CN101126652B - 电子式质量流量燃气计量表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子式质量流量燃气计量表，燃气表壳体为具有气密性容腔的壳体，壳体内的输气管分为独立的进气管，以及连接在一起的流量检测管和出气管，进气、出气管分别与壳体的进、出气接口连接，流量检测管的下游端与出气管连接并水平悬空在壳体中，流量检测管具有主流气道和旁路气道，主流气道中设置一用于分流的装置位于连通旁路气道的两通孔之间，旁路气道的截面积小于主流气道的截面积，一热式质量流量传感器的信号传感模块设于用于检测的旁路气道的内壁。它能够对经过的燃气进行质量流量计量，并且能够防止燃气中含有的粉尘附着在传感元件上，提高燃气使用计量的精确性和燃气表的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气计量表，具体涉及一种电子式质量流量燃气计量表。
背景技术
目前的家用燃气计量表通常是采用机械传动计量的膜式燃气表，这种膜式燃气表都是基于对燃气的体积流量进行测量。具体工作为当燃气进入气囊，气囊被燃气压力鼓起，推动膜片位移，带动连杆机构运动，推动阀盖周而复始的转动，使阀盖打开或关闭，燃气流出后气囊瘪下。这样通过计算气囊切换次数与气囊容积的乘积确定气体总流量。膜式燃气表的机械结构非常复杂，且零部件较多，加工和装配难度较大。特别是在出厂校准时，需更换转换齿轮，校准难度非常大。最关键的是，膜式燃气表是基于体积测量，气体的体积受环境温度和管道压力波动影响变化较大，导致计量体积与实际使用的质量存在较大差异。譬如，同样质量的气体，在夏天的体积就比冬天的体积的测量结果高30％左右，这无论是对用户或者供气公司而言都是不公平的。
除机械传动计量的膜式燃气表之外，目前市场上还出现了一种以超声波计量的电子式燃气表。参见图5，这种以超声波计量的电子式燃气表的结构是在气流通过的输气管道a壁上分上下游分别设置两个相向的斜向孔，将两个相对的超声波传感器b分别安装在这两个相向的斜向孔中，两个超声波传感器分别通过导线与安装在表壳内的信号处理装置连接。气流通过时，两个相对安装的超声波传感器相向交替或同时收发超声波，根据超声波探测到的气流从上游到达下游的时间计算流速，流速与通气截面积相乘便可得到流量。但是，该表的超声波流量计的测量线路比一般流量计复杂，因为一般工业计量中气体的流速常常是每秒几米，被测气体流速、流量变化带给声速的变化量最大也是10-3数量级.若要求测量流速的准确度为1％，则对声速的测量准确度需为10-5～10-6数量级，因此必须有完善的测量线路才能实现，设计难度较大。并且这种以超声波计量的电子式燃气表计量的是气体体积流量而非质量流量，计量精度同样也会因为环境温度和管道压力波动的变化而产生差异。
同时，由于现有的膜式燃气表和电子式燃气表，都没有防止燃气中含有的如四氧化三铁，硫化物等粉尘杂质附着于测量部件上的防尘结构，很容易因粉尘杂质的附着而影响燃气表的计量精度，严重时甚至会导致测量部件损坏，降低燃气表的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种电子式质量流量燃气计量表，它能够对经过的燃气进行质量流量计量，并且能够防止燃气中含有的粉尘附着在传感元件上，提高燃气使用计量的精确性和燃气表的使用寿命。
本发明的目的是这样实现的：包括燃气表壳体，设于燃气表壳体中的输气管，设置在输气管上的传感器。所述燃气表壳体为具有气密性容腔的壳体，壳体的进气接口、出气接口分别固接有管接头；所述输气管分为独立的进气管，以及连接在一起的流量检测管和出气管，进气管与壳体的进气接口连接，出气管与壳体的出气接口连接，流量检测管的下游端与出气管连接水平悬空在壳体中；所述流量检测管具有主流气道和与之平行的用于检测的旁路气道，主流气道的管壁上设有两个通孔分别连通旁路气道的上、下游端，主流气道中设置一用于分流的装置位于两通孔之间，旁路气道的截面积小于主流气道的截面积；所述传感器为具有信号传感模块的热式质量流量传感器，该热式质量流量传感器的信号传感模块设于用于检测的旁路气道的内壁。
