CN105258766A - 连续计量气体流量计的测量装置、测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续计量气体流量计的测量装置，包括一计量筒，计量筒内设置有密封液和浮筒，浮筒的下端开口浸没于密封液中；一管路系统，其伸入计量筒内与浮筒相联通；一平衡组件，其包括滑轮、拉绳和链轮、链条，拉绳一端与浮筒顶部相连，另一端绕过滑轮连接一第一重物；链条一端与浮筒顶部相连，另一端绕过链轮连接一第二重物，第一重物和第二重物的重力之和与浮筒的重力相等，第一重物和第二重物用于平衡浮筒的重力；一温度检测装置，其实时检测浮筒内气体的温度；一压力检测装置，其实时检测浮筒内气体的压力；一实时位移测量装置，其实时测量浮筒在计量筒内的高度。在全量程范围内具有相同的准确度，其结构简单、测量范围宽。

Description

连续计量气体流量计的测量装置、测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及计量测试领域，具体涉及一种连续计量气体流量计的测量装置、测量系统及测量方法。

背景技术

气体流量标准装置是封闭管道气体流量的量值传递标准，可用于各种类型气体流量计的检定、校准和气体流量计量检定、测试方法的研究。

传统气体流量标准装置为了提高检测精度，往往只计量量筒进口较细的小段长度，量筒筒身较粗的大段长度则不作计量。当计量流量在标准装置的量程下限时，计量测试的时间太长，传统气体流量标准装置的检测范围往往不宽，范围度很小，导致工作效率降低、成本增加。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种连续计量气体流量计的测量装置、测量系统及测量方法，在全量程范围内具有相同的准确度，其结构简单、测量范围宽。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种连续计量气体流量计的测量装置，包括

一计量筒，所述计量筒内设置有密封液和浮筒，所述浮筒的下端开口浸没于所述密封液中；

一管路系统，其伸入所述计量筒内与所述浮筒相联通，向所述浮筒通气体；

一平衡组件，其包括滑轮、拉绳和链轮、链条，所述拉绳一端与所述浮筒顶部相连，另一端绕过所述滑轮连接一第一重物；所述链条一端与所述浮筒顶部相连，另一端绕过所述链轮连接一第二重物，所述第一重物和所述第二重物的重力之和与所述浮筒的重力相等，所述第一重物和第二重物用于平衡所述浮筒的重力；

一温度检测装置，其实时检测浮筒内气体的温度；

一压力检测装置，其实时检测浮筒内气体的压力；

一实时位移测量装置，其实时测量浮筒在所述计量筒内的高度。

在上述技术方案的基础上，所述实时位移测量装置包括旋转编码器和同步轮，所述旋转编码器设置于所述同步轮旋转轴的一侧面，所述拉绳依次绕过所述同步轮和所述滑轮；

还包括用于安装所述同步轮和所述滑轮的支架，所述同步轮和所述滑轮之间的一段拉绳水平张紧，所述拉绳位于所述同步轮旁侧的一段自然垂下连接所述浮筒，所述拉绳位于所述滑轮旁侧的一段自然垂下连接所述第一重物。

在上述技术方案的基础上，所述管路系统包括进气管和出气管，所述进气管的一端呈弯折状向上延伸出密封液并伸入所述浮筒内，所述进气管上设置有进气电磁阀和进气球阀，所述出气管上设置有排气电磁阀和排气球阀，所述进气管与所述出气管联通。

在上述技术方案的基础上，所述温度检测装置包括温度送变器，所述温度送变器设置于所述计量筒的进气端；

所述压力检测装置包括压力变送器和测压孔，所述测压孔设置于所述计量筒底部，所述压力送变器连接所述测压孔。

在上述技术方案的基础上，所述支架包括左立柱、右立柱和上横梁，所述左立柱和所述右立柱分别设置于所述计量筒的两侧，所述上横梁位于所述计量筒的上方连接所述左立柱和所述右立柱，所述同步轮和所述滑轮安装于所述上横梁上。

