CN109579927A - 一种热值流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热值流量计，属于计量设备领域，包括流量计本体，流量计本体内包括计量腔，还包括安装在流量计本体上的气体成分检测装置和热值计算模块，气体成分检测装置与热值计算模块电连接；气体成分检测装置用于检测计量腔内待测气体的组成成分及各组成成分的浓度；热值计算模块包括处理器、存储器和显示器，存储器用于存储各种气体的热值，处理器用于根据待测气体的组成成分及各组成成分的浓度和存储器存储的各种气体的热值计算待测气体的热值，处理器根据待测气体的热值和流量计的计量数值计算天燃气的总热量，显示器用于显示处理器计算出的天燃气的总热量。本发明设计合理、使用方便，能够准确、公平地计算天燃气的有效使用量。

Description

一种热值流量计

技术领域

本发明涉及计量设备领域，特别涉及一种热值流量计。

背景技术

天燃气的主要成分是甲烷，同时含有少量的乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。

目前，市场上天燃气的计量都是通过计算流量体积来收费的，但是天燃气公司供给的天燃气可能会因为某些原因导致在不同时刻输送的天燃气各组成成分的浓度不同，即甲烷、乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等气体的含量不同。

但是，提供能量的是其中含有的有机物，如果在某段时间内这些有机物的浓度相对于其他阶段而言较低，则在相同价格的情况下，一定体积的天燃气具有的能量较低，这对于客户而言显得有些不公平，另一方面，当某段时间内这些有机物的浓度相对于其他阶段而言较高，则对天燃气公司的收益不利。

因此，通过供给的天燃气具有的能量值来计价，要比单纯的依靠天燃气的体积来计价要公平的多。这对于供给方和消费方均是有利的。因为，单位体积的一种气体的燃烧所释放的热量数值是基本一致的，所以当知道该气体在天燃气中的浓度，即可知道单位体积的天燃气中，由该气体所能提供的能量；以此类推，通过检测天燃气中各有机物的浓度值，即可计算出单位体积天燃气所能提供的能量，若通过该能量值来收费，则既可保护消费者的利益也可保护天然气公司的利益。

但是，现有的流量计只能测得天燃气的体积，而无法具体的计算天燃气携带的能量值。

发明内容

针对现有技术存在的通过流量计测体积计量天燃气价格的方式误差大、公平性差的问题，本发明的目的在于提供一种热值流量计。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种热值流量计，包括流量计本体，所述流量计本体内包括计量腔，还包括安装在所述流量计本体上的气体成分检测装置和热值计算模块，所述气体成分检测装置与所述热值计算模块电连接；所述气体成分检测装置用于检测所述计量腔内待测气体的组成成分及各组成成分的浓度；所述热值计算模块包括处理器和与所述处理器电连接的存储器和显示器，所述存储器用于存储各种气体的热值数据，所述处理器用于根据待测气体的组成成分及各组成成分的浓度和存储器存储的各种气体的热值数据计算待测气体的热值，所述处理器根据待测气体的热值和流量计的计量数值计算天燃气的总热量，所述显示器用于显示处理器计算出的天燃气的总热量。

优选的，所述气体成分检测装置为光谱仪，所述光谱仪包括本体和安装在所述本体上的光源、滤镜、探测器和信号处理系统；所述本体内设有气体取样室，所述气体取样室用于采集待测气体的样本，气体取样室上设有进气口和出气口，所述进气口、出气口均与所述计量腔连通；所述光源用于发射光波照射所述气体取样室内的气体；所述滤镜用于对光源发射的光波进行分光和滤光；所述探测器用于接收经过滤镜分光和滤光的光波；所述信号处理系统与所述探测器电连接，所述信号处理系统用于对所述探测器接收到的光谱进行处理并给出样本气体的组成成分及各组成成分的浓度。