由于采用了上述方案，将燃气表壳体设为具有气密性容腔的壳体，输气管分为独立的进气管，以及连接在一起的流量检测管和出气管，进气管、出气管分别与壳体上固接的管接头连接，流量检测管的下游端与出气管连接并水平悬空在壳体中，使进入气密性容腔壳体的燃气不直接流入流量检测管，而是先流入截面积大于进气管的气密性容腔壳体内，气流截面积显著增大，流速大幅度减缓，待气体充满容腔后才流入流量检测管，这样可以让燃气中含有的微量粉尘等杂质，因流速降低而沉于腔底，使进入流量检测管的燃气纯洁度提高，从而避免了燃气中的粉尘等杂质附着于测量部件，影响燃气表的计量精度和使用寿命。所述流量检测管具有主流气道和与之平行的用于检测的旁路气道，旁路气道的截面积小于主流气道的截面积，这种在截面积小的旁路气道中采集气体通过流量的信息，有利于采集精确的信息数据，与现有的以超声波计量的电子式燃气表在截面积相对较大输气管道采集信息相比，其采集到的信息数据的精确程度高于现有的以超声波计量的电子式燃气表，由此提高了计量精度。在流量检测管的主流气道中设置一用于分流的装置，能够将进入主流气道中的气体分出少量部分从用于检测的旁路气道经过，在检测流量后汇入主流气道，而大量的气体仍然从主流气道通过输送至使用终端，这样既能够保证充足的燃气供给，又能够提高计量精度。所述传感器为具有信号传感模块的热式质量流量传感器，这种具有信号传感模块的热式质量流量传感器能够通过测量燃气的质量流速而获得燃气的质量流量。与膜式然气表的计量结构相比，该计量方式具有量程比宽，计量准确度高，直接电信号输出等独特优点；与以超声波计量的电子式燃气表相比，这种热式质量流量传感器得到的是质量流量，而非现有超声波计量的体积流量，使用户与供气公司之间得到更公平的计量。此外，由于在居民家庭应用场合，燃气通过复杂庞大的燃气管网后，其流向已经紊乱无章，因热式质量流量传感器对气流的方向性和稳定性要求高，对管道中燃气的紊流非常敏感，所以本发明在流量检测管的主流气道圆管的上游端口设有用于调整紊流的装置，使紊乱的气流在通过用于调整紊流的装置时得到调整，燃气形成有序的流动的方向和稳定的流动状态，有利于热式质量流量传感器的信息采集，同时，该用于调整湍流的装置还能够起到阻挡部分粉尘杂质进入流量检测管的作用，进一步提高被检测气流的纯洁度。
本发明电子式质量流量燃气计量表的结构简单，利于制造和装配，并且具有瞬时流量信号输出功能，利用瞬时流量信号，可以监控燃气泄露或者管道破裂预警，有效提高燃气系统的安全性。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的用于分流的装置的截面结构图；
图3为本发明的用于调整紊流的装置的截面结构图；
图4为热式质量流量传感器的电路结构图；
图5为超声波电子燃气表的结构示意图。
附图中，1为壳体，1c为气密性容腔，2为进气管，3为阀门，4为垫圈，5为密封圈，6a、6b为管接头，7为用于调整紊流的装置，7a为通孔，8为座体，9为旁路气道，10为盖板，11为信号传感模块，11a为电加热件，11b、11c为测温热电阻，11d为硅衬底，12为出气管，13为流量检测管，14为用于分流的装置，14b为气流通道，15为底板，16为主流气道，17为封边圈，18为信号放大模块，19为A/D转换模块，20为数据处理和补偿模块，21为显示模块，22为控制模块，23为存储模块，24为供电模块。
具体实施方式
参见图1至图4，本电子式质量流量燃气计量表的壳体1为具有气密性容腔1c的壳体，壳体1的进气接口、出气接口分别固接有管接头6a、6b，所述进气、出气接口的管接头6a、6b分别通过与之配合的垫圈4铆接固定在壳体1上，管接头与壳体之间设有密封圈5密封铆接处。铆接时管接头6a、6b的铆接端穿过壳体1上的孔套上垫圈4，管接头与壳体接触处套有橡胶密封圈5，通过压力使管接头、垫圈、密封圈与壳体紧紧连接固定在一起并形成密封连接，壳体的底部由底板15封盖，底板15与壳体1的翻边通过封边圈17压合形成密封，压合时可涂抹封胶增强密封效果；或者在壳体1的翻边和底板15之间设置密封垫，再用螺栓、螺母紧固连接密封。输气管设于燃气表壳体中，所述输气管分为独立的进气管2，以及连接在一起的流量检测管13和出气管12。进气管2的上游端与壳体1的进气接口连接，进气管2的该端设有的环槽中套上密封圈一起插入进气接口的管接头6a中形成紧配合，并用卡子或螺钉固定定位在管接头上，进气管2的下游端口向下位于燃气表壳体1的气密性容腔1c中，进气管2上设有控制气流通过的电动阀3。