CN111024168A - 用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计，包括：超声波测时模块，超声波测时模块包括第一、第二检测模式，在第二检测模式下检测频次高于第一检测模式下，且第二检测模式的检测频次高于电磁阀的切换频率；控制板，控制板包括MCU；MCU用于分别获取在第一、第二检测模式下的瞬时流量值，并将两者进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为；本发明的准确性高；气体超声流量计对用户使用过程中可能出现的盗气行为进行判断和程序优化，当发现用户有疑似窃气行为时，气体超声流量计给出报警提示；且针对已发生的盗气方式作出的改进。

Description

用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计

技术领域

本发明涉及燃气计量领域，具体地，涉及一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计。

背景技术

目前，采用超声波检测技术用于检测气体的瞬时流量被广泛用于气体介质流量计量， 而在燃气计量中超声波燃气表、气体超声流量计等都是用于超声波检测技术原理进行计 量。为防止偷盗气现象发生，超声波检测技术采用高频次模式测量，目前的电磁阀无法达到该高频次的切换，但是，在实际使用过程中，高频次测量非常耗电，计量装置不可 能频繁更换电池，由于该局限性超声波检测是无法一直处于高频次模式下工作，因此， 超声波检测的工作原理为定时的高频次的检测模式测量。

但是，目前市场上已经出现，针对上述超声波检测的工作原理发生的盗气行为，例如，在气体流动的管路中加装电磁阀，并且控制电磁阀以相同的时间周期同步进行开关 动作，即当计量装置开始对瞬时流量进行测量时，电磁阀瞬间关闭，使测得的流量远远 小于实际的流量值；当计量装置结束对瞬时流量的检测时，电磁阀打开，满足管路正常 通气的压力要求和流量要求。经过时间的累积，计量装置的累积流量会远远的小于实际 的用气流量，达到盗气的目的，给燃气公司的正常计量带来巨大的影响，同时对气体超 声流量计的生产厂商提出了新的挑战。

因此，为防止上述利用超声波检测技术工作发生的偷盗气行，目前市场上需要开发一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计，及时制止盗气行为发生，确保气体超声流量计正常计量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统及气体超声流量计。

根据本发明第一个方面提供一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，包括：

超声波测时模块，用于检测计算超声波顺流和逆流传播的时间；

所述超声波测时模块包括第一检测模式和第二检测模式，在所述第二检测模式下检 测频次高于所述第一检测模式下，且所述第二检测模式的检测频次高于电磁阀开关的切 换频率；

控制板，所述控制板包括MCU、电源及检测模块、数据存储模块和显示模块；

所述MCU用于分别获取在所述第一检测模式和所述第二检测模式下的燃气的瞬时流 量值，并将两者进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为；

所述MCU用于读取所述超声波测时模块检测的时间，计算出所述瞬时流量值，得到气体流速和体积流量；

所述数据存储模块，用于显示计量数据；

所述电源及检测模块，用于提供电源及电源电压的检测；

所述数据存储模块，用于保存计量数据、修正系数、工作状态，所有数据交叉备份保存，保证数据的可追溯性。

优选地，所述控制板还包括：安全功能模块，用于检测异常流量，所述异常流量是指超大、超小流量及恒流超时使用，保证装置的使用安全性。

优选地，所述控制板还包括：

-物联网通讯模块，所述物联网通讯模块为无线通讯模块，可无线远程控制阀门和调整价格；

-所述卡控模块，用于预付费。

优选地，所述安全功能模块还包括泄漏报警模块，用于检测管路内是否发生泄漏并发 出报警信号。

优选地，还包括预判模块，用于检测管路中压力波动和/或震感判断用户是否出现疑似盗气行为；通过所述预判模块触发所述MCU进行判断用户是否出现盗气行为。

优选地，还包括定时检测模块，用于定时启动所述MCU进行判断用户是否出现盗气行为，实现定时检测的功能。

优选地，还包括报警模块，用于发出报警信号，通过报警信号提示用户出现盗气行为。

本发明第二个方面，提供一种防止盗气的气体超声流量计，包括上述任一项所述用于超 声波检测计量装置的防盗气系统。

优选地，还包括壳体、压盖、换能器、超声波测时模块、温度压力传感器、电池和控制 板；

所述壳体的上部具有敞口状的容置空间，所述容置空间位于所述气道的上方；

所述壳体上设有所述气道，所述气道贯通于所述壳体的两端形成了一直线管路，并 在所述壳体的两端形成进气口和出气口，燃气由所述进气口进入，流经所述直线管路由所述出气口流出；