在上述技术方案的基础上，所述支架上设置有行程开关，所述浮筒的上端设置有挡板，所述挡板与所述行程开关配合使用。

在上述技术方案的基础上，一种具有如权利要求1所述的连续计量气体流量计的测量装置的测量系统，

一气体流量计，其包括出气端，所述出气端与所述管路系统相连；

计算装置，所述计算装置根据所述气体流量计的实时读数、所述实时位移测量装置的实时读数、所述温度检测装置的实时读数和所述压力检测装置的实时读数以及所述气体流量计的最大量程计算所述气体流量计的示值误差。

在上述技术方案的基础上，一种使用如权利要求7所述的测量系统的测量方法，所述计算装置的计算方法包括如下步骤：

步骤1：计量筒作为气体容积量的度量标准，计算在_△T时间内充入所述计量筒内的气体体积V₁，此时压力检测装置检测的气体压力为P₁，温度检测装置检测的气体温度为t₁，V₁＝S×_△h，其中S为所述计量筒的截面积，_△h为所述实时位移测量装置计算的所述浮筒的位移；

步骤2：计算所述气体流量计的工态流量q₁，q₁＝V₁/_△T；

步骤3：依据理想气体状态方程式，通过温压补偿进行标态流量换算，q₀＝q₁*(P₁+Pa)*(20+273.15)/[101.325*(t₁+273.15)]，

其中，q₀为标态气体流量，Nm³/h；

q₁为工态流量，Nm³/h；

Pa为标准装置使用地的环境大气压力，kPa；

P₁为所述压力检测装置检测的计量筒内的气体压力，kPa；

t₁为所述温度检测装置检测的计量筒内的气体温度，℃；

步骤4：计算所述气体流量计的示值误差值δ，δ＝/q_max，其中q_s为被检气体流量计所显示的流量，q_max为被检流量计的量程上限。

在上述技术方案的基础上，具体测量步骤如下，

1)在计算装置中设置预检测气体体积Q₀和检测气体体积Q₁；

2)被测气体计量器开启，通过所述管路系统向所述计量筒内通入气体；

3)预检测：所述实时位移测量装置实时检测所述浮筒的位移，所述计算装置实时计算所述计量筒内的气体体积V₁；

4)正式检测：当所述计量筒内的气体体积V₁达到计算装置中的预检测气体体积Q₀时，计算装置进入正式检测，并开始累积检定时间_△T，计算装置实时计算并显示被检气体流量计的示值误差值δ；

5)结束检测：当计量筒内的气体体积V₁达到计算装置中的检测气体体积Q₁时，所述管路系统停止向所述计量筒内注气，并停止计时，检测结束。

在上述技术方案的基础上，其特征在于：

还包括行程开关，所述浮筒的上端设置有挡板，所述挡板与所述行程开关配合使用，所述行程开关与所述计算装置信号连接；

1)在计算装置中设置预检测气体体积Q₀；

2)被测气体计量器开启，通过所述管路系统向所述计量筒内通入气体；

3)预检测：所述实时位移测量装置实时检测所述浮筒的位移，所述计算装置实时计算所述计量筒内的气体体积V₁；

4)正式检测：当所述计量筒内的气体体积V₁达到计算装置中的预检测气体体积Q₀时，计算装置进入正式检测，并开始累积检定时间_△T，计算装置实时计算并显示被检气体流量计的示值误差值δ；

5)结束检测：当所述浮筒上升至所述挡板接触所述行程开关时，所述管路系统停止向所述计量筒内注水，并停止计时，检测结束。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的连续计量气体流量计的测量装置，通过实时位移测量装置实时检测浮筒上升的位移，通过温度检测装置和压力检测装置检测计量筒内的温度和压力，根据理想气体状态方程式，换算得出标态气体流量，进一步计算出示值误差值，本发明在全量程范围内具有相同的准确度，计算装置自动显示示值误差，具有结构简单，检测范围宽、范围度大的优点，可以有效提高计量检定工作效率，降低成本，具有良好的社会效益和经济效益；

