CN103076054A - 微量气体流量计及流量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微量气体流量计及流量测量方法，所述的微量气体流量计主要包括固定腔体、称重腔体和称重传感器，所述的流量测量方法为：待测的微量气体充入称重腔体，由于称重腔体的独特设计，使得其内的气体体积变化能够体现于液体重量的变化，进而由称重传感器测量称重腔体的重量值变化，即可推知微量气体的流量；本发明能够在不介入气体通道的前提下，准确的测得微量气体的流量，测量不受限于气体量和流速，且能够有效避免待测气体因腐蚀、堵塞等问题对测量结果所造成的影响。
Description
技术领域
本发明涉及气体流量测量领域，尤其涉及一种能够精确测量微量气体的流量计及其测量方法。
背景技术
现有的气体流量计大都是介入式，例如差压式、速度式、容积式、涡街、超声振子、热式等样式的流量计，需要将节流件、涡轮或旋转体等置于待测气体的通道内，不仅操作复杂，而且直接接触待测气体必然会受到一定程度的腐蚀、堵塞等，进而影响到介入件的灵敏度，导致测量不准确；且，现有的气体流量计只能测量具有一定流速或温度的大量气体，而对于流速较慢的微量气体(如1小时内仅流通共1毫升气体)，无法驱使介入件发生动作或反映，因此达不到测量的效果。
目前，在实验室放气化学反应、微生物产气量分析、检测密封产品的泄漏、煤层气体释放、页岩气体释放等作业环境下，所产生气体普遍具有量少、速度慢检测时间长、检测气体有腐蚀、有污染、有粉尘等特点，显然，利用现有的气体流量计难以准确的完成上述测量作业。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是提供一种微量气体流量计和测量微量气体的方法，能够在不介入气体通道的前提下，准确的测得微量气体的流量。
(二)技术方案
为实现以上功能，本发明提供了一种微量气体流量计，包括：
固定腔体，所述固定腔体内通过第一弹性隔膜分隔成第一储气室和第一储液室，所述第一储气室分别连通一排气管和一气泵；
称重腔体，所述称重腔体内通过第二弹性隔膜分隔成第二储气室和第二储液室，所述第二储气室分别连通一采样管和一收集管，所述第二储液室连通第一储液室；
称重传感器，所述称重传感器连接称重腔体，用于测量所述称重腔体的重量。
优选的，所述第二储液室和第一储液室之间由连通管相连通。
优选的，所述第一储液室和第二储液室分别储有液体。
优选的，所述排气管上设置有第一切换阀，所述气泵上设置有第二切换阀，所述收集管上设置有第三切换阀，所述采样管上设置有第四切换阀。
优选的，还包括变送器、处理器和显示屏，所述显示屏连接处理器，所述处理器通过变送器与所述称重传感器电连接。
优选的，还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器分别连接所述变送器。
一种如上所述的流量计测量微量气体的方法，包括如下步骤：
步骤1、准备-开启第二切换阀和第三切换阀，闭合第一切换阀和第四切换阀，启动气泵往第一储气室内充气，所述第一储气室膨胀压迫第一储液室内的液体由连通管流入第二储液室，并迫使第二储气室内的气体由收集管排出，第二储液室内液面高于第一储液室时关闭气泵；
步骤2、连接-将采样管接入待测设备后，首先闭合第二切换阀和第三切换阀，然后开启第一切换阀，待第二储液室和第一储液室的液位差稳定后，所述称重传感器测得此时称重腔体的重量值，该重量值经变送器转换信号后输入至处理器；
步骤3、测量-开启第四切换阀，若相关设备逸出气体，所述气体在自身气压和所述液位差的作用下，由采样管进入第二储气室内，致使第二储液室内的部分液体受压流入第一储液室，在第二储液室和第一储液室的液位差变化过程中，所述称重传感器即时测量称重腔体的重量值，所测的重量值经变送器转换信号后输入至处理器，所述处理器对所测重量值进行计算处理并形成重量值变化曲线，并将处理结果及曲线图显示于显示屏上，当第二储液室和第一储液室的液位差稳定后，测量完成。
