CN106338322B - 一种主动式双向工作的气体实流检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动式双向工作的气体实流检测系统及方法，涉及燃气表技术领域。它包括双腔活塞式气体流量标准器、储气罐、换向阀组、被检表台和气体置换阀组；储气罐、换向阀组、气体置换阀组与双腔活塞式气体流量标准器并联。本发明解决了现有技术中燃气表实体气流检测系统气体装置有死角存在发生爆炸的风险，密闭循环管道内气体流动滞后、管道内压力差增加导致检测结果不可靠的技术问题。本发明有益效果为：双向检测效率高。气体置换无死角安全性能高。结构简化节约成本。闭环气体检定适用范围广。无内压差检测结果准确可靠。

Description

一种主动式双向工作的气体实流检测系统及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其是涉及一种对燃气表气体实流检定系统及方法。

背景技术

随着天然气应用的不断发展，作为计量用的燃气表技术也不断更新。MEMS热式、超声波等新型气体流量计相对于传统如膜式燃气表、罗茨流量计等容积式气体流量计具有无可动部件、压力损失小、智能化程度高、制造成本低等技术优势逐渐被到市场接受。这对燃气表的检测要求也越来越高。像检测膜式燃气表等容积式流量计一样，在空气下的计量特性不足以证明其在实气情况下的计量特性。目前常用方法是从与燃气公司具有合作关系的用户中选择与膜式、罗茨、涡轮等燃气表（流量计）串联安装，通过对比试验得出实验结论。这样的试验方式存在无法按型式评大纲的要求确认试验流量点及各流量点对应的检验导致实验结果的可信度低。中国专利申请公布号CN105403290A，申请公布日2016年3月16日，名称为“一种天然气循环流量标准试验系统”发明专利申请文件，公布了一种天然气循环流量标准试验系统。该系统由气源、标准流量发生系统、被检表台位、安保系统、上下位机控制系统和管路六部分组成；气源放置在一个相对独立的具有隔爆功能的空间内；标准流量发生系统、被检表台位和管路构成天然气循环硬件系统；安保系统中的天然气报警器根据该系统安置房间的面积安装若干个，残氧分析仪安置在该天然气循环系统的排气口附近；下位机控制系统控制整个系统中所有阀门的开闭、装置的运行、设备的运转、流量计和传感器数据的采集和存储；上位机为一台防爆电脑，主要负责人机交互。该系统可以循环使用天然气检测燃气表，但是该系统气体置换时管道没有形成一个无死角的闭环最短路径，气体置换效率低的问题及因气体中残氧分析仪所检气体含氧量不能代表管道内各处气体的真实含氧量存在一定的发生管道内部气体发生爆炸的风险。同时安装在密闭循环管道内的活塞工作时会因测试管道等问题引起流体流动滞后，造成活塞气体收集腔的供气不足，产生活塞气体工作时气体传导不畅，造成管道内压力差增加，使得检测结果不准确。

发明内容

为了解决现有技术中燃气表实体气流检测系统气体装置有死角存在发生爆炸的风险，密闭循环管道内气体流动滞后、管道内压力差增加导致检测结果不可靠的技术问题，本发明提供一种消除发生爆炸的风险隐患，检测结果准确可靠的主动式双向工作的气体实流检测系统及方法。

本发明的技术方案是：一种主动式双向工作的气体实流检测系统，它包括，双腔活塞式气体流量标准器，用于双向检测实流气体流量的计量；储气罐，用于向双腔活塞式气体流量标准器补充在实流检测过程中因系统引起的气流滞后所缺少的天然气；换向阀组，变换实流检测气体方向，双向检测保持流经被检燃气表所需的气流方向一致；被检表台，放置被检燃气表；气体置换阀组，连接气源排出检测系统中空气，给检测系统注入天然气；储气罐、换向阀组、气体置换阀组与双腔活塞式气体流量标准器并联。双向检测，检测效率高。气体置换无死角，安全性能高。结构简化，节约成本。闭环气体检定装置，适用范围广。检测结果准确、可靠。

作为优选，双腔活塞式气体流量标准器包括密封腔体结构的缸体、与缸体可移动连接的盘形活塞和活塞杆，活塞通过活塞杆连接有步进电机，活塞和缸体形成左腔和右腔，左腔和右腔分别设有连通腔体的左腔连接孔和右腔连接孔。