由于浮筒体积较大重量也较大，设置两组用于平衡浮筒重力和浮力的第一重物和第二重物，通过链轮和链条连接第二重物的质量较大平衡浮筒的较多重力，链轮的直径较大，而通过滑轮和拉绳连接的第一重物质量相对较小，其中同步轮的直径也较小，旋转编码器测量的位移，其准确率也较高。

(2)本发明中管路系统作为计量筒充气和排气用，进一步有效消除管路憋压的情况，其结构简单，便于调节控制。

(3)本发明中实时位移测量装置采用了高分辨率的光电旋转编码器，光电旋转编码器每转1圈输出N个脉冲信号，根据脉冲的变化，可以精确测量浮筒的位移量，使浮筒位移测量的分辨率达到0.05mm，而一般浮筒的满量程位移为1000mm左右，其容积值测量的相对分辨率就是0.005％。

(4)本发明的计量方法在进入正式检测程序前设置有预检测程序，使得浮筒稳定运动进入稳定状态后，再自动转入正式检测程序，保证测试结果的准确性，提高精度，自动化程度高，便于控制和操作。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图。

图2为本发明的结构示意图。

图中：10-管路系统，11-进气管，12-进气电磁阀，13-进气球阀，14-出气管，15-排气球阀，16-排气电磁阀，17-温度送变器，18-测压孔，19-压力送变器，20-计量筒，21-浮筒，22-第一重物，23-同步轮，24-滑轮，25-拉绳，26-链轮A，27-链轮B，28-链条，29-第二重物，30-旋转编码器，31-右立柱，32-左立柱，33-上横梁，34-行程开关，35-挡板，40-计算装置。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种连续计量气体流量计的测量装置，包括

一计量筒20，计量筒20呈上端开口的圆筒状，计量筒20内设置有密封液和浮筒21，浮筒21呈外径略小于计量筒20内径的下端开口的圆筒状，浮筒21水位开口端浸没于密封液中；

一管路系统10，其包括进气管11和出气管14，进气管11的一端与被测流量计的输出端相连，其另一端从计量筒20靠近底部的侧壁进入计量筒20内部，并呈弯折状向上延伸出密封液至浮筒21内，向浮筒21内部通入气体，当浮筒21内通入气体后，浮筒21向上移动，进气管11上设置有进气电磁阀12和进气球阀13，进气电磁阀12靠近被测流量计的一侧，进气球阀13靠近计量筒20的一侧，进气球阀13与计量筒20之间的一段进气管11连接出气管14，进气管11与出气管14联通，出气管14上设置有排气电磁阀16和排气球阀15，排气球阀15靠近出气管14，排气电磁阀15远离出气管14；

支架，其包括左立柱32、右立柱31和上横梁33，左立柱32和右立柱31分别设置于计量筒20的两侧，上横梁33位于计量筒20的上方连接左立柱32和右立柱31，同步轮23和滑轮24安装于上横梁33上；

上横梁33的两端分别设置有滑轮24和链轮B27，位于浮筒21上方的上横梁33上分别设置有同步轮23和链轮A26，同步轮23和滑轮24之间通过拉绳25连接，拉绳25位于同步轮23旁侧的一段自然垂下吊拉浮筒21，拉绳25位于滑轮24旁侧的一段自然垂下吊拉第一重物，同步轮23和滑轮24之间的一段拉绳25水平张紧；链轮A26和链轮B27之间通过链条28连接，链条28位于链轮A26旁侧的一段自然垂下拉吊浮筒21，链条28位于链轮B27旁侧的一段自然垂下拉吊第二重物29，拉绳25和链条28连接浮筒21的上部的一段纵向平行，第一重物22和第二重物29的重力之和与浮筒21的重力相同，用于平衡浮筒21的重力，且优选第一重物22和第二重物29的质量之比为1:49，浮筒21的壁厚非常薄，其受到的密封液的浮力相对于浮筒21的重力非常小，可以忽略浮筒21受到的浮力；

