CN110657869B - 一种浮力补偿称量装置及浮力补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮力补偿称量装置，属于气体流量检测技术领域。该装置包括：气体称量罐、细管、空气密度测量仪、充气件。其中，气体称量罐包括：内层罐体和套在内层罐体外的外层罐体，且内层罐体与外层罐体之间形成有用于容纳可流动介质的腔体结构。细管具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度，并且，该细管设置在外层罐体的上部，且与该腔体结构连通，用于在内层罐体的体积发生变化时，测量进入细管内部的可流动介质的液面高度。空气密度测量仪用于测量气体称量罐周围的空气密度。充气件用于连接内层罐体与外层罐体，且与内层罐体连通。本发明提供的浮力补偿称量装置可以消除气体称量罐所受的空气浮力对气体质量测量结果的影响。

Description

一种浮力补偿称量装置及浮力补偿方法

技术领域

本发明涉及气体流量检测技术领域，特别涉及一种浮力补偿称量装置及浮力补偿方法。

背景技术

质量-时间法气体流量标准装置是一种用于测量气体质量流量的标准装置。应用时，在预设时间内向气体称量罐中充入气体，通过测量充气时间和气体称量罐在充气前和充气后的质量变化，计算得到测量过程中气体质量流量。其中，气体称量罐为单层罐体。由于气体称量罐在充气前和充气后，罐体内气体的压力、温度变化都会导致气体称量罐的体积发生变化，从而使气体称量罐所受的空气浮力发生变化，对气体质量的称量结果造成影响。因此，为了保证气体称量结果的准确性，降低气体称量罐受空气浮力变化的影响是十分重要的。

发明内容

本发明实施例提供了一种浮力补偿称量装置及浮力补偿方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种浮力补偿称量装置，包括：气体称量罐，

所述气体称量罐包括：内层罐体和套在所述内层罐体外的外层罐体，且所述内层罐体与所述外层罐体之间形成有用于容纳可流动介质的腔体结构；

所述装置还包括：具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管，所述细管设置在所述外层罐体的上部，且与所述腔体结构连通，所述细管用于在所述内层罐体的体积发生变化时，测量进入所述细管内部的所述可流动介质的液面高度；

空气密度测量仪，用于测量所述气体称量罐周围的空气密度；

充气件，用于连接所述内层罐体与所述外层罐体，且与所述内层罐体连通。

在一种可能的设计中，所述充气件以焊接的方式与所述内层罐体和所述外层罐体密封连接。

在一种可能的设计中，当所述内层罐体内未充入气体时，所述细管内部的可流动介质的液面高度高于所述外层罐体的顶部。

在一种可能的设计中，所述内层罐体由柔性材料或者刚性材料制成。

另一方面，本发明实施例提供了一种浮力补偿称量装置的浮力补偿方法，应用于上述浮力补偿称量装置中，该方法包括：

确定细管内部的可流动介质的液面高度变化量；

基于所述液面高度变化量，确定内层罐体的体积变化量；

利于空气密度测量仪测量出气体称量罐周围的空气密度；

基于所述体积变化量和所述气体称量罐周围的空气密度，对所述浮力补偿称量装置进行浮力补偿。

在一种可能的设计中，所述确定细管内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过充气件向所述内层罐体中充气之后，确定所述细管内部的可流动介质的最终液面高度；

将所述最终液面高度与初始液面高度之间的差值确定为所述液面高度变化量，所述初始液面高度为通过所述充气件向所述内层罐体中充气之前所述细管内部的可流动介质的液面高度。

在一种可能的设计中，所述基于所述液面高度变化量，确定所述内层罐体的体积变化量，包括：

确定所述细管的标准截面积与所述液面高度变化量之间的乘积，将所述乘积作为所述内层罐体的体积变化量。

在一种可能的设计中，所述基于所述体积变化量和所述气体称量罐周围的空气密度，对所述浮力补偿称量装置进行浮力补偿，包括：

将所述内层罐体的体积变化量与所述气体称量罐周围的空气密度的乘积作为所述气体称量罐所受空气浮力的变化量。

计算所述内层罐体的体积变化量与所述气体称量罐所受空气浮力的变化量的差值，将该差值作为所述内层罐体内气体的质量，以实现浮力补偿称量装置的浮力补偿。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的浮力补偿称量装置，通过设置内层罐体、外层罐体和具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管，使得内层罐体与外层罐体之间形成腔体结构，且该腔体结构中充满可流动介质。当内层罐体通过充气件充气时，内层罐体膨胀挤压可流动介质，使得可流动介质流入与外层罐体连接的细管中，通过内层罐体充气前后细管中可流动介质液面高度的变化。通过设置空气密度测量仪，可以实时测量出气体称量罐周围的空气密度，基于细管液面的高度变化、空气密度和细管的横截面积，可以计算出气体称量罐在充气前和充气后的空气浮力变化量，从而消除气体称量罐所受的空气浮力对气体质量测量结果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的浮力补偿称量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的浮力补偿称量装置的浮力补偿原理示意图。