作为优选，换向阀组包括单向阀V1、单向阀V2、单向阀V3和单向阀V4，单向阀V1的输入端、单向阀V2的输出端与左腔连接孔连接，单向阀V3的输出端、单向阀V4的输入端与右腔连接孔连接，单向阀V1和单向阀V4的输出端与被检表台的输入端连接，单向阀V2和单向阀V3的输入端与被检表台的输出端连接。

作为优选，气体置换阀组包括球阀V11和依次串联的球阀V5、球阀V7、球阀V14、球阀V16，球阀V5与左腔连接孔连接、球阀V16与右腔连接孔连接，球阀V7和球阀V14并联有依次串联的球阀V6和球阀V13，球阀V6连接有出气管，球阀V13连接有进气管，球阀V11一端与球阀V6和球阀V13连接、另一端与球阀V7和球阀V14连接。

作为优选，储气罐容积为双腔活塞式气体流量标准器容积的三至五倍；在检测中实现自动补气。

作为优选，储气罐为钟罩式气体流量标准器。

作为优选，储气罐连接有单向阀V9和单向阀V10，单向阀V9输出端与左腔连接孔连接，单向阀V10输出端与右腔连接孔连接。

作为优选，单向阀V9输出端连接有球阀V12，球阀V12另一端与单向阀V10输出端连接。

作为优选，右腔连接孔连接有球阀V15，球阀V15另一端与单向阀V3的输出端和单向阀V4的输入端连接。

一种主动式双向工作的气体实流检测方法，其特征在于：气体置换：储气罐排气，进气管连接氮气气源，步进电机驱动活塞左移，右腔注入氮气，左腔内气体经过储气罐、换向阀组、被检表台由出气管排出，活塞靠近缸体左端停止；正向排气，活塞右移，左腔注入氮气，右腔内气体经过换向阀组、被检表台由出气管排出；反向排气，活塞左移，右腔注入氮气，左腔内氮气经过换向阀组、被检表台由出气管排出；重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器1的氮气量是整个系统容积的二至五倍；进气管连接天然气气源，重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器1的天然气量是整个系统容积的二至五倍；检测被检表：正向工作，步进电机驱动活塞右移，右腔内天然气经过换向阀组、被检表台回流到左腔，检测中储气罐通过单向阀V9向左腔自动补充天然气；反向工作，活塞左移，左腔内天然气经过换向阀组、被检表台回流到右腔，检测中储气罐通过单向阀V10向右腔自动补充天然气。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一个活塞缸两个工作腔，活塞正向及反向活动实现双向检测，提高了检测效率。无死角的气体置换，系统运行安全性能高。活塞标准器可作为气体置换的动力源，简化了装置的结构，节约成本。闭环的气体检定装置，可在同一检定装置上实现不同气体、相同气体不同雷诺数情况下气体流量的检定，提高设备利用率。自动补充实流检测气体，实现密闭循环环境下活塞左腔与右腔零压差，检测结果准确、可靠。