一温度检测装置，温度检测装置包括温度送变器17，温度送变器17设置于计量筒20的进气端，用于检测浮筒21内气体的温度；

一压力检测装置，置包括压力变送器19和测压孔18，测压孔18设置于计量筒20底部，压力送变器19连接测压孔18，用于检测浮筒21内气体的压力；

一实时位移测量装置，其包括旋转编码器30，旋转编码器30设置于同步轮23旋转轴的一侧面，拉绳25依次绕过同步轮23和滑轮24，旋转编码器30每转1圈输出N个脉冲信号，根据脉冲变化，精确测量浮筒21的位移，本实施例中选用的旋转编码器30每转输出2000个脉冲，设计旋转编码器30相连的同步轮23的圆周长为100毫米，拉绳25一端与浮筒21连接，同步轮23旋转一周，浮筒21的位移是100毫米；

一种具有上述连续计量气体流量计的测量装置结构的测量系统，包括一气体流量计，其包括出气端，出气端与管路系统10的进气管11的前端相连；

计算装置40，旋转编码器30、温度送变器17和压力变送器19和分别与计算装置40相连，计算装置40根据气体流量计的实时读数、实时位移测量装置的实时读数、温度检测装置的实时读数和压力检测装置的实时读数以及气体流量计的最大量程计算气体流量计的示值误差。

连续计量气体流量计的测量装置的测量系统的测量方法，计算装置40的计算方法如下：

步骤1：计量筒20作为气体容积量的度量标准，计算在_△T时间内充入计量筒20内的气体体积V₁，此时压力检测装置检测的气体压力为P₁，温度检测装置检测的气体温度为t₁，V₁＝S×_△h，其中S为计量筒20的截面积，_△h为实时位移测量装置计算的浮筒21的位移；

步骤2：计算气体流量计的工态流量q₁，q₁＝V₁/_△T；

步骤3：依据理想气体状态方程式，通过温压补偿进行标态流量换算，q₀＝q₁*(P₁+Pa)*(20+273.15)/[101.325*(t₁+273.15)]，

其中，q₀为标态气体流量，Nm³/h；

q₁为工态流量，Nm³/h；

Pa为标准装置使用地的环境大气压力，kPa；

P₁为压力检测装置检测的计量筒20内的气体压力，kPa；

t₁为温度检测装置检测的计量筒20内的气体温度，℃；

步骤4：计算气体流量计的示值误差值δ，δ＝q_s–q₁/q_max，其中q_s为被检气体流量计所显示的流量，q_max为被检气体流量计的量程上限。

连续计量气体流量计的测量装置的测量系统的测量方法，

具体测量步骤如下，

1)在计算装置40中设置预检测气体体积Q₀和检测气体体积Q₁；

2)在被测气体计量器开启前，关闭进气电磁阀12和进气球阀13，打开排气电磁阀16和排气球阀15，将计量筒20内的气体排出；气体排出后关闭排气球阀15和排气电磁阀16，打开进气电磁阀12和进气球阀13，启动被测气体流量计，向计量筒20内通入气体；

3)预检测：实时位移测量装置实时检测浮筒21的位移，计算装置40实时计算计量筒20内的气体体积V₁；

4)正式检测：当计量筒20内的气体体积V₁达到计算装置40中的预检测气体体积Q₀时，计算装置40进入正式检测，并开始累积检定时间_△T，计算装置40实时计算并显示被检气体流量计的示值误差值δ；

5)结束检测：当计量筒20内的气体体积V₁达到计算装置40中的检测气体体积Q₁时，计算装置40自动控制进气电磁阀12，手动关闭进气球阀13停止向计量筒20内注气，并停止计时，检测结束。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，结构上实施例2还包括行程开关34和挡板35，行程开关34设置在左立柱32的上部，浮筒21的上端与左立柱32的相对位置处设置挡板35，挡板35与行程开关34配合使用，行程开关34与计算装置40信号连接；