附图标记分别表示：

1 气体称量罐，

101 内层罐体，

102 外层罐体，

2 细管，

3 空气密度测量仪，

4 充气件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种浮力补偿称量装置，如附图1和附图2所示，该装置包括：气体称量罐1、细管2、空气密度测量仪3、充气件4。其中，气体称量罐1包括：内层罐体101和套在内层罐体101外的外层罐体102，且内层罐体101与外层罐体102之间形成有用于容纳可流动介质的腔体结构。细管2具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度，并且，该细管2设置在外层罐体102的上部，且与该腔体结构连通，用于在内层罐体101的体积发生变化时，测量进入细管2内部的可流动介质的液面高度。空气密度测量仪3用于测量气体称量罐1周围的空气密度。充气件4用于连接内层罐体101与外层罐体102，且与内层罐体101连通。

当需要对气体的质量进行称量时，通过细管2向内层罐体101与外层罐体102之间形成的腔体结构中注入可流动介质，并使该可流动介质充满整个腔体结构。随后，测量气体称量罐1的质量，将气体通过充气件4注入到内层罐体101中，在此过程中，内层罐体101因为内部充气而发生膨胀，造成内层罐体101的体积发生变化，进而挤压腔体结构中的可流动介质，使该可流动介质进入细管2中。计算出细管2中液面上升的高度，并利用空气密度测量仪3测量出气体称量罐1周围的空气密度，将细管2内的液面高度差与该空气密度和细管2横截面积的乘积作为气体称量罐1在充气前和充气后的空气浮力变化量。此时，只需用气体称量罐1充入气体后的质量减去充入气体前的质量和空气浮力变化量即可获取气体的质量，完成浮力补偿作业。

需要说明的是，由于内层罐体101与外层罐体102之间有可流动的介质隔离，可流动的介质会阻止外层罐体102受到因内层罐体101膨胀而引起的压力及温度变化。因此，外层罐体102受到的压力和自身的温度并不会因为内层罐体101的膨胀而发生变化，即外层罐体102的体积也不会因为向内层罐体101内充气而发生变化。

本发明实施例提供的浮力补偿称量装置，通过设置内层罐体101、外层罐体102和具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管2，使得内层罐体101与外层罐体102之间形成腔体结构，且该腔体结构中充满可流动介质。当内层罐体101通过充气件4充气时，内层罐体101膨胀挤压可流动介质，使得可流动介质流入与外层罐体102连接的细管2中，通过内层罐体101充气前后细管2中可流动介质液面高度的变化。通过设置空气密度测量仪3，可以实时测量出气体称量罐1周围的空气密度，基于细管2液面的高度变化、空气密度和细管2的横截面积，可以计算出气体称量罐1在充气前和充气后的空气浮力变化量，从而消除气体称量罐1所受的空气浮力对气体质量测量结果的影响。

其中，可流动介质可以为水、油等。注入内层罐体101内的气体可以为高压天然气。

内层罐体101可以为球形、柱体等，当然实际情况中，也可以为其他形状，例如方形，对此本发明实施例不予限定。且该内层罐体101可以由柔性材料或者刚性材料制成，用于盛装待测量气体。在向内层罐体101充气过程中，内层罐体101会受到充入气体的压力及温度的影响，并且内层罐体101是由柔性材料或者刚性材料制成的，因此，鉴于柔性材料或者刚性材料的特性，在内层罐体101充入气体时，会受到压力和温度的影响发生膨胀，从而导致内层罐体101的体积发生变化。

需要说明的是，外层罐体102可以与内层罐体101形状相同，也可以不同，且外层罐体102可以由刚性材料构成，当然也可以由其他材料构成，如柔性材料，对此本发明实施例不予限定。

其中，细管2可以为具有标准截面积的圆柱形细管，标准截面积即是指具有标准规格且为固定值的截面积，当然实际应用中也可以为其他形状，如具有标准截面积方形柱体的细管等。且细管2管壁上标注有长度刻度，该长度刻度用于表示细管2中的可流动介质的液面高度。其中，细管130可以设置在外层壳体120上方任一位置，例如可以设置在外层壳体120的左上方，也可以设置在外层壳体120的右上方，当然也可以设置在在外层壳体120的正上方，对此本发明实施例不予限定。

充气件4可以为圆柱形、方形等。该充气件4可以设置在外层罐体102上的任一位置，举例来说，其可以设置在外层罐体102的右侧中间位置，也可以设置在外层壳体120左侧中间位置、左侧上方位置等，对此本发明实施例不予限定。