附图说明

附图1为本发明连接示意图；

附图2为储气罐排气连接示意图；

附图3为正向排气连接示意图；

附图4为反向排气连接示意图；

附图5为正向工作检测被检表连接示意图；

附图6为反向工作检测被检表连接示意图。

图中：1-双腔活塞式气体流量标准器；2-储气罐；3-换向阀组；4-被检表台；5-气体置换阀组；11-左腔；12-右腔；13-步进电机；51-出气管；52-进气管。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种主动式双向工作的气体实流检测系统，它包括：用于计量双向检测实流气体流量的双腔活塞式气体流量标准器1、在检测中用于向双腔活塞式气体流量标准器1补充在实流检测过程中因系统引起的气流滞后所缺少的天然气的储气罐2、在双腔活塞式气体流量标准器1双向工作时保持流经被检表所需的气流方向一致而变换实流检测气体方向的换向阀组3、放置被检燃气表的被检表台4、在检测前对系统排出空气然后给检测系统注入天然气的气体置换阀组5。储气罐、换向阀组3、气体置换阀组5与双腔活塞式气体流量标准器1并联。双腔活塞式气体流量标准器1包括密封腔体结构的缸体、与缸体可移动连接的盘形活塞和活塞杆。双腔活塞式气体流量标准器1的缸体为长筒状。缸体的两头各密封连接有可拆解的法兰盲板式端盖。根据安装现场的实际情况，缸体可以竖直安装或水平安装。本实施例以水平安装为例说明。活塞设在缸体内，活塞呈盘状，左右表面为平面。活塞和缸体形成左腔11和右腔12。活塞固接有丝杠螺母、丝杠螺母连接有丝杠，丝杠与活塞杆连接。活塞通过活塞杆连接有步进电机13。步进电机13设置在缸体右端盖外侧。活塞杆右端伸出右端盖与步进电机13连接。左腔11和右腔12分别设有连通腔体的左腔连接孔和右腔连接孔。左腔连接孔设置在左端盖，右腔连接孔设置在右端盖。被检表台4的输入端设有三通3T1、输出端设有三通3T2。被检表台4放置若干被检燃气表。被检燃气表数量按检测要求而定。图中被检燃气表用FG表示。被检燃气表首尾串联。第一台被检燃气表的输入端与三通3T1连通，最后一台被检燃气表的输出端与三通3T2连通。换向阀组3包括单向阀V1、单向阀V2、单向阀V3和单向阀V4。单向阀V1和单向阀V4的输出端与被检表台4的输入端连接。单向阀V1和单向阀V4的输出端与三通3T1的另外两个连接口分别连通。单向阀V2和单向阀V3的输入端与被检表台4的输出端连接。单向阀V2和单向阀V3的输入端与三通3T2的另外两个连接口分别连通。气体置换阀组5包括球阀V11和依次串联的球阀V5、球阀V7、球阀V14、球阀V16。右腔连接孔连接有球阀V15。右腔连接孔连接有三通3T9。三通3T9的第一连接口与右腔连接孔连通。球阀V16与右腔连接孔连接。三通3T9的第二连接口与球阀V16连通。三通3T9的第三连接口与球阀V15连通。球阀V15连接有四通4T4。四通4T4的第二连接口与球阀V15连接。球阀V5与左腔连接孔连接。四通4T4的第三连接口与球阀V5连通。球阀V15另一端与单向阀V3的输出端和单向阀V4的输入端连接。单向阀V3的输出端、单向阀V4的输入端与右腔连接孔连接。单向阀V3的输出端连接有三通3T4。三通3T4的第一连接口与单向阀V3的输出端连通。三通3T4的第二连接口与四通4T4的第四连接口连通。三通3T4的第三连接口与单向阀V4的输入端连通。球阀V7和球阀V14并联有依次串联的球阀V6和球阀V13。球阀V6和球阀V13之间连接有四通4T1。单向阀V1的输入端、单向阀V2的输出端与左腔连接孔连接。单向阀V1的输入端连接有三通3T3。三通3T3的第一连接口与单向阀V1的输入端连通。三通3T3的第二连接口与四通4T1的第一连接口连通。三通3T3的第三连接口与单向阀V2的输出端连通。四通4T1的第二连接口与球阀V13连通。球阀V13另一端连接有三通3T7。三通3T7的第一连接口与球阀V13连通。球阀V13连接有进气管52。三通3T7的第二连接口与进气管52连通。球阀V14与球阀V16之间连接有三通3T8。三通3T7的第三连接口与三通3T8的第一连接口连通。三通3T8的第二连接口与球阀V16连通。三通3T8的第三连接口与球阀V14连通。四通4T1的第四连接口与球阀V6连通。球阀V6另一端连接有三通3T5。三通3T5的第一连接口与球阀V6连通。球阀V6连接有出气管51。三通3T5的第二连接口与出气管51连通。球阀V5与球阀V7之间连接有三通3T6。三通3T5的第三连接口与三通3T6的第一连接口连通。三通3T6的第二连接口与球阀V7连通。三通3T6的第三连接口与球阀V5连通。球阀V7与球阀V14之间连接有四通4T2。四通4T2的第二连接口与球阀V14连通。四通4T2的第四连接口与球阀V7连通。球阀V11一端与球阀V6和球阀V13连接、另一端与球阀V7和球阀V14连接。球阀V11左端与四通4T1的第三连接口连通，球阀V11右端与四通4T2的第一连接口连通。储气罐2容积为双腔活塞式气体流量标准器1容积的三至五倍。储气罐2也可以是容积为20L的钟罩式气体流量标准器。本实施例储气罐2容积为双腔活塞式气体流量标准器1容积的三倍。储气罐2设有一个进气口、二个出气口。进气口连接有球阀V8、出气口分别连接有单向阀V9和单向阀V10。球阀V8连接有四通4T3。四通4T3的第一连接口与四通4T2的第三连接口连通。四通4T3的第二连接口与左腔连接孔连通。四通4T3的第三连接口与四通4T4的第一连接口连通。四通4T3的第四连接口与球阀V8连通。单向阀V9输出端与左腔连接孔连接，单向阀V10输出端与右腔连接孔连接。单向阀V9输出端连接有球阀V12，球阀V12另一端与单向阀V10输出端连接。球阀V12串联在四通4T3的第三连接口与四通4T4的第一连接口之间。单向阀V9输出端与四通4T3的第三连接口和球阀V12连通。单向阀V10输出端与球阀V12和四通4T4的第一连接口连通。

