CN103983317B - 一种燃气表 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃气表，包括进气管道、出气管道、控制模块以及至少一个腔体，其中：腔体的入气端连接进气管道并设有进气阀门，出气端连接出气管道并设有出气阀门；腔体内部安装有压强传感器和温度传感器；所述压强传感器测量所述腔体内压强并传输给所述控制模块；所述温度传感器采集腔体内温度并传输给所述控制模块；所述控制模块根据预设压强以及接收的压强控制所述进气阀门和出气阀门的打开/闭合完成进出气过程，并根据预设压强和接收的温度计算出一次转移的物质的量，利用物质的量和燃气的式量实现对燃气的计量。本发明能保证在不同温度、压强下实现对管道内燃气的准确计量，并且具有使用寿命长的优点。

Description

一种燃气表
技术领域
本发明涉及户用计量仪表，尤其涉及一种燃气表。
背景技术
目前，最广泛使用的膜式燃气表存在如下的问题：
(1)在不同温度、压强下计量不准确
膜式燃气表的计量基本原理是依靠一个皮膜分割了两个计量室作为标准体积作为计量的基本计量分度，并且是以体积为计量单位的(通常为立方米)。假如一个计量室为1L,那么1立方米的燃气即由1000个计量室分度的燃气的累积。但是，众所周知，气体的体积对温度和压强都极为敏感；即使对相同的体积，在不同的温度和压强下，所包含的物质的多少也是很大差异的。对于燃气而言，真正有有效支持的燃烧的，是所含物质的多少(即燃气的质量或者燃气的物质的量)，因此，单纯的以体积为分度计量是不合理的。
(2)长时间使用后的计量失准
膜式燃气表中的皮膜通常由橡胶制作，是具有一定弹性的，在长时间的使用中，橡胶会出现弹性疲劳，皮膜的充胀和收缩都会改变。更为严重的是，燃气中所含微量的硫在长时间与橡胶皮膜的接触中，会使橡胶的弹性会逐渐减弱，皮膜的形变会加速加剧。这样每一计量室的气体的体积也就和出厂时的体积产生了很大的差异，并且这种差异是不可逆的，长时间使用后计量的误差会越来越大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气表，能保证在不同温度、压强下实现对管道内燃气的准确计量，并且具有使用寿命长的优点。
实现上述目的的技术方案是：
一种燃气表，包括进气管道、出气管道、控制模块以及至少一个腔体，其中：
所述腔体的入气端连接所述进气管道，出气端连接所述出气管道；
所述腔体的入气端安设有进气阀门，所述腔体的出气端安设有出气阀门；
所述腔体内部安装有压强传感器和温度传感器；
所述压强传感器测量所述腔体内压强并传输给所述控制模块；
所述温度传感器采集腔体内温度并传输给所述控制模块；
所述控制模块根据预设压强以及接收的压强控制所述进气阀门和出气阀门的打开/闭合完成进出气过程，并根据预设压强和接收的温度计算出一次转移的物质的量，利用物质的量和燃气的式量实现对燃气的计量。
上述的燃气表中，预设：进气压强P1in和出气压强P1out，并且P1out＜P1in；
所述控制模块打开所述进气阀门进气，并在腔体内压强达到进气压强P1in时关闭所述进气阀门，此时所述温度传感器采集腔体内温度T1in并传输给所述控制模块；所述控制模块打开所述出气阀门出气，并在腔体内压强达到出气压强P1out时关闭所述出气阀门，此时所述温度传感器采集腔体内温度T1out并传输给所述控制模块；
所述控制模块计算出一次转移的物质的量nV1＝(P1in·V1)/(R·T1in)-(P1out·V1)/(R·T1out)＝V1/R(P1in/Tlin-P1out/T1out)；
其中：V1表示所述腔体的体积；R表示气体常数；
所述控制模块根据物质的量nV1计算出燃气的体积或者质量。
上述的燃气表中，所述腔体的数量是两个或者两个以上时，所述控制模块控制一个腔体的出气阀门闭合时，控制下一个腔体的出气阀门打开。