所述压盖设置于所述容置空间的上方，与所述壳体可拆卸式连接为一体；

所述换能器的探头设置于所述气道内，用于检测燃气的瞬时流速；

所述控制板设置于所述压盖的上方；

所述超声波测时模块、所述温度压力传感器设置于所述容置空间内；

所述温度压力传感器的采集部件从所述壳体内伸出至所述气道内。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明的上述系统中，超声波测时模块在第一检测模式、第二检测模式下检测 燃气的瞬时流量，通过MCU将两者的差值与设定阈值进行比较，从而判断用户是否 发生偷盗气行为。该方法中第二检测模式采用了较高频次检测，一般的电磁阀无法 达到该频次切换，电磁阀无法干扰第二检测模式的检测过程，因此在第二检测模式下 获得的检测结果是非常准确，在正常工作情况下，两者的误差不超过1％，再将两者 的差值与设定阈值进行比较后，进行判断，从而获得判断结果是准确，可信的。该 系统尤其适用于，针对超声波检测原理在燃气的管路中加装电磁阀达到偷盗气目的 这一行为，通过该检测方法可及时发现用户的盗气行为，从而防止盗气。

进一步，该系统对用户使用过程中可能出现的盗气行为进行判断和程序优化，当发现用户有疑似窃气行为时，气体超声流量计给出报警提示。

进一步，通过定时步骤、预判步骤触发该检测方法，具有判断查询、针对性强等 优点。

本发明的上述系统，可以适用于各种用于超声波检测技术的计量装置，除用于 本发明中气体超声流量计以外，还可以用于超声波燃气表。

本发明上述气体超声流量计，解决了目前市场大量存在利用超声波检测技术原理进行的盗气行为，防止针对气体超声流量计的盗气行为。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明一优选实施例中检测系统的工作原理示意图；

图2是本发明一优选实施例中检测系统的电路图；

图3是本发明一优选实施例中MCU的电路图；

图4是本发明一优选实施例中超声波测时模块的电路图；

图5是本发明一优选实施例中显示模块的电路图；

图6是本发明一优选实施例中电源及检测模块的电路图；

图7是本发明一优选实施例中温压测量模块的电路图；

图8是本发明一优选实施例中数据存储模块的电路图；

图9是本发明一优选实施例中RS485通讯模块的电路图；

图10是本发明一优选实施例中物联网通讯模块的电路图；

图11是本发明一优选实施例中卡控模块的电路图；

图12是本发明一优选实施例中阀控模块的电路图；

图13是本发明一优选实施例中体超声波流量计的结构示意图；

图14是图13的剖视图；

图13、图14中标记分别表示为：1为壳体、2为积算仪、3为气道、301为进气口、 302为出气口、4为换能器、5为电池、6为温度压力传感器、7为超声波测时模块、8 为压盖。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于 本发明的保护范围。

本实施例提供了一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，参照图1所示，防盗气系统包括：超声波测时模块和控制板；其中，超声波测时模块，用于检测计算超声波 顺流和逆流传播的时间。超声波测时模块包括第一检测模式和第二检测模式，第二检测 模式下检测频次高于第一检测模式下，且第二检测模式的检测频次高于电磁阀的切换频 率；第一检测模式的工作频率为低频，可以为2-3秒钟测量一次；第二检测模式的工作 频率为高频，可以125-200毫秒测量一次；而正常的电磁阀频次无法达到0.1-0.2秒切 换一次，因此在第二检测模式下检测的结果是非常准确的，在正常情况下(即未出现盗 气行为的情况下)，两者的误差可控制在1％以内。

控制板，控制板包括MCU、电源及检测模块、数据存储模块和显示模块；

其中，MCU用于读取超声波计时模块检测的时间，进而计算出气体流速和体积流量， 并由显示模块显示，完成计量功能。

MCU，用于分别获取体在第一检测模式和第二检测模式下的燃气的瞬时流量值；并将获取的第一检测模式与第二检测模式下的瞬时流量值进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断为用户 未出现盗气行为。

参照图3、图4所示，超声波测时模块的电路图由保险丝FUSE1、二极管D1、D2、 D4、D5和电阻R55组成，其中接线端子的PIN1与PIN2-4接3.6VDC锂电池，PIN1 通过保险丝FUSE1并分别经过二极管D4和D5为其他外设及IC供电；接线端子的P IN5为超声波测时模块提供电源；接线端子的PIN5和PIN6分别与MCU的接收端和发 送端相连，为超声波测时模块提供串口命令的交互接口，同时经过二极管D1、D2， 为电路提供TVS保护；PIN5经过电阻R55连接到MCU的中断IO引脚。

参照图5所示为显示模块的电路图，用于显示测量数据。

参照图6所示为电源及检测模块的电路图，用于提供电源及电源电压的检测。

参照图8所示为数据存储模块的电路图，用于保存流量计装置的计量数据、修正系数、记录表内工作状态，所有数据交叉备份保存，保证数据的可追溯性。数据存储模块 擦写次数≥100万次，数据有效时间≥40年。

