CN102564516A - 电子燃气表 - Google Patents

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CN102564516A CN2012100123159A CN201210012315A CN102564516A CN 102564516 A CN102564516 A CN 102564516A CN 2012100123159 A CN2012100123159 A CN 2012100123159A CN 201210012315 A CN201210012315 A CN 201210012315A CN 102564516 A CN102564516 A CN 102564516A
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张旭辉
徐爱东
杨拥军
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MT MICROSYSTEMS CO Ltd
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MT MICROSYSTEMS CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电子燃气表，包括气体质量流量传感器、信号调理电路、A/D转换器、微处理器、液晶显示模块、气体传感器、温度-压力传感器和气体数据库存储器，所述气体质量流量传感器与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端经A/D转换器与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与液晶显示模块连接；所述气体传感器和温度-压力传感器分别与所述信号调理电路的相应输入端连接，所述微处理器与气体数据库存储器连接。本发明的有益效果如下：实现了对多组分气体在不同温度、压力条件下的体积流量的精确测量，减小了测量误差。

Description

电子燃气表
技术领域
本发明涉及气体流量测量仪器技术领域。
背景技术
目前，广泛应用的家用燃气表包括普通的机械字轮式燃气表和电子式膜式燃气表（包括IC卡表、远传表等），这些燃气表均采用机械传动计量体积流量的皮膜式燃气表基表，其零部件非常多，机械结构复杂，制造、加工和装配工艺难度大，制造成本相对较高；由于机械结构必然存在固有摩擦的局限，使得传统的机械式燃气表对微小流量反应不灵敏，影响了测量的精度。传统的机械式燃气表体积较大，兼容性较差，给用户和燃气公司的安装和测量造成不便；由于可动机械结构固有存在的磨损、污染等现象，将导致可动部件随使用时间的增加出现动作失准或失灵，带来测量误差。膜式燃气表容易人为阻塞机械运动窃气，基于膜式基表的电子式燃气表，其由机械到电的转化过程易受各种因素的干扰，造成计量误差或者错误。
现有一些电子式膜式燃气表，通过集成温度传感器或者同时集成温度和压力传感器，将电子化的皮膜式基表流量信号进行温度或者温度/压力补偿，其过程比较复杂，成本高，且无法避免前述皮膜式基表固有的缺点。
另外一些燃气表电子化方案还有超声技术和热式质量流量计技术。超声技术仍然采用体积流量计量原理，成本高，与所有基于体积流量检测原理的技术一样，实现精确计量需要进行比较复杂的温度、压力等补偿，需要增加额外的硬件成本；传统的热式质量流量计测量的是质量流量，无需温度、压力等补偿即可获很高计量精度，但成本高，功耗大，一致性较差。这也正是皮膜式燃气表技术虽然存在种种缺点但仍然在目前市场中占据统治地位原因。
热式气体质量流量计作为一种新型气体流量检测仪表，具有功耗低、灵敏度高、压损低、流量范围大、精度高、无可动部件即可实现低流量测量、无需温度压力补偿等优点。然而，热式气体质量流量计测出的是质量流量，而现行的燃气计量国家标准中是以体积流量为标准计量单位的，因此限制了热式气体质量流量计的应用。一种简单的做法是将热式气体质量流量计得到的质量流量除以一个固定的系数（即密度），将质量流量转化为体积流量；但当气体温度、压力变化较大，尤其是当气体是多组分，且组分比例又时常变化的情况下，其密度会有很大差异，因此采用该方法得到的体积流量将会有非常大的误差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现对不同温度、压力下的多组分气体进行体积流量测量的电子燃气表，其精确度高、体积小、使用方便、成本低。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电子燃气表，包括气体质量流量传感器、信号调理电路、A/D转换器、微处理器、液晶显示模块、气体传感器、温度-压力传感器和气体数据库存储器，所述气体质量流量传感器与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端经A/D转换器与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与液晶显示模块连接；所述气体传感器和温度-压力传感器分别与所述信号调理电路的相应输入端连接，所述微处理器与气体数据库存储器连接。
所述气体传感器为下述传感器中的一种：光谱型气体传感器、热导型气体传感器、电化学气体传感器或半导体型气体传感器；光谱型气体传感器的具体型号为IRNET-P-20-CH4-L-EX-VS-2-N，热导型气体传感器的具体型号为NAP－21A，电化学气体传感器的具体型号为NAP-55A，半导体型气体传感器的具体型号为CGS12。
上述气体质量流量传感器为热膜式气体质量流量传感器，其型号为AFS01；温度-压力传感器的型号为PS01；所述液晶显示模块的型号为LCM141C；所述气体数据库存储器的型号为FM24CL64。
信号调理电路采用型号为AD627的仪表放大器作为低功耗前级放大器，A/D转换器型号为ADS1230，由气体质量流量传感器测得的气体质量流量、由气体传感器测得的气体组分、以及由温度-压力传感器测得的气体温度和压力等信息通过型号为ADG849的模拟开关输入A/D转换器，然后输入微处理器，所述微处理器的型号采用MSP430F147。
本发明的有益效果如下：通过气体质量流量传感器采集气体质量流量信息，通过气体传感器采集气体成分、组成信息，通过温度-压力传感器采集气体的温度、压力信息，这些信息通过信号调理电路以及A/D转换器输入微处理器，微处理器结合气体数据库存储器中存储的每种气体密度随温度、压力的变化关系，计算出被测气体的等效密度，进而将质量流量实时精确地转化为体积流量。其精确度高、体积小、使用方便、成本低。可实现多组分气体的精确测量，降低测量误差，达到国家对燃气的计量标准。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
本发明的具体实现方式及原理如下：
利用气体质量流量传感器测得待测气体的质量流量，利用气体传感器精确测得气体组份和气体中各种成分气体所占的百分比，利用温度-压力传感器测得气体的温度、压力信息，这些信息通过信号调理电路、A/D转换器输入微处理器；微处理器调用气体数据库存储器中的各类气体密度随温度、压力变化的信息，同时结合气体组分信息，计算出待测多组分气体的密度，然后结合气体质量流量传感器测得的待测气体的质量流量信息，计算出待测气体的体积流量，测量结果精确，不会因温度、压力的变化导致测试结果误差，适用于各种多组分气体的体积流量的测量。
计算过程如下：
设气体质量为                                                
Figure 669781DEST_PATH_IMAGE001
，气体密度为
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE002
，气体体积为
Figure 462288DEST_PATH_IMAGE003
则有 
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE004
气体密度随气体种类、温度
Figure 304342DEST_PATH_IMAGE005
、压力
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE006
等的不同而不同，对于特定种类的气体，在普通条件下，其密度跟温度、压力的关系可以用克拉伯龙方程式来描述，即
Figure 512600DEST_PATH_IMAGE007
，则有。
对于混合气体(
Figure 389289DEST_PATH_IMAGE009
,
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE010
,
Figure 24801DEST_PATH_IMAGE011
)，包含组分A、B……，其所占体积分数分别为
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 181849DEST_PATH_IMAGE013
……，有如下方程：
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE014
Figure 443066DEST_PATH_IMAGE015
 