出气管12的下游端与壳体1的出气接口连接，出气管12的该端设有的环槽中套上密封圈一起插入出气接口的管接头6b中形成紧配合，并用卡子或螺钉固定定位在管接头上。出气管12为弯管，流量检测管13的下游端与出气管12的上游端连接，呈水平悬空在壳体1的气密性容腔1c中，流量检测管1 3套在出气管12外圆上，其接触面用密封圈密封。流量检测管13的上游端口的水平位置高于进气管2的下游端口，相互间不直接相对，流量检测管13的上游端口与进气管2的管壁之间留有相对较宽的空间，以供壳体容腔中的气体能够从该空间进入流量检测管13的上游端口；由于流量检测管13的上游端口与进气管2的下游端口不直接相对，由进气管输入的燃气不能够从进气管直接流入流量检测管13中，而是先进入壳体的气密性容腔1c，在流速得到一定的缓解后，再进入流量检测管13中，此过程中燃气中的粉尘杂质沉淀与容腔底，使进入流量检测管13中的燃气纯洁度提高。所述流量检测管13具有主流气道16和与之平行的用于检测的旁路气道9，主流气道16的管壁上设有两个通孔分别连通旁路气道9的上、下游端。所述流量检测管13的主流气道16圆管外壁紧贴固定连接一设有条形槽的座体8，座体8与主流气道16圆管外壁紧贴配合的部位为与圆管外壁圆弧一致的凹弧，条形槽设于座体8中，条形槽中设有与主流气道16的管壁上的两个通孔连通的孔，一盖板10固定在座体8上盖住条形槽，形成气密的用于检测的旁路气道9，使燃气能够从主流气道16的一通孔进入条形槽，再由条形槽从主流气道16的另一通孔重新进入主流气道16。所述座体8通过密封胶粘合在主流气道16圆管外壁上，也可以采用密封垫和螺钉紧固形成气密性密封；所述盖板10与座体8之间设置密封垫，通过螺钉紧固形成气密性密封。旁路气道9的截面积小于主流气道16的截面积，其用于检测的旁路气道9的截面积为主流气道16的截面积的1/10～1/200，旁路气道截面积的大小视主流气道截面积的大小而定，有利于提高检测流量的准确精度。主流气道16中设置一用于分流的装置14，该用于分流的装置14位于主流气道16的管壁上的两个通孔之间，与主流气道16的管内壁紧贴。所述用于分流的装置14为轴向设有多个气流通道的圆柱体，其上设置的多个气流通道呈同心圆形状轴向贯通圆柱体，使圆柱体上的多个气流通道的总体截面积减小，在气流抵达该圆柱体时，通过量受到一定限制，分出很小的一部分流经旁路气道9，用于进行质量流量检测。所述用于分流的装置14采用多个同心圆形状限制气流通过流量，有利于气流的有序受限，使受限的气流不容易形成杂乱紊流进入旁路气道9，能够防止因杂乱紊流影响检测，提高检测精确性。该圆柱体通过螺钉固定或粘结固定在流量检测管13的主流气道管内，防止用于分流的装置14因松动位移而堵塞旁路气道9的通气孔。流量检测管13的用于检测的旁路气道9中设置传感器，所述传感器为具有信号传感模块11的热式质量流量传感器，该热式质量流量传感器的信号传感模块11设置在用于检测的旁路气道9的内壁，固定于盖板10上，或者信号传感模块11固定在座体8上，显露在座体8的条形槽中。所述信号传感模块11的芯片与热式质量流量计集为一体，采用微加工工艺制作，热式质量流量计的电加热件11a、上、下游测温热电阻11b、11c悬空在模块硅衬底11d的凹腔之上，利于与被测气体接触快速响应，信号传感模块11输出的电信号的读数直接代表质量流量。所述热式质量流量传感器的信号传感模块11与模拟信号放大模块18连接，通过模拟信号放大模块18将流量传感模块11输出的差分模拟信号经放大，模拟信号放大模块18与A/D转换模块19连接，通过A/D转换模块19转换成数字信号，更容易进行信号处理和补偿，A/D转换模块19与数据处理和补偿模块20连接，信号处理和补偿模块20的主要作用在于噪音抑制、非线性补偿和其它各种补偿。数据处理和补偿模块20分别与存储模块23、显示模块21、控制模块22连接，由信号处理和补偿模块20输出的信号呈线性关系，且对温度和压力变化不敏感，补偿算法和补偿系数可以存储在存储模块23之内；显示模块21通过设置在壳体上的显示屏显示气体瞬时流量、累计流量，以及提示信息，例如，当电源供电不足时，通过显示屏显示需更换电池的提示等。控制模块22与电动阀3连接，主要用于控制阀门的开启、关闭。供电模块24分别与上述这些模块连接，负责为上述电子模块供电。为延长电池寿命，所有的电子模块都采用低功耗设计，保证电池寿命在允许范围之内。