一种主动式双向工作的气体实流检测方法，它包括气体置换和检测被检表。图2、3、4、5和6中：空心圆点的球阀表示阀门打开，实心圆点的球阀表示阀门关闭。箭头表示气体流向。

气体置换：

如图2所示，储气罐排气。初始状态，活塞靠近缸体右端，右腔12的腔体接近于零。进气管52连接氮气气源。打开球阀V6、球阀V8和球阀V16，关闭球阀V5、球阀V7、球阀V11、球阀V12、球阀V13、球阀V14和球阀V15。启动步进电机13，活塞左移。氮气通过进气管52进入系统，通过球阀V16，注入右腔12。左腔11内气体经过球阀V8进入储气罐2。气体通过单向阀V10排出进入换向阀组3。气体通过单向阀V4进入被检表台4。气体通过被检表台4的被检燃气表、单向阀V2和球阀V16，由出气管51排出系统外。当活塞运动到靠近缸体左端，步进电机13停止。

如图3所示，正向排气。活塞靠近缸体左端，左腔11的腔体接近于零，右腔12的腔体充满氮气。进气管52继续连接氮气气源。打开球阀V6、球阀V14和球阀V15，关闭球阀V5、球阀V7、球阀V8、球阀V11、球阀V12、球阀V13和球阀V16。启动步进电机13，活塞右移。氮气通过进气管52进入系统，通过球阀V14，注入左腔11。右腔12内气体经过球阀V15进入换向阀组3。气体通过单向阀V4进入被检表台4。气体通过被检表台4的被检燃气表、单向阀V2和球阀V16，由出气管51排出系统外。当活塞靠近缸体右端，步进电机13停止。

如图4所示，反向排气。活塞靠近缸体右端，右腔12的腔体接近于零，左腔11的腔体充满氮气。进气管52继续连接氮气气源。打开球阀V5、球阀V11和球阀V16，关闭球阀V6、球阀V7、球阀V8、球阀V12、球阀V13、球阀V14和球阀V15。启动步进电机13，活塞左移。氮气通过进气管52进入系统，通过球阀V16，注入右腔12。左腔11内氮气经过球阀V11进入换向阀组3。气体通过单向阀V1进入被检表台4。气体通过被检表台4的被检燃气表、单向阀V3和球阀V5，由出气管51排出系统外。当活塞靠近缸体左端，步进电机13停止。

重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器1的氮气量是整个系统容积的三倍。进气管52转换连接天然气气源。重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器1的天然气量是整个系统容积的三倍。

检测被检表：

如图5所示，正向工作。打开球阀V11和球阀V15，关闭球阀V5、球阀V6、球阀V7、球阀V8、球阀V12、球阀V13、球阀V14和球阀V16。启动步进电机13，活塞右移。右腔12内天然气经过球阀V15进入换向阀组3。天然气通过单向阀V4进入被检表台4。天然气通过被检表台4的被检燃气表、单向阀V2和球阀V11回流到左腔11。在检测中，天然气有损耗，左腔11压力下降，储气罐2通过单向阀V9向左腔11自动补充天然气。