上述的燃气表中，所述控制模块包括：
用作控制并分别连接所述进气阀门、出气阀门、压强传感器和温度传感器的MCU(中央处理器)；
用于提供时钟并连接所述MCU的RTC(实时时钟)；
连接所述MCU的LCD(液晶驱动)；
连接MCU的若干通信接口；
用于存储数据且连接所述MCU的存储电路；以及
用于供电的电源。
上述的燃气表中，所述腔体由金属或者陶瓷构成。
本发明的有益效果是：本发明采用不与燃气中任何化学成分发生反应的固体硬物质构成腔体，使得在进气和出气过程中，气体的体积不会发生改变。因此，避免了由于皮膜被硫化失活造成的计量累积误差。并且，在进气出气时，均对气体进行了不同压强和温度的测量，避免了压强和温度对气体体积的影响，可以极大的提升长期计量的准确性，并且适宜于温差较大的场所使用。
附图说明
图1是本发明的燃气表的一实施例的结构图；
图2是本发明的燃气表中控制模块的一实施例的结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的一种燃气表，包括进气管道(IN)、出气管道(OUT)、控制模块以及至少一个腔体，其中：
腔体的入气端连接进气管道，出气端连接出气管道；
腔体的入气端安设有进气阀门，腔体的出气端安设有出气阀门；
腔体内部安装有压强传感器和温度传感器；
压强传感器测量腔体内压强并传输给控制模块；温度传感器采集腔体内温度并传输给控制模块；控制模块根据预设压强以及接收的压强控制所述进气阀门和出气阀门的打开/闭合完成进出气过程，并根据预设压强和接收的温度计算出一次转移的物质的量，利用物质的量和燃气的式量实现对燃气的计量。
请参阅图1，为本发明的一实施例的结构图，此实施例中，腔体的数量是三个，分别为腔体V1、腔体V2、腔体V3，腔体V1对应进气阀门K1、出气阀门K1’、压强传感器P1和温度传感器T1；腔体V2对应进气阀门K2、出气阀门K2’、压强传感器P2和温度传感器T2；腔体V3对应进气阀门K3、出气阀门K3’、压强传感器P3和温度传感器T3；
以腔体V1为例，已知进气管道压强为Pin，大气压强为P0，那么P1上设置了两个门限指标，进气压强P1in，需满足P1in＜Pin；出气压强P1out，需满足P0＜P1out＜P1in。
对腔体V1的测量步骤如下：
(1)打开K1，由于进气端压强较高，腔体V1开始进气，压强传感器P1开始工作，当内部压强达到预设值P1in时，关闭K1，此时温度传感器T1记录温度为T1in。
(2)打开K1’，由于腔体内部压强较高，腔体V1开始向K2方向出气，压强传感器P1开始工作，当内部压强达到预设值P1out时，关闭K2，此时温度传感器记录温度为T1out。此时完成了一次的进气和出气过程。
(3)由于气体的特性符合克拉伯龙方程式PV＝nRT，P表示压强、V表示气体体积、n表示物质的量、T表示绝对温度、R表示气体常数。所有气体R值均相同，则n＝PV/RT。
那么，根据计算便可得知在V1的进气过程中，一次转移的物质的量nV1如下：
nV1＝(P1in·V1)/(R·T1in)-(P1out·V1)/(R·T1out)
＝V1/R(P1in/Tlin-P1out/T1out)
当计算出物质的量时，那么不论是求得燃气标准的体积或者燃气的质量，均十分轻易，已知燃气为CO，CO的式量28。
体积V＝nV1·22.4l/mol(标准大气压下，标准温度温)，质量m＝28·nV1。
当然，本发明不仅适用于燃气，还可适用于密闭管道中的其它已知式量的气体。
为了保证燃烧是一个连续的过程，因此在燃气表的内部，设计了多个与V1相同的模块，当V1中的K1’关闭后，则V2中的K2’打开，以此类推，这样进气过程和出气过程就连续了，燃烧便可以持续进行。