为了保证通过充气件4能够向内层罐体101充入气体，同时避免外层罐体102与内层罐体101之间形成的空腔结构中的可流动介质泄露，可以将充气件4以焊接的方式与内层罐体101和外层罐体102密封连接。

具体地，在安装时，可以使充气件4顺次穿过外层罐体102、内层罐体101的罐壁，再将充气件4以焊接的方式与外层罐体102、内层罐体101连接。

需要说明的是，内层罐体101与外层罐体102之间形成的空腔结构内部需要充满可流动介质。实际情况中，当内层罐体101未充入气体时，若空腔结构内部未充满可流动介质，那么在内层罐体101充入气体后发生膨胀且容积发生变化时，即使内层罐体101挤压可流动介质，但是由于空腔结构未充满可流动介质，即内层罐体101充气前，细管2内部没有可流动介质，在内层罐体101充气后，流入细管2中的可流动介质只能表示内层罐体101充气后体积变化量的一部分，即在内层罐体101充气前后，确定出细管2内部的可流动介质的液面高度变化量不能准确表示内层罐体101的体积变化量，从而导致补偿准确率降低，因此，为了保证计算出的内层罐体101体积变化量的准确度，需要在内层罐体101未充入气体时，确保可流动介质充满整个空腔结构，即内层罐体101完全置于可流动的介质中。

进一步地，当内层罐体101未充入气体时，细管2内部的可流动介质的液面高度高于外层罐体102顶部。

由于外层罐体102的形状并不唯一规定，实际应用中可以是圆形，也可以是其他形状，如方形等。因此，细管2与外层罐体102的接触面并不一定为水平接触面，此时，如果以细管2与外层罐体102的接触面为基准测量充气后可流动介质的液面高度，那么测量出的液面高度就会产生一定的误差。

因此，为了避免细管2与外层罐体102的接触面不为水平接触面时，测量出充气后细管2内部可流动介质的液面高度不准确，即最终液面高度存在误差，本发明实施例在内层罐体101未充入气体时，将细管2内部的可流动介质的液面高度设置为高于外层罐体102顶部，即在内层罐体101充入气体之前，设定初始液面高度高于外层罐体102的顶部，以保证内层罐体101充入气体之后，得到的细管2内部的可流动介质的最终液面高度与初始液面高度之间的差值更为准确，即提高了确定液面高度变化量的准确性，以进行后续的补偿作业。

另一方面，本发明实施例提供了一种浮力补偿称量装置的浮力补偿方法，，应用于上述浮力补偿称量装置中，该方法包括：

步骤1、确定细管2内部的可流动介质的液面高度变化量。

可选地，确定细管2内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过充气件4向内层罐体101中充气之后，确定细管2内部的可流动介质的最终液面高度。

将最终液面高度与初始液面高度之间的差值确定为液面高度变化量，初始液面高度是指通过充气件4向内层罐体101中充气之前细管2内部的可流动介质的液面高度。

步骤2、基于液面高度变化量，确定内层罐体101的体积变化量。

可选地，基于液面高度变化量，确定内层罐体101的体积变化量，包括：

确定细管2的标准截面积与液面高度变化量之间的乘积，将该乘积作为内层罐体101的体积变化量。

步骤3、利于空气密度测量仪3测量出气体称量罐1周围的空气密度。

步骤4、基于体积变化量和气体称量罐1周围的空气密度，对浮力补偿称量装置进行浮力补偿。

可选地，基于体积变化量和气体称量罐1周围的空气密度，对浮力补偿称量装置进行浮力补偿，包括：

将内层罐体101的体积变化量与气体称量罐1周围的空气密度的乘积作为气体称量罐1所受空气浮力的变化量。

计算内层罐体101的体积变化量与气体称量罐1所受空气浮力的变化量的差值，将该差值作为内层罐体101内气体的质量，以实现浮力补偿称量装置的浮力补偿。

通过使用上述方法，当内层罐体101通过充气件4充气时，内层罐体101膨胀挤压可流动介质，使得可流动介质流入与外层罐体102连接的细管2中，通过内层罐体101充气前后细管2中可流动介质液面高度的变化。通过设置空气密度测量仪3，可以实时测量出气体称量罐1周围的空气密度，基于细管2液面的高度变化、空气密度和细管2的横截面积，可以计算出气体称量罐1在充气前和充气后的空气浮力变化量，从而消除气体称量罐1所受的空气浮力对气体质量测量结果的影响。

为了便于理解，本发明实施例通过下述举例来对本发明中的浮力补偿称量装置及其补偿方法进行详细说明。

例如，浮力补偿称量装置包括标准截面积为s、高度为L的细管2。假设在内层罐体101充入气体之前，细管2内部的可流动介质的初始液面高度为l₀，之后向内层罐体101中充入待测高压气体，假设检测到充入气体后，通过细管2管壁上的长度刻度测量出细管2内部的可流动介质的最终液面高度为l₁，通过空气密度测量仪3测量出气体称量罐1周围的空气密度ρ。那么在充气过程中，气体称量罐1所受的空气浮力的变化量可以通过如下公式计算：