优选的，还包括：
步骤4、回收—测量结束后，闭合第一切换阀和第四切换阀，开启第二切换阀和第三切换阀，启动气泵往第一储气室内充气，由所述收集管处回收被测气体。
优选的，所述步骤1和4中，第二储气室内的气体被全部排净后再关闭气泵。
优选的，所述步骤3中，所述处理器依据温度传感器和压力传感器所测得的数据，对处理结果及曲线值进行相应的补偿。
(三)有益效果
本发明提供的微量气体流量计不需要介入待测气体的通道，操作简单、成本低，只要弹性隔膜仍然具有气密性，即不会影响到测量效果，因此有效避免了待测气体因腐蚀、污垢、粉尘、堵塞等问题所造成的影响；本发明提供的微量气体流量计及测量方法，在较微量的(1000/min----0.001/min甚至更小接近0)气体流量范围内，不受限于气体量和流速，能够有效的测得所产生的微量低流速的气体相关数据。
附图说明
图1是本发明微量气体流量计的结构示意图，同时也是本发明流量测量方法的步骤1状态示意图；
图2是本发明流量测量方法的步骤2状态示意图；
图3是本发明流量测量方法的步骤3状态示意图；
其中：1、固定腔体，11、第一弹性隔膜，12、第一储气室，13、第一储液室，14、排气管，141、第一切换阀，15、气泵，151、第二切换阀，2、称重腔体，21、第二弹性隔膜，22、第二储气室，23、第二储液室，24、采样管，241、第三切换阀，25、收集管，251、第四切换阀，3、称重传感器，4、连通管，5、变送器，51、温度传感器，52、压力传感器，6、处理器，7、显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示的实施例1，一种微量气体流量计，主要包括固定腔体1、称重腔体2和称重传感器3，待测的微量气体充入称重腔体2，由于称重腔体2的独特设计，使得其内的气体体积变化能够体现于液体重量的变化，进而由称重传感器3测量称重腔体2的重量值变化，即可推知微量气体的流量。具体的：
其中的固定腔体1内通过能够自由伸缩的第一弹性隔膜11分隔成第一储气室12和第一储液室13，第一储气室12和第一储液室13互不相通，第一储气室12分别连通一用于排气的排气管14和一用于向第一储气室12内充气的气泵15，其连通方式，例如可以是图示的由一管道接通第一储气室12，在该管道的端部通过三通分别连接排气管14和气泵15；称重腔体2内通过能够自由伸缩的第二弹性隔膜21分隔成第二储气室22和第二储液室23，第二储气室22和第二储液室23互不相通，第二储气室22分别连通一用于采集待测气体的采样管24和一用于测量后回收待测气体的收集管25，其连通方式，例如可以是图示的由一管道接通第二储气室22，在该管道的端部通过三通分别连接采样管24和收集管25；第一储液室13和第二储液室23分别储有液体，优选为密度已知且稳定的液体，以便于推算被测气体的流量，第二储液室23和第一储液室13通过连通管4相连通，连通管4优选为软管，也可以采取其他的连通方式，能够实现第二储液室23和第一储液室13之间的液体互相流通、且不影响对称重腔体2的测重即可。
称重传感器3连接称重腔体2，待测气体充入第二储气室22致使第二储液室23的储液量变化，令称重腔体2的总重量发生变化，进而由称重传感器3测量称重腔体2的重量变化值；本发明的流量计优选还包括变送器5、处理器6和显示屏7，显示屏7连接处理器6，处理器6通过变送器5与所述称重传感器3电连接，称重传感器3所测重量变化值由变送器5转换信号后输至处理器5进行相应的计算处理，即得所测气体的流量，该数据显示在显示屏7上，显示屏7优选为触摸屏，变送器5还分别连接有温度传感器51和压力传感器52，即时监测作业环境中的温度和气压，所测温度值和气压值经信号转换后输入至处理器6，据此调整处理器6计算气体流量的补偿值等，以适用于不同环境下的气体流量测量，其中处理器6处理过程包括整合、计算、节取、补偿、抗干扰稳定、储存、处理等。