在其他部分优选实施例中，参照图4所示，控制板还包括：安全功能模块、物联网通讯模块和卡控模块；安全功能模块，用于检测异常流量，异常流量是指超大、超小流 量及恒流超时使用，保证装置的使用安全性；异常流量检测，具有更快的响应速度。在 其他实施例中，安全功能模块还可选配泄漏报警功能，用于检测管路内是否发生泄漏并 发出报警信号。

参照图10所示为物联网通讯模块的电路图，物联网通讯模块的输入端分别与GPRS模块、4G模块、NB-IoT模块和LoRa模块的输出端连接，物联网通讯模块的输出端分别 与GPRS模块、4G模块、NB-IoT模块和LoRa模块的输入端连接。物联网通讯模块为无 线通讯模块，可无线远程控制阀门和调整价格。

参照图11所示为卡控模块的电路图，卡控模块的输入端分别与MCU、逻辑加密卡、CPU卡、ESAM模块和非接触卡的输出端连接，卡控模块的输出端分别与逻辑加密卡、CPU 卡、ESAM模块和非接触卡的输入端连接。卡控模块，用于预付费。

参照图12所示为阀控模块的电路图，阀控模块的输入端、输出端与MCU的输出端、输入端连接，用于控制阀门的开关。

在其他部分优选实施例中，还包括预判模块，用于检测管路中压力波动和/或震感判断用户是否出现疑似盗气行为，并将判断结果反馈至MCU；通过预判模块触发MCU 进行判断用户是否出现盗气行为。通过预判模块触发MCU进行判断用户是否出现盗气行 为，相当于增加了一道预防屏障，在防盗气检测过程中具有一定的针对性和时效性， 起到针对查询检测的作用，并可及时发现盗气行为。在具体实施过程中，可以通过压 力传感器检测气道内气体压力波动超过一定范围；或者通过设置震感模块等，预先检测 管路中是否存在疑似盗气行为。

在其他部分优选实施例中，还包括定时检测模块，用于定时启动MCU进行判断用户是否出现盗气行为，实现定时检测的功能。通过定时检测模块触发MCU进行判断用 户是否出现盗气行为，实现了自动化定时查询功能。

在其他部分优选实施例中，还包括报警模块，用于发出报警信号，当MCU判断用户出现盗气行时触发报警模块，通过报警信号提示用户出现盗气行为。报警信号可以采用 声音、灯光、震动等方式提示。

本实施例的另一个方面，提供一种防止盗气的气体超声流量计，包括上述用于超声 波检测计量装置的防盗气系统。上述实施例中防盗系统，除了可用于气体超声流量计以外，还可用于超声波燃气表。

参照图13、14所示，一种防止盗气的气体超声流量计包括积算仪2(即控制板)、 壳体1、压盖8、阀门、换能器4、超声波测时模块7、温度压力传感器6和电池5；

在壳体1的上部具有敞口状的容置空间，该容置空间位于气道3的上方。压盖8可拆卸式盖于容置空间的开口处，从而形成密封空间。积算仪2设置于压盖8的上方，并 通过压盖8与壳体1连接一体。壳体1上设有气道3，该气道3贯通于壳体1的两端形 成了一直线管路，并在壳体1的两端形成进气口301和出气口302，燃气的流向如图14 箭头所指方向，由进气口301进入，流经直线管路再由出气口302流出。超声波测时模 块7、温度压力传感器6设置于壳体1的容置空间内，其中，超声波测时模块7用于检 测计算超声波顺流和逆流传播的时间。温度压力传感器6的采集部件伸入到下方的气道3内，用于检测气道3内的气体温度和压力。换能器4的探头设置在气道3内，用于检 测燃气传播时间；换能器4的输出端与超声波测时模块7的输入端连接，用于将测量的 数据反馈至超声波测时模块7。压盖8、超声波测时模块7和温度压力传感器6位于气 道3的上方。

参照图2所示，积算仪2的内部结构包括MCU、电源及检测模块、数据存储模块、 显示模块、物联网通讯模块、RS485通讯模块、温压测量模块、安全功能模块、阀控模 块和卡控模块等。