Δm＝s(l₁-l₀)·ρ；

其中，s表示标准截面积细管的截面积，l₁表示内层罐体充气后的标准截面积细管液面高度，l₀表示内层罐体充气前的标准截面积细管液面高度，ρ表示空气密度。

作为一种示例，当s为0.02㎡，l₁为370mm，l₀为0，ρ为1.145kg/m³时，气体称量罐1所受的空气浮力的变化量为0.02m²×(370mm-0)×1.145kg/m³＝8.5g＝0.0085kg，即充气后因内层罐体101膨胀所受空气浮力增大了8.5g。通过本发明的方法对浮力进行补偿计算后的称量罐充气质量为3172.4252kg-3102.6543kg-0.0085kg＝69.7624kg，与采用传统的称量方式相比，传统称量得到的充气质量为3172.4252kg-3102.6543kg＝69.7709kg，并没有对罐内层罐体101的空气浮力变化进行补偿。

综上，本发明实施例提供的浮力补偿称量装置及浮力补偿方法可以在对气体的称量过程中可以对空气的浮力进行修正，有利于消除空气浮力对测量结果的影响。因此，本发明可以大大提高气体称量的准确性，降低质量-时间法气体流量测量原级标准装置的质量测量不确定度。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种浮力补偿称量装置，包括：气体称量罐（1），

其特征在于，所述气体称量罐（1）包括：内层罐体（101）和套在所述内层罐体（101）外的外层罐体（102），且所述内层罐体（101）与所述外层罐体（102）之间形成有用于容纳可流动介质的腔体结构；所述内层罐体（101）为球形，所述外层罐体（102）与所述内层罐体（101）的形状相同；

所述装置还包括：具有标准截面积且管壁上标注有长度刻度的细管（2），所述细管（2）设置在所述外层罐体（102）的上部，且与所述腔体结构连通，所述细管（2）用于在所述内层罐体（101）的体积发生变化时，测量进入所述细管（2）内部的所述可流动介质的液面高度；其中，当所述内层罐体（101）内未充入气体时，所述细管（2）内部的所述可流动介质的液面高度高于所述外层罐体（102）的顶部；

空气密度测量仪（3），用于测量所述气体称量罐（1）周围的空气密度；

充气件（4），用于连接所述内层罐体（101）与所述外层罐体（102），且与所述内层罐体（101）连通，其中，先将所述充气件（4）顺次穿过所述外层罐体（102）、所述内层罐体（101）的罐壁，再将所述充气件（4）以焊接的方式与所述外层罐体（102）、所述内层罐体（101）连接。

2.根据权利要求1所述的浮力补偿称量装置，其特征在于，所述充气件（4）以焊接的方式与所述内层罐体（101）和所述外层罐体（102）密封连接。

3.根据权利要求1所述的浮力补偿称量装置，其特征在于，所述内层罐体（101）由柔性材料或者刚性材料制成。

4.一种浮力补偿称量装置的浮力补偿方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一所述的浮力补偿称量装置中，所述方法包括：

确定细管（2）内部的可流动介质的液面高度变化量，其中所述细管（2）内部的初始液面高度高于外层罐体（102）的顶部；

基于所述液面高度变化量，确定内层罐体（101）的体积变化量；

利于空气密度测量仪（3）测量出气体称量罐（1）周围的空气密度；

基于所述体积变化量和所述气体称量罐（1）周围的空气密度，对所述浮力补偿称量装置进行浮力补偿。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定细管（2）内部的可流动介质的液面高度变化量，包括：

当通过充气件（4）向所述内层罐体（101）中充气之后，确定所述细管（2）内部的可流动介质的最终液面高度；

将所述最终液面高度与所述初始液面高度之间的差值确定为所述液面高度变化量，所述初始液面高度为通过所述充气件（4）向所述内层罐体（101）中充气之前所述细管（2）内部的可流动介质的液面高度。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述液面高度变化量，确定所述内层罐体（101）的体积变化量，包括：

确定所述细管（2）的标准截面积与所述液面高度变化量之间的乘积，将所述乘积作为所述内层罐体（101）的体积变化量。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述体积变化量和所述气体称量罐（1）周围的空气密度，对所述浮力补偿称量装置进行浮力补偿，包括：

将所述内层罐体（101）的体积变化量与所述气体称量罐（1）周围的空气密度的乘积作为所述气体称量罐（1）所受空气浮力的变化量；

计算所述内层罐体（101）的体积变化量与所述气体称量罐（1）所受空气浮力的变化量的差值，将该差值作为所述内层罐体（101）内气体的质量，以实现浮力补偿称量装置的浮力补偿。

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