另，在具体作业过程中，为便于操控，如图1所示，可在相应的管道上分别设置切换阀，如，在排气管14上设置有第一切换阀141，在气泵15上(或者气泵外的相应管道上)设置有第二切换阀151，在收集管25上设置有第三切换阀251，在采样管24上设置有第四切换阀241，显然，也可以将切换阀设置为由一控制器分别控制其各自的开合状态。
如图1-图3所示，为本发明的微量气体测量方法的一具体实施例，主要包括如下步骤：
步骤1(图1)、准备-开启第二切换阀151和第三切换阀251，闭合第一切换阀141和第四切换阀241，启动气泵15往第一储气室12内充气，第一储气室12膨胀压迫第一储液室13内的液体由连通管4流入第二储液室23，并迫使第二储气室22收缩，第二储气室22内的气体由收集管25排出，至第二储液室23液面高于第一储液室13时关闭气泵15，以排净或者基本排净第二储气室22内的气体为佳，此时所形成的液位差能够在测量气体时产生一定程度的虹吸现象，能够将微量的待测气体有效的吸入至第二储气室22内，以达到对极微量气体进行流量的测量；
步骤2(图2)、连接—将采样管24接入待测设备后，首先闭合第二切换阀151和第三切换阀251，然后开启第一切换阀141，待第二储液室23和第一储液室13的液位差稳定后(一般自动设置延时5秒左右即达稳定状态)，称重传感器3测得此时称重腔体2的重量值，该重量值经变送器5转换信号后输入至处理器6，即作为初始值；
步骤3(图3)、测量—开启第四切换阀241，若相关设备逸出气体，所述气体在自身气压和所述液位差的作用下，由采样管24进入第二储气室22内，第二储气室22膨胀迫使第二储液室23内的部分液体流入第一储液室13，在第二储液室23和第一储液室13的液位差变化过程中，称重传感器3即时测量称重腔体2的重量值(如设置为间隔1秒自动测量一次)，所测的重量值经变送器5转换信号后输入至处理器6，处理器6对所测重量值与初始值进行对比、计算处理并形成重量值变化曲线，然后将处理结果及曲线图显示于显示屏(7)上，依据重量值变化的曲线图，能够清晰的判断气体生成的状况，例如可以通过曲率变化判断气体生成最快的时段等，当第二储液室23和第一储液室13的液位差稳定后，即不在生成气体，至此测量完成。
步骤4(图1)、回收-测量结束后，回复至步骤1的准备状态，同时对所采样的气体进行回收，以便对其进行定性分析等，具体的，闭合第一切换阀141和第四切换阀241，开启第二切换阀151和第三切换阀251，启动气泵15往第一储气室12内充气，第一储气室12膨胀压迫第一储液室13内的液体由连通管4流入第二储液室23，并迫使第二储气室22收缩，第二储气室22内的气体由收集管25排出，在收集管25处连接相应的罐体进行气体回收，一般设定为排净或者基本排净第二储气室22内的气体为止(配合步骤1中的排净要求，能够更加准确的回收气体)。回收完成后，也即同时完成了该装置的准备步骤，可以进行下一次测量作业。
在上述方法中，步骤3中处理器进行计算处理时，依据待测气体的成分、重量等特性以及温度传感器51和压力传感器52所测的环境温度、气压值等，可以设定不同的补偿值(在非高精准的常规测量作业中，上述影响可以忽略，则不必设定补偿值)，以避免例如采样管内积存少量气体而未全部充入第二储气室、不同环境的不同大气压值等因素对测量结果的影响，进而提高测量的准确性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微量气体流量计，其特征在于，包括：
固定腔体(1)，所述固定腔体(1)内通过第一弹性隔膜(11)分隔成第一储气室(12)和第一储液室(13)，所述第一储气室(12)分别连通一排气管(14)和一气泵(15)；