Figure 924994DEST_PATH_IMAGE017
  ……
则有：          
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE018
 
Figure 980675DEST_PATH_IMAGE019
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE020
进一步有：
Figure 548054DEST_PATH_IMAGE021
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE022
则有： 
Figure 347382DEST_PATH_IMAGE023
通过气体质量流量传感器可以测得待测气体的质量流量
Figure 683817DEST_PATH_IMAGE009
值，通过温度-压力传感器测得的温度、压力值（
Figure 113661DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 417604DEST_PATH_IMAGE005
），通过气体传感器得到气体组份（A、B……等）和各组分气体的体积百分含量（、
Figure 146318DEST_PATH_IMAGE013
……等）。
微处理器通过查询气体数据库存储器得到气体组份A、B……等对应的分子量（、
Figure 356850DEST_PATH_IMAGE025
……等）和，即可计算出待测气体的标况实时密度
Figure 148089DEST_PATH_IMAGE027
，进而得到待测气体的标况体积流量
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE028
，该值等效于经过温度、压力补偿的膜式燃气表所测体积流量。
微处理器通过查询气体数据库存储器得到气体组份A、B……等对应的分子量（
Figure 39953DEST_PATH_IMAGE029
、
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE030
……等）和
Figure 600247DEST_PATH_IMAGE026
，结合温度-压力传感器测得的温度、压力值（
Figure 184943DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE032
），即可计算出待测气体的实时密度
Figure 197898DEST_PATH_IMAGE033
，进而得到待测气体的工况体积流量
Figure 2012100123159100002DEST_PATH_IMAGE034
，该值等效于未经过温度、压力补偿的膜式燃气表所测体积流量。

Claims (2)

1.一种电子燃气表，包括气体质量流量传感器、信号调理电路、A/D转换器、微处理器和液晶显示模块，所述气体质量流量传感器与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端经A/D转换器与微处理器的输入端连接，所述微处理器的输出端与液晶显示模块连接，其特征在于，还包括气体传感器、温度-压力传感器和气体数据库存储器，所述气体传感器和温度-压力传感器分别与所述信号调理电路的相应输入端连接，所述微处理器与气体数据库存储器连接。
2.根据权利要求1所述的电子燃气表，其特征在于，所述气体传感器为下述传感器中的一种：光谱型气体传感器、热导型气体传感器、电化学气体传感器或半导体型气体传感器。
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