由罩体内温湿度传感器数据，实现温压补偿功能，得到被测风口体积风量。
[0053]
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。