从上述步骤可以看出，由于在进气和出气过程中，气体的是在一个硬质的腔体中完成的，气体的体积不会发生改变。因此，在计量中规避了由于皮膜被硫化失活造成的计量累积误差。并且在进气出气时，均对气体进行了不同压强和温度的测量，规避了压强和温度对气体体积的影响，可以极大的提升长期计量的准确性，并且适宜于温差较大的场所使用。
请参阅图2，控制模块的一实施例，此时实例中，控制模块包括：MCU11、RTC12、LCD13、其他外部接口14、存储电路15和电源16，
MCU11分别连接进气阀门K1、K2、K3，出气阀门K1’、K2’、K3’，压强传感器P1、P2、P3，温度传感器T1、T2、T3，RTC12，LCD13，其他外部接口14，存储电路15和电源16，其中：
RTC12为整个系统提供精准的实时钟；LCD13为液晶驱动；其他外部接口14包含了多种通用型的通信接口，如485接口、M-Bus接口、SPI、串口等；存储电路15负责存储计量中所产生的各种数据；电源16负责给整个系统供电。在图中可以看到温度传感器T1，压强传感器P1和开关K1、K1’作为其中一个模组接在主控MCU11上，同样还有多个这样的模组均照此接入。
当然，控制模块也可以采用其他方式实现。例如可以使用满足系统需要的SoC(Systemon Chip的缩写，称为芯片级系统)方案取代，并不仅限于图2的设计。
当进气过程开始时，MCU11控制打开K1，同时通过RTC12开始精确的控制K1、K1’打开或者闭合的时间，以保证整个系统可以高效的进行工作。同时，独立的RTC可以保证系统符合目前阶梯结算的整体时间。MCU11内设的程序可以完成上述的计算过程，并将计量的结果传送给存储电路进行存储。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种燃气表，其特征在于，包括进气管道、出气管道、控制模块以及至少一个腔体，其中：
所述腔体的入气端连接所述进气管道，出气端连接所述出气管道；
所述腔体的入气端安设有进气阀门，所述腔体的出气端安设有出气阀门；
所述腔体内部安装有压强传感器和温度传感器；
所述压强传感器测量所述腔体内压强并传输给所述控制模块；
所述温度传感器采集腔体内温度并传输给所述控制模块；
所述控制模块根据预设压强以及接收的压强控制所述进气阀门和出气阀门的打开/闭合完成进出气过程，并根据预设压强和接收的温度计算出一次转移的物质的量，利用物质的量和燃气的式量实现对燃气的计量，
所述腔体的数量是两个或者两个以上时，所述控制模块控制一个腔体的出气阀门闭合时，控制下一个腔体的出气阀门打开。
2.根据权利要求1所述的燃气表，其特征在于，
预设：进气压强P1in和出气压强P1out，并且P1out＜P1in；
所述控制模块打开所述进气阀门进气，并在腔体内压强达到进气压强P1in时关闭所述进气阀门，此时所述温度传感器采集腔体内温度T1in并传输给所述控制模块；所述控制模块打开所述出气阀门出气，并在腔体内压强达到出气压强P1out时关闭所述出气阀门，此时所述温度传感器采集腔体内温度T1out并传输给所述控制模块；
所述控制模块计算出一次转移的物质的量nV1＝(P1in·V1)/(R·T1in)-(P1out·V1)/(R·T1out)＝V1/R(P1in/Tlin-P1out/T1out)；
其中：V1表示所述腔体的体积；R表示气体常数；
所述控制模块根据物质的量nV1计算出燃气的体积或者质量。
3.根据权利要求1或2所述的燃气表，其特征在于，所述控制模块包括：
用作控制并分别连接所述进气阀门、出气阀门、压强传感器和温度传感器的MCU；
用于提供实时钟并连接所述MCU的RTC；
连接所述MCU的LCD；
连接MCU的若干通信接口；
用于存储数据且连接所述MCU的存储电路；以及
用于供电的电源。
4.根据权利要求1所述的燃气表，其特征在于，所述腔体由金属或者陶瓷构成。
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