本发明不仅仅局限于上述实施例，为满足热式质量流量传感器的信号传感模块11对气流的方向性和稳定性的高要求，对气体纯洁度的高要求，在上述结构的基础上，还可以在所述流量检测管13的主流气道16圆管的上游端口设置用于调整紊流的装置7，该用于调整紊流的装置7为设有若干大小不一的通孔结构的滤网盘，滤网盘上的若干通孔7a密布在滤网盘上，通孔的孔形可以为圆孔，或方形，或各种多边形，滤网盘嵌入主流气道16圆管的端口，并用定位螺钉固定，防止其松动脱落。流量检测管13的主流气道16圆管的上游端口设置用于调整紊流的装置7，既能够对壳体1气密性容腔1c中充满的燃气在涌入主流气道口时产生的紊流进行调整，使之进入主流气道后形成有序气流，又能够将一部分还没有沉淀、随气流浮动的粉尘挡住在主流气道口外，进一步防止燃气中的粉尘杂质进入流量检测管13，增加本燃气计量表的防尘效果。
除上述实施例外，所述进气、出气接口的管接头6a、6b也可以采用焊接或螺纹连接固定在壳体1上，形成气密性连接。进气管2、出气管12也可以分别与进气、出气接口的管接头6a、6b采用螺纹连接或粘接形成气密性连接。采用这些连接方式，均能够保证壳体1容腔的气密性。
Claims (9)
1.一种电子式质量流量燃气计量表，包括燃气表壳体，设于燃气表壳体中的输气管，设置在输气管上的传感器，其特征在于：
所述燃气表壳体为具有气密性容腔的壳体，壳体的进气接口、出气接口分别固接有管接头；
所述输气管分为独立的进气管，以及连接在一起的流量检测管和出气管，进气管与壳体的进气接口连接，出气管与壳体的出气接口连接，流量检测管的下游端与出气管连接并水平悬空在壳体中；
所述流量检测管具有主流气道和与之平行的用于检测的旁路气道，主流气道的管壁上设有两个通孔分别连通旁路气道的上、下游端，主流气道中设置一用于分流的装置，分流装置位于两通孔之间，旁路气道的截面积小于主流气道的截面积；所述流量检测管的主流气道圆管外壁固定连接一设有条形槽的座体，条形槽连通主流气道的管壁上的两个通孔，一盖板固定在座体上盖住条形槽，形成气密的用于检测的旁路气道；
所述传感器为具有信号传感模块的热式质量流量传感器，该热式质量流量传感器的信号传感模块设于用于检测的旁路气道的内壁，或热式质量流量传感器的信号传感模块固定在座体上，显露在座体的条形槽中。
2.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述进气、出气接口的管接头通过垫圈铆接固定在壳体上，管接头与壳体之间设有密封圈。
3.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述进气管的下游端口向下位于燃气表壳体的气密性容腔中。
4.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述用于检测的旁路气道的截面积为主流气道的截面积的1/10～1/200。
5.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述主流气道圆管的上游端口设有用于调整紊流的装置。
6.根据权利要求5所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述用于调整紊流的装置为设有若干大小不一的通孔的滤网结构。
7.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述热式质量流量传感器的信号传感模块与模拟信号放大模块连接，模拟信号放大模块与A/D转换模块连接，A/D转换模块与数据处理补偿模块连接，数据处理补偿模块分别与存储模块、显示模块、控制模块连接，供电模块分别与这些模块连接。
8.根据权利要求1所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述用于分流的装置为轴向设有多个气流通道的圆柱体，该圆柱体通过螺钉固定或粘结固定在流量检测管的主流气道圆管内。
9.根据权利要求8所述的电子式质量流量燃气计量表，其特征在于：所述用于分流的装置的轴向设置的多个气流通道呈同心圆形状贯通圆柱体。
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