进一步的，所述滤镜与所述本体转动连接，所述光谱仪包括驱动电机，所述驱动电机与所述滤镜连接。

优选的，所述光谱仪为红外光谱仪。

更优选的，所述光谱仪为红外滤波光谱仪。

另一种优选的，所述气体成分检测装置为气相色谱仪，所述气相色谱仪包括气室、色谱柱和检测器，所述色谱柱内设有液体或者固体形式的固定相，所述色谱柱、所述热值计算模块均与所述检测器电连接。

进一步的，所述流量计包括计数单元，所述计数单元与所述热值计算模块电连接。

优选的，所述热值计量模块集成在所述光谱仪上。

本发明还同时公开了一种天燃气的计价方法，包括以下步骤：

步骤1、采集各种气体的热值数据，所述各种气体的热值数据为试验测得；

步骤2、通过光谱仪或者气相色谱仪分析得出天燃气的组成成分及各组成成分的浓度；

步骤3、计算天燃气热值，天燃气热值等于天燃气各组成成分的浓度与热值的乘积的总和；

步骤4、计算天燃气的热量，天燃气的热量等于天燃气的热值与天燃气的体积的乘积；

步骤5、将步骤4中的天燃气的热量与热量单价相乘即为天燃气的费用。

采用上述技术方案，由于光谱仪的设置，使得天燃气的成分能够得到测定；热值计算模块的设置，使得天燃气的热值快速方便的计算，配合流量计的体积计量功能，能够计算出天燃气携带的能量，依次避免传统计算方式的不公开现象出现。

附图说明

图1为本发明一种热值流量计的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大示意图。

图中:1-流量计本体、2-光谱仪、21-本体、22-气体取样室、23-光源、24-反射镜、25-探测器、26-进气口、27-出气口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

如图1、图2所示，一种热值流量计，包括流量计本体1，流量计本体1包括作为外壳实用的壳体，壳体内包括计量腔，还包括安装在壳体上的气体成分检测装置和热值计算模块，气体成分检测装置用于检测计量腔内待测气体的组成成分及各组成成分的浓度；本实施例中，气体成分检测装置为光谱仪2，光谱仪2与热值计算模块电连接；

热值计算模块包括处理器和与处理器电连接的存储器和显示器，存储器用于存储各种气体的热值数据，处理器用于根据待测气体的组成成分及各组成成分的浓度和存储器存储的各种气体的热值计算待测气体的热值，处理器根据样待测气体的热值和流量计的计量数值计算天燃气的总热量，显示用于显示处理器计算出的天燃气的总热量。

光谱仪依靠光谱分析工作，光谱分析的原理为：光谱分析是根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成和相对含量，由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成。而光谱仪则是利用了光谱分析原理，其是通过光源发射光谱，光谱在经过物质后，其谱线会发生改变，再将光谱发生改变的光谱接收并分析，即可确定使光谱的谱线发生改变的物质的具体成分和浓度。

通过上述结构设置和原理的利用，天燃气在使用时，首先进入流量计本体1的计量腔，开始计量天燃气的使用量，以体积计量；在计量天燃气使用量的同时，光谱仪工作，将天燃气的组成成分和各组成成分的浓度分析出来并发送给热值计算模块；热值计算模块将天燃气每种组成成分的浓度与其对应的热值相乘，再将乘积相加计算出天燃气的热值，天燃气的热值与流量计计量的天燃气的体积的乘积即为天燃气的热量，通过上述过程完成天燃气的热量计量工作。避免了传统的只通过天燃气的体积使用量进行收费的缺陷。

具体的，光谱仪2包括本体21和安装在本体21上的光源23、反射镜24、滤镜(图中未示出)、探测器25和信号处理系统；本体21安装在流量计本体1上，本体21内设有气体取样室22，气体取样室22用于采集待测气体(即天燃气)的样本，气体取样室22上设有进气口26和出气口27，进气口26、出气口27均与计量腔连通；光源23用于向气体取样室22发射光波；滤镜用于将光源23发射的光波进行分光和滤光；反射镜24位于气体取样室22内，反射镜24用于将经过滤镜的光波反射到探测器25上；探测器25用于接收反射镜24反射的光波；信号处理系统与探测器25电连接，信号处理系统用于对探测器25接收到的光波进行处理与分析，并给出样本气体的组成成分及各组成成分的浓度。