称重腔体(2)，所述称重腔体(2)内通过第二弹性隔膜(21)分隔成第二储气室(22)和第二储液室(23)，所述第二储气室(22)分别连通一采样管(24)和一收集管(25)，所述第二储液室(23)连通第一储液室(13)；
称重传感器(3)，所述称重传感器(3)连接称重腔体(2)，用于测量所述称重腔体(2)的重量。
2.根据权利要求1所述的微量气体流量计，其特征在于：所述第二储液室(23)和第一储液室(13)之间由连通管(4)相连通。
3.根据权利要求2所述的微量气体流量计，其特征在于：所述第一储液室(13)和第二储液室(23)分别储有液体。
4.根据权利要求3所述的微量气体流量计，其特征在于：所述排气管(14)上设置有第一切换阀(141)，所述气泵(15)上设置有第二切换阀(151)，所述收集管(25)上设置有第三切换阀(251)，所述采样管(24)上设置有第四切换阀(241)。
5.根据权利要求4任一权利要求所述的微量气体流量计，其特征在于：还包括变送器(5)、处理器(6)和显示屏(7)，所述显示屏(7)连接处理器(6)，所述处理器(6)通过变送器(5)与所述称重传感器(3)电连接。
6.根据权利要求5所述的微量气体流量计，其特征在于：还包括温度传感器(51)和压力传感器(52)，所述温度传感器(51)和压力传感器(52)分别连接所述变送器(5)。
7.一种如权利要求6所述的流量计测量微量气体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、准备-开启第二切换阀(151)和第三切换阀(251)，闭合第一切换阀(141)和第四切换阀(241)，启动气泵(15)往第一储气室(12)内充气，所述第一储气室(12)膨胀压迫第一储液室(13)内的液体由连通管(4)流入第二储液室(23)，并迫使第二储气室(22)内的气体由收集管(25)排出，第二储液室(23)内液面高于第一储液室(13)时关闭气泵(15)；
步骤2、连接-将采样管(24)接入待测设备后，首先闭合第二切换阀(151)和第三切换阀(251)，然后开启第一切换阀(141)，待第二储液室(23)和第一储液室(13)的液位差稳定后，所述称重传感器(3)测得此时称重腔体(2)的重量值，该重量值经变送器(5)转换信号后输入至处理器(6)；
步骤3、测量-开启第四切换阀(241)，若相关设备逸出气体，所述气体在自身气压和所述液位差的作用下，由采样管(24)进入第二储气室(22)内，致使第二储液室(23)内的部分液体受压流入第一储液室(13)，在第二储液室(23)和第一储液室(13)的液位差变化过程中，所述称重传感器(3)即时测量称重腔体(2)的重量值，所测的重量值经变送器(5)转换信号后输入至处理器(6)，所述处理器(6)对所测重量值进行计算处理并形成重量值变化曲线，并将处理结果及曲线图显示于显示屏(7)上，当第二储液室(23)和第一储液室(13)的液位差稳定后，测量完成。
8.根据权利要求7所述的测量微量气体的方法，其特征在于：
还包括：
步骤4、回收-测量结束后，闭合第一切换阀(141)和第四切换阀(241)，开启第二切换阀(151)和第三切换阀(251)，启动气泵(15)往第一储气室(12)内充气，由所述收集管(25)处回收被测气体。
9.根据权利要求8所述的测量微量气体的方法，其特征在于：所述步骤1和4中，第二储气室(22)内的气体被全部排净后再关闭气泵(15)。
10.根据权利要求8所述的测量微量气体的方法，其特征在于：所述步骤3中，所述处理器(6)依据温度传感器(51)和压力传感器(52)所测得的数据，对处理结果及曲线值进行相应的补偿。
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