测量方法的具体区别在于：

实施例1中具体检测步骤中：

1)在计算装置40中设置预检测气体体积Q₀和检测气体体积Q₁；

6)检测结束：当计量筒20内的气体体积V₁达到计算装置40中的检测气体体积Q1时，计算装置40控制进气电磁阀12关闭，手动关闭进气球阀13停止向计量筒20内注水，并停止计时，检测结束；

实施例2中具体检测步骤中：

1)在计算装置40中设置预检测气体体积Q；

6)检测结束：当浮筒21上升至挡板35接触到行程开关34时，计算装置40控制进气电磁阀12关闭，手动关闭进气球阀13停止向所述计量筒20内注水，并停止计时，检测结束。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实时位移测量装置为电容式位移传感器，电容式位移传感器安装于上横梁33上，电容式位移传感器实时检测浮筒21的位移。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：包括

一计量筒(20)，所述计量筒(20)内设置有密封液和浮筒(21)，所述浮筒(21)的下端开口浸没于所述密封液中；

一管路系统(10)，其伸入所述计量筒(20)内与所述浮筒(21)相联通，向所述浮筒(21)通气体；

一平衡组件，其包括滑轮(24)、拉绳(25)和链轮、链条(28)，所述拉绳(25)一端与所述浮筒(21)顶部相连，另一端绕过所述滑轮(24)连接一第一重物(22)；所述链条(28)一端与所述浮筒(21)顶部相连，另一端绕过所述链轮连接一第二重物(29)，所述第一重物(22)和所述第二重物(29)的重力之和与所述浮筒(21)的重力相等，所述第一重物(22)和第二重物(29)用于平衡所述浮筒(21)的重力；

一温度检测装置，其实时检测浮筒(21)内气体的温度；

一压力检测装置，其实时检测浮筒(21)内气体的压力；

一实时位移测量装置，其实时测量浮筒(21)在所述计量筒(20)内的高度。

2.如权利要求1所述的连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：

所述实时位移测量装置包括旋转编码器(30)和同步轮(23)，所述旋转编码器(30)设置于所述同步轮(23)旋转轴的一侧面，所述拉绳(25)依次绕过所述同步轮(23)和所述滑轮(24)；

还包括用于安装所述同步轮(23)和所述滑轮(24)的支架，所述同步轮(23)和所述滑轮(24)之间的一段拉绳(25)水平张紧，所述拉绳(25)位于所述同步轮(23)旁侧的一段自然垂下连接所述浮筒(21)，所述拉绳位于所述滑轮(24)旁侧的一段自然垂下连接所述第一重物(22)。

3.如权利要求1所述的连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：所述管路系统(10)包括进气管(11)和出气管(14)，所述进气管(11)的一端呈弯折状向上延伸出密封液并伸入所述浮筒(21)内，所述进气管(11)上设置有进气电磁阀(12)和进气球阀(13)，所述出气管(14)上设置有排气电磁阀(16)和排气球阀(15)，所述进气管(11)与所述出气管(14)联通。

4.如权利要求1所述的连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：所述温度检测装置包括温度送变器(17)，所述温度送变器(17)设置于所述计量筒(20)的进气端；

所述压力检测装置包括压力变送器(19)和测压孔(18)，所述测压孔(18)设置于所述计量筒(20)底部，所述压力送变器(19)连接所述测压孔(18)。

5.如权利要求2所述的连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：所述支架包括左立柱(32)、右立柱(31)和上横梁(33)，所述左立柱(32)和所述右立柱(31)分别设置于所述计量筒(20)的两侧，所述上横梁(33)位于所述计量筒(20)的上方连接所述左立柱(32)和所述右立柱(31)，所述同步轮(23)和所述滑轮(24)安装于所述上横梁(33)上。