参照图7所示为温压测量模块的电路图，温压测量模块的输入端、输出端与MCU的输出端、输入端连接，用于测量温度和压力。

参照图9所示为RS485通讯模块的电路图，RS485通讯模块的输入端、输出端与 MCU的输出端、输入端连接。

超声波测时模块7的流量测量原理为：燃气在气体超声流量计的气道3内进行传输， 气道3两侧装配两对超声波换能器探头(上游换能器、下游换能器)，换能器探头分别在第一检测模式下、第二检测模式下进行检测燃气传播时间，换能器探头的输出端与超 声波测时模块7的输入端连接，用于将分别在第一检测模式下、第二检测模式下测量的 燃气传播时间反馈至超声波测时模块7；超声波测时模块7的输出端与积算仪2的输入 端连接，将超声波顺流和逆流传播的时间反馈至积算仪2，通过积算仪2计算出气体流 速和体积流量；积算仪2分别得到在第一检测模式和第二检测模式下的燃气的瞬时流量 值；并将获取的第一检测模式与第二检测模式下的瞬时流量值进行比较，当两者的差值 大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断 为用户未出现盗气行为；

积算仪2可以通过超声波测时模块7控制换能器探头工作在第一检测模式和第二检 测模式下：第一检测模式下，超声波测时模块7测量流经气道3内燃气的瞬时流量的频率低；相反，第二检测模式下，超声波测时模块7测量瞬时流量的频率高。超声波测时 模块7与积算仪2为串口连接，换能器4的第一检测模式、第二检测模式下受积算仪2 控制，当积算仪2通过超声波测时模块7切换超声波探头的工作模式时，只需要通过串 口发送一条有效的命令即可。

一般情况下，超声波测时模块7工作在第一检测模式下。当控制板的MCU预判用户有疑似盗气行为发生时，控制板首先记录第一正常模式下测时模块检测到的瞬时流量值，然后，控制板的MCU切换超声波测时模块7的工作模式，使其工作在第二检测模式，再 次记录超声波测时模块7检测到的瞬时流量值。对比两次测量返回的结果数值，当两者 的差值超过一定范围，控制板会认为用户有盗气行为，同时给出相应报警。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，包括：

超声波测时模块，用于检测计算超声波顺流和逆流传播的时间；

所述超声波测时模块包括第一检测模式和第二检测模式，在所述第二检测模式下检测频次高于所述第一检测模式下，且所述第二检测模式的检测频次高于电磁阀开关的切换频率；

控制板，所述控制板包括MCU、电源及检测模块、数据存储模块和显示模块；

所述MCU用于分别获取在所述第一检测模式和所述第二检测模式下的燃气的瞬时流量值，并将两者进行比较，当两者的差值大于设定阈值时，判断为用户出现盗气行为；当两者的差值小于所述设定阈值时，判断为用户未出现盗气行为；

所述MCU用于读取所述超声波测时模块检测的时间，计算出所述瞬时流量值，得到气体流速和体积流量；

所述数据存储模块，用于显示计量数据；

所述电源及检测模块，用于提供电源及电源电压的检测；

所述数据存储模块，用于保存计量数据、修正系数、工作状态，所有数据交叉备份保存，保证数据的可追溯性。

2.根据权利要求1所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，

所述控制板还包括：安全功能模块，用于检测异常流量，所述异常流量是指超大、超小流量及恒流超时使用，保证装置的使用安全性。

3.根据权利要求1所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，所述控制板还包括：

-物联网通讯模块，所述物联网通讯模块为无线通讯模块，可无线远程控制阀门和调整价格；

-所述卡控模块，用于预付费。

4.根据权利要求2所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，所述安全功能模块还包括泄漏报警模块，用于检测管路内是否发生泄漏并发出报警信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，还包括预判模块，用于检测管路中压力波动和/或震感判断用户是否出现疑似盗气行为；通过所述预判模块触发所述MCU进行判断用户是否出现盗气行为。

6.根据权利要求1所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，还包括定时检测模块，用于定时启动所述MCU进行判断用户是否出现盗气行为，实现定时检测的功能。

7.根据权利要求1所述的一种用于超声波检测计量装置的防盗气系统，其特征在于，还包括报警模块，用于发出报警信号，通过报警信号提示用户出现盗气行为。

8.一种防止盗气的气体超声流量计，其特征在于，包括所述权利要求1-6中任一项所述用于超声波检测计量装置的防盗气系统。

9.根据权利要求8所述的一种防止盗气的气体超声流量计，其特征在于，

还包括壳体、压盖、换能器、超声波测时模块、温度压力传感器、电池和控制板；

所述壳体的上部具有敞口状的容置空间，所述容置空间位于所述气道的上方；

所述壳体上设有所述气道，所述气道贯通于所述壳体的两端形成了一直线管路，并在所述壳体的两端形成进气口和出气口，燃气由所述进气口进入，流经所述直线管路由所述出气口流出；

所述压盖设置于所述容置空间的上方，与所述壳体可拆卸式连接为一体；

所述换能器的探头设置于所述气道内，用于检测燃气的瞬时流速；

所述控制板设置于所述压盖的上方；

所述超声波测时模块、所述温度压力传感器设置于所述容置空间内；

所述温度压力传感器的采集部件从所述壳体内伸出至所述气道内。

Images