如图6所示，反向工作。打开球阀V11和球阀V15，关闭球阀V5、球阀V6、球阀V7、球阀V8、球阀V12、球阀V13、球阀V14和球阀V16。启动步进电机13反转，活塞左移。左腔11内天然气经过球阀V11进入换向阀组3。天然气通过单向阀V1进入被检表台4。天然气通过被检表台4的被检燃气表、单向阀V3和球阀V15回流到右腔12。在检测中，天然气有损耗，右腔12压力下降，储气罐2通过单向阀V10向右腔12自动补充天然气。

Claims (9)

1.一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：它包括，双腔活塞式气体流量标准器（1），用于双向检测实流气体流量的计量、储气罐（2），用于向双腔活塞式气体流量标准器（1）补充在实流检测过程中因系统引起的气流滞后所缺少的天然气、换向阀组（3），变换实流检测气体方向，双向检测保持流经被检燃气表所需的气流方向一致、被检表台（4），放置被检燃气表、气体置换阀组（5），连接气源，排出检测系统中空气，给检测系统注入天然气；所述储气罐（2）、换向阀组（3）、气体置换阀组（5）与所述双腔活塞式气体流量标准器（1）并联；进气管（52）连接氮气气源，步进电机（13）驱动活塞左移，右腔（12）注入氮气，左腔（11）内气体经过储气罐（2）、换向阀组（3）、被检表台（4）由出气管（51）排出，活塞靠近缸体左端停止，储气罐排气；所述活塞右移，左腔（11）注入氮气，右腔（12）内气体经过换向阀组（3）、被检表台（4）由出气管（51）排出，正向排气；所述活塞左移，右腔（12）注入氮气，左腔（11）内氮气经过换向阀组（3）、被检表台（4）由出气管（51）排出，反向排气；重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器（1）的氮气量是整个系统容积的二至五倍；所述进气管（52）连接天然气气源，重复储气罐排气、正向排气和反向排气若干次，直至双腔活塞式气体流量标准器（1）的天然气量是整个系统容积的二至五倍；所述步进电机（13）驱动活塞右移，右腔（12）内天然气经过换向阀组（3）、被检表台（4）回流到左腔（11），检测中储气罐（2）通过单向阀V9向左腔（11）自动补充天然气，正向工作；所述活塞左移，左腔（11）内天然气经过换向阀组（3）、被检表台（4）回流到右腔（12），检测中储气罐（2）通过单向阀V10向右腔（12）自动补充天然气，反向工作。

2.根据权利要求1所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：所述双腔活塞式气体流量标准器（1）包括密封腔体结构的缸体、与缸体可移动连接的盘形活塞和活塞杆，活塞通过活塞杆连接有步进电机（13），活塞和缸体形成左腔（11）和右腔（12），左腔（11）和右腔（12）分别设有连通腔体的左腔连接孔和右腔连接孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：换向阀组（3）包括单向阀V1、单向阀V2、单向阀V3和单向阀V4，单向阀V1的输入端、单向阀V2的输出端与左腔连接孔连接，单向阀V3的输出端、单向阀V4的输入端与右腔连接孔连接，单向阀V1和单向阀V4的输出端与被检表台（4）的输入端连接，单向阀V2和单向阀V3的输入端与被检表台（4）的输出端连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：气体置换阀组（5）包括球阀V11和依次串联的球阀V5、球阀V7、球阀V14、球阀V16，球阀V5与左腔连接孔连接、球阀V16与右腔连接孔连接，球阀V7和球阀V14并联有依次串联的球阀V6和球阀V13，球阀V6连接有出气管（51），球阀V13连接有进气管（52），球阀V11一端与球阀V6和球阀V13连接、另一端与球阀V7和球阀V14连接。

5.根据权利要求1所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：所述储气罐（2）容积为双腔活塞式气体流量标准器（1）容积的三至五倍。

6.根据权利要求1所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：所述储气罐（2）为钟罩式气体流量标准器。

7.根据权利要求1或2或5或6所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：储气罐（2）连接有单向阀V9和单向阀V10，单向阀V9输出端与左腔连接孔连接，单向阀V10输出端与右腔连接孔连接。

8.根据权利要求7所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：所述单向阀V9输出端连接有球阀V12，球阀V12另一端与单向阀V10输出端连接。

9.根据权利要求3所述的一种主动式双向工作的气体实流检测系统，其特征在于：所述右腔连接孔连接有球阀V15，球阀V15另一端与单向阀V3的输出端和单向阀V4的输入端连接。