1 引言

跟着我国公民经济的快速成长，气体产品应用范围赓续扩年夜，传统的气体流量测量重要应用于医疗、汽车、环保、化工、能源等行业。将来，跟着智能家居的鼓起，家用燃气热水器、抽油烟机等更多行业的产品将须要应用气体流量检测技巧，以进步产品智能化程度。流量传感器的精度、稳定性、情况适应才能、智能化水平和性价比等指标极年夜地影响着产品德量、临盆效力和能耗等。在现有的气体流量测量仪中，有的重要依附手工操作，主动化、智能化程度低；有的实用于工程范畴中年夜管径内介质的流量测量，但其体积庞年夜，超声波流量计是指一种基于超声波在流动介质中传播速度等于被测介质的平均流速与声波在静止介质中速度的矢量和的仪器，不克不及用于微流体的测量。也有学者在流体压力、流量检测的微型传感器方面作了必定的研究，有助于进步流体流量检测的精度、智能化程度，但其实际应用后果仍有待进一步考验。

今朝，针对智能家居产品范畴如：燃具、厨具等的气体流量检测应用研究还比较少见，研究应用虚拟仪器开辟平台LabVIEW和文丘里效应进行气体流量的检测，以燃气热水器为载体进行了研究实验，可以实现对燃气热水器排烟管道空气风速、流量的及时检测。

2 体系检测筹划

体系检测筹划如图1所示，燃气热水器风机将燃烧后的烟气排出，排烟管口处接文丘里管，根据文丘里效应，气体的流速、流量与文丘里管进口气压和紧缩段气压之间的差压有关，采取差压传感器将差压旌旗灯号转化为电压旌旗灯号，经由过程数据采集卡获得此电压旌旗灯号输入计算机，应用虚拟仪器开辟平台LabVIEW编写的检测软件对采集到的旌旗灯号进行数据处理、运算、存储、成果显示，从而获得燃气热水器排放烟气的流量、速度等参数。

图1 体系检测筹划

3 体系检测道理

3.1 文丘里管与气体流量检测

文丘里管具有构造简单，成本较低，机能稳定，压力损掉小，不易被堵塞等特点，广泛应用于各类行业、各类介质的流量测量，文丘里差压式流量计占流量仪表总数的一半以上。采取文丘里管检测燃气热水器排烟气体的流速和流量，其道理如图2所示，检测时竖直安装在燃气热水器排烟管口地位。地位1、地位2分别是进气段和紧缩段的取压口，两取压口之间距离为h，在垂直于轴线的截面上的流速、气压、孔径分别为V1、P1、D和V2、P2、d。根据流动持续性方程和伯努利方程，可知：

图2 文丘里管道理

    （1）

    （2）

式中：ρ为管内气体密度，分别为地位1和地位2处管内截面积。

由式（1）、（2）得气体流速v1、体积流量qv分别为：

    （3）

    （4）

由（3）、（4）可知，只要检测出文丘里管进气段和紧缩段的差压值Δp，即可求出气体的流速、流量值。

3.2 数据采集

文丘里管获取的差压旌旗灯号必须转化为电旌旗灯号才能处理，烟气分析仪广泛适用于各种工业燃烧设备的维护与监测，本文采取硅膜片微差压式传感器（检测量程：0～100Pa，输出电压：0.5～4.5V），把传感器上2个气压输入端口分别连接在文丘里管两取压口上获取差压值，然后经由过程数据采集卡将差压旌旗灯号输入计算机中。所采取的数据采集卡NI USB－6009是NI公司推出的一款低价位多功能数据采集卡，具有8路模仿输入，14位分辨率，采样率48kS/s，性价比高。

3.3 传感器标定

差压传感器输出的是电压值，热像仪具有多功能,高清晰度及高性能的特点，必须经由过程标定转化为差压值。应用高精度的testo　510数字压差计对传感器进行标定，标定办法为：应用GM8902数字风速风量仪在文丘里管出口处检测风速，在雷同的风速感化下，分别应用testo510数字压差计和差压传感器检测旌旗灯号输出值，成果如表1所示。

表1 传感器标定实验成果

热水器所排出烟气的温度范围是50～80℃，跟着风机产生的气体流速的变更而变更，对传感器的影响可以忽视不计，取气体密度为1kg/m3。采取一元线性回归分析办法设：

    （5）

应用最小二乘法得：

    （6）

    （7）

根据表1的数据得：Δp＝21.71U－1.9   （8）

4 体系检测软件与实验

4.1 检测软件

本文应用虚拟仪器平台LabVIEW开辟出气体流速流量检测仪，软件界面如图3所示，体系的检测流程如图4所示。

图3 检测体系软件界面

图4 体系检测筹划

1）设置数据采集卡采样通道、采样率、单次采集点数，对采集到的差压传感器旌旗灯号Ui，先用中值滤波处理，清除脉冲干扰旌旗灯号，再进行均值滤波求出采集数据的平均值。

2）差压传感器的输出存在零点漂移，是以设置调零功能，在零差压状况下，将采集到的数据按上述1）处理后的值作为零点漂移值。

3）在进行正常检测时，将采集到的数据处理后减去零点漂移值代入式（8）求得差压值Δp，再根据式（3）、（4）求得气体流速v1、体积流量qv。

4.2 检测实验

在燃气热水器长进行了检测实验，实验装配如图5所示，为了不影响气体流动，将GM8902数字风速风量仪设置在文丘里管的出口处检测气体流速，与此同时从文丘里管两取压口获得差压旌旗灯号，用前述理论办法计算获得文丘里管进口处的气体流速v1，再根据流动持续性方程换算成出口处的流速vo。2种方法检测获得的实验成果如表2所示，数值的相对误差在10%以内，相干系数r为0.998，是以，可以进一步采取一元线性回归分析办法处理，以进步检测精度。

表2 2种办法检测的流速值比较　　　m/s

图5 实验装配

5 结论

应用虚拟仪器平台LabVIEW和文丘里效应开辟了一种气体流速流量检测仪，对家用燃气热水器上的排烟气流速流量进行了比较检测实验，实验证实应用文丘里效应获得的检测成果与数字风速仪的检测值根本接近，项目标研究为将来在家用燃具、厨具等产品上研发低成本、高精度的气体流速流量及时检测装配奠定了基本。