为了使光波的发射与接收更加准确与灵活，本实施例中，滤镜与本体21转动连接，光谱仪包括驱动电机，驱动电机与滤镜连接。

为了提高本发明的自动化程度，本实施例中，流量计包括计数单元，计数单元与热值计算模块电连接，上述设置能够方便热值计算模块快速、方便地获取天燃气的体积数据。

同时为了提高设备的集成度，本实施例中，热值计量模块集成在光谱仪上，具体的，热值计算模块与信号处理系统一体集成制造。

上述结构的设置，使得本发明天燃气的计量具有不依靠人工操作，可远程、实时测量，不惧组分交叉干扰、不需要消耗载气的特点。

鉴于光谱仪需和流量计集成使用，本实施例中，光谱仪为红外滤波光谱仪，光谱仪即使用红外光谱滤波技术。

所谓光谱滤波是指:如果目标和背景辐射的光谱分布不同,那么为使目标的一定波段范围的红外辐射通过光学系统进入探测器并使背景干扰减弱,可以使用滤光片或双色调制盘等措施,对入射辐射进行光谱选择,使目标和背景对比度最大时所对应的谱段的辐射到达探测器,这种方法就叫做光谱滤波。

光谱滤波主要是针对与目标信号光谱分布特性不同的背景而采取的抑制手段。在红外光电系统中,光谱滤波是采用各种分光元仵和探测器组件中位于探测器前方的窄带滤光片实现的。当然,各种光学元部件(如反射、透射元件)和探测器的光谱响应特性本身也是一种光谱滤波手段。

实际上,红外光电系统中的光谱滤波,就是系统工作波段(或探测波段)优化选择的实现手段。其宗旨是通过合理选择系统的工作波段,使系统接收到的目标和背景信号的反差最大,使系统具有尽可能高的信杂比,从而确保对目标的探测。

实现该光谱分析的核心原理是基于NIR/IR(近红外和红外)吸收光谱，加上先进的频谱分解分析法。基本工作原理是在特定的频率或者波长下，分子吸收光的辐射。每种碳氢化合物的吸收光谱都是特别唯一的，因此这可以当成一种“指纹”特性，被用来分解(唯一地，可识别地)化合物成分。依靠系统的分辨率，吸收的强度和分子的浓度是成正比的，这可以用来计算出成分浓度。

滤波光谱分析仪部分会对样品在一个或者几个目标波段内扫描，以提供目标频谱区域的光谱或者指纹。一种先进的光谱处理和化学计量学运算法则提供高精确度和稳健的成分分解性能，同时补偿由于压力，流速和温度变化引起的多种光谱非线性。

实施例二

其与实施例一的区别在于：本实施例中，气体成分检测装置为气相色谱仪，气相色谱仪包括气室、色谱柱和检测器，色谱柱内设有液体或者固体形式的固定相，色谱柱、热值计算模块均与检测器电连接。

使用时，气体从气室的进气口进入色谱柱中，色谱柱内含有液体或固体固定相，由于样品中各组分的沸点、极性或吸附性能不同，每种组分都倾向于在流动相和固定相之间形成分配或吸附平衡，天燃气中各组分在两相间进行分配,其中一相是不动的(固定相),另一相(流动相)携带混合物流过此固定相,与固定相发生作用,在同一推动力下,不同组分在固定相中滞留的时间不同,依次从固定相中流出，从色谱柱中分离后，进入检测器，检测器将组分的浓度变化转变为电信号。电信号经放大器放大后，由记录器记录下来，即得到色谱图。通过对色谱图进行分析即可得到天燃气样品中的组成成分和各组成成分的浓度。