6.如权利要求2所述的连续计量气体流量计的测量装置，其特征在于：所述支架上设置有行程开关(34)，所述浮筒(21)的上端设置有挡板(35)，所述挡板(35)与所述行程开关(34)配合使用。

7.一种具有如权利要求1所述的连续计量气体流量计的测量装置的测量系统，其特征在于：

一气体流量计，其包括出气端，所述出气端与所述管路系统(10)相连；

计算装置，所述计算装置根据所述气体流量计的实时读数、所述实时位移测量装置的实时读数、所述温度检测装置的实时读数和所述压力检测装置的实时读数以及所述气体流量计的最大量程计算所述气体流量计的示值误差。

8.一种使用如权利要求7所述的测量系统的测量方法，其特征在于：

所述计算装置(40)的计算方法包括如下步骤：

步骤1：计量筒(20)作为气体容积量的度量标准，计算在_△T时间内充入所述计量筒(20)内的气体体积V₁，此时压力检测装置检测的气体压力为P₁，温度检测装置检测的气体温度为t₁，V₁＝S×_△h，其中S为所述计量筒(20)的截面积，_△h为所述实时位移测量装置计算的所述浮筒(21)的位移；

步骤2：计算所述气体流量计的工态流量q₁，q₁＝V₁/_△T；

步骤3：依据理想气体状态方程式，通过温压补偿进行标态流量换算，q₀＝q₁*(P₁+Pa)*(20+273.15)/[101.325*(t₁+273.15)]，

其中，q₀为标态气体流量，Nm³/h；

q₁为工态流量，Nm³/h；

Pa为标准装置使用地的环境大气压力，kPa；

P₁为所述压力检测装置检测的计量筒(20)内的气体压力，kPa；

t₁为所述温度检测装置检测的计量筒(20)内的气体温度，℃；

步骤4：计算所述气体流量计的示值误差值δ，δ＝(q_s–q₁)/q_max，其中q_s为被检气体流量计所显示的流量，q_max为被检流量计的量程上限。

9.如权利要求8所述的测量系统的测量方法，其特征在于：

具体测量步骤如下，

1)在计算装置(40)中设置预检测气体体积Q₀和检测气体体积Q₁；

2)被测气体计量器开启，通过所述管路系统(10)向所述计量筒(20)内通入气体；

3)预检测：所述实时位移测量装置实时检测所述浮筒(21)的位移，所述计算装置(40)实时计算所述计量筒(20)内的气体体积V₁；

4)正式检测：当所述计量筒(20)内的气体体积V₁达到计算装置(40)中的预检测气体体积Q₀时，计算装置(40)进入正式检测，并开始累积检定时间_△T，计算装置(40)实时计算并显示被检气体流量计的示值误差值δ；

5)结束检测：当计量筒(20)内的气体体积V₁达到计算装置(40)中的检测气体体积Q₁时，所述管路系统(10)停止向所述计量筒(20)内注气，并停止计时，检测结束。

10.如权利要求8所述的测量系统的测量方法，其特征在于：

还包括行程开关(34)，所述浮筒(21)的上端设置有挡板(35)，所述挡板(35)与所述行程开关(34)配合使用，所述行程开关(34)与所述计算装置(40)信号连接；

1)在计算装置(40)中设置预检测气体体积Q₀；

2)被测气体计量器开启，通过所述管路系统(10)向所述计量筒(20)内通入气体；

3)预检测：所述实时位移测量装置实时检测所述浮筒(21)的位移，所述计算装置(40)实时计算所述计量筒(20)内的气体体积V₁；

4)正式检测：当所述计量筒(20)内的气体体积V₁达到计算装置(40)中的预检测气体体积Q₀时，计算装置(40)进入正式检测，并开始累积检定时间_△T，计算装置(40)实时计算并显示被检气体流量计的示值误差值δ；

5)结束检测：当所述浮筒(21)上升至所述挡板(35)接触所述行程开关(34)时，所述管路系统(10)停止向所述计量筒(20)内注水，并停止计时，检测结束。