实施例三

其与实施例一或者实施例二的区别在于：本实施例中，气体成分检测装置同时包括光谱仪和气相色谱仪。

本发明还同时公开了一种天燃气的计价方法，包括以下步骤：

步骤1、采集各种气体的热值数据，所述各种气体的热值数据为试验测得；

步骤2、通过光谱仪或者气相色谱仪分析得出天燃气的组成成分及各组成成分的浓度；

步骤3、计算天燃气热值，天燃气热值等于天燃气各组成成分的浓度与热值的乘积的总和，该步骤即为一求和过程；

步骤4、计算天燃气的热量，天燃气的热量等于天燃气的热值与天燃气的体积的乘积；

步骤5、将步骤4中的天燃气的热量与热量单价相乘即为天燃气的费用。

为了进一步的提高计费的精准度，在步骤4中，采用积分方法计算天燃气的热量，即将一段时间内的天燃气使用分成若干个小时间段，分别计算若干个小时间段内的天燃气热值与体积，得出若干个天燃气热量数据，再将若干个天燃气热量数据相加即可得到上述的一段时间内的天燃气的总热量，再与热量单价相乘即为天燃气的使用费用。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种热值流量计，包括流量计本体，所述流量计本体内包括计量腔，其特征在于：还包括安装在所述流量计本体上的气体成分检测装置和热值计算模块，所述气体成分检测装置与所述热值计算模块电连接；所述气体成分检测装置用于检测所述计量腔内待测气体的组成成分及各组成成分的浓度；所述热值计算模块包括处理器和与所述处理器电连接的存储器和显示器，所述存储器用于存储各种气体的热值数据，所述处理器用于根据待测气体的组成成分及各组成成分的浓度和存储器存储的各种气体的热值数据计算待测气体的热值，所述处理器根据待测气体的热值和流量计的计量数值计算天燃气的总热量，所述显示器用于显示处理器计算出的天燃气的总热量。

2.根据权利要求1所述的热值流量计，其特征在于：所述气体成分检测装置为光谱仪，所述光谱仪包括本体和安装在所述本体上的光源、滤镜、探测器和信号处理系统；所述本体内设有气体取样室，所述气体取样室用于采集待测气体的样本，气体取样室上设有进气口和出气口，所述进气口、出气口均与所述计量腔连通；所述光源用于发射光波照射所述气体取样室内的气体；所述滤镜用于对光源发射的光波进行分光和滤光；所述探测器用于接收经过滤镜分光和滤光的光波；所述信号处理系统与所述探测器电连接，所述信号处理系统用于对所述探测器接收到的光谱进行处理并给出样本气体的组成成分及各组成成分的浓度。

3.根据权利要求2所述的热值流量计，其特征在于：所述滤镜与所述本体转动连接，所述光谱仪包括驱动电机，所述驱动电机与所述滤镜连接。

4.根据权利要求2所述的热值流量计，其特征在于：所述光谱仪为红外光谱仪。

5.根据权利要求4所述的热值流量计，其特征在于：所述光谱仪为红外滤波光谱仪。

6.根据权利要求1所述的热值流量计，其特征在于：所述气体成分检测装置为气相色谱仪，所述气相色谱仪包括气室、色谱柱和检测器，所述色谱柱内设有液体或者固体形式的固定相，所述色谱柱、所述热值计算模块均与所述检测器电连接。

7.根据权利要求1所述的热值流量计，其特征在于：所述流量计包括计数单元，所述计数单元与所述热值计算模块电连接。

8.根据权利要求1所述的热值流量计，其特征在于：所述热值计量模块集成在所述气体成分检测装置上。

9.一种天燃气的计价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、采集各种气体的热值数据，所述各种气体的热值数据为试验测得；

步骤2、通过光谱仪或者气相色谱仪分析得出天燃气的组成成分及各组成成分的浓度；

步骤3、计算天燃气热值，天燃气热值等于天燃气各组成成分的浓度与热值的乘积的总和；

步骤4、计算天燃气的热量，天燃气的热量等于天燃气的热值与天燃气的体积的乘积；

步骤5、将步骤4中的天燃气的热量与热量单价相乘即为天燃气的费用。