CN112229471B - 压力调整型天然气表及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力调整型天然气表，包括壳体，壳体内设置有计量机芯，壳体的外壁设置有计量视窗；计量视窗内设置有齿轮调速机构，齿轮调速机构的输入轴连接计量机芯，还包括压力调整计量装置，压力调整计量装置包括计算显示装置，旋转编码器以及压力检测装置，齿轮调速机构连接旋转编码器，旋转编码器记录天然气的体积用量V1，压力检测装置检测天然气实际压力P1，计算显示装置包括微处理器和数码显示器，微处理器获取体积用量V1和天然气实际压力P1，将其换算成标准天然气压力P0的体积用量V2，通过数码显示器显示体积用量V2。本发明能够根据天然气的实际压力调整计量数据，使天然气表的检测数据更加准确。
Description
技术领域
本发明涉及天然气计量技术领域，特别是涉及一种压力调整型天然气表及其控制方法。
背景技术
现有家庭管道天然气的额定压力一般为2000PA，市政管道中压一般是经楼栋调压箱调压之后，一般在1500～3000PA之间波动，由于燃气公司计算家用天然气价格是以体积用量进行计算的，供气压力设置越高，供销差越大，对燃气公司不利；供气压力设置越低，对家庭用户不利，压力过小，还会导致烹饪时间过长，耗气量反而增加。
并且，由于整栋楼层均采用一根较粗的集中管道与天然气公司的管道进行连接，当多数居民同时用气时，家庭供气端的压力较低，会向下波动，当少数居民同时用气时，家庭供气端的压力较高，会向上波动。
现有的天然气表通常包括壳体，所述壳体内设置有计量机芯，所述计量机芯又设置有薄膜驱动机构、叶轮、传动机构。所述壳体的外壁设置有透明的计量视窗；所述计量视窗内设置有齿轮调速机构，机械式计数器。
现有技术的缺陷是：由于燃气公司计算家用天然气价格是以体积用量进行计算的，受上述两个压力因素波动的影响较大，造成居民的体积用气量与实际用气量存在较大的差异，使天然气的用气量计费不够精准。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明的目的是提供一种压力调整型天然气表及其控制方法，能够根据天然气的实际压力调整计量数据，使天然气表的检测数据更加准确。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种压力调整型天然气表，包括壳体，所述壳体内设置有计量机芯，所述壳体的外壁设置有透明的计量视窗；所述计量视窗内设置有齿轮调速机构，齿轮调速机构的输入轴连接计量机芯，其关键在于，还包括压力调整计量装置，所述压力调整计量装置包括计算显示装置，旋转编码器以及压力检测装置，所述齿轮调速机构的输出轴连接所述旋转编码器，旋转编码器用于测量齿轮调速机构输出轴的转动圈数发送给微处理器，微处理器将其转换成天然气的体积用量V1，压力检测装置设置于壳体上用于检测壳体内的天然气实际压力P1，所述计算显示装置包括微处理器和数码显示器；旋转编码器和压力检测装置连接微处理器，微处理器获取体积用量V1和天然气实际压力P1，将其换算成标准天然气压力P0的体积用量V2，微处理器计算总体积消耗量并通过数码显示器显示总体积消耗量。
该总体积消耗量等于原有的天然气体积消耗量加上体积用量V2，同时微处理器存储该总体积消耗量，便于下一次累计计算天然气的总体积消耗量。
上述结构设置的效果为：旋转编码器将转动圈数发送给微处理器，微处理器内预存有齿轮调速机构的输出轴转动一圈所通过的天然气体积量，乘以齿轮调速机构的输出轴的转动圈数即得体积用量V1；微处理器通过旋转编码器连接齿轮调速机构获取天然气的体积用量V1，通过压力检测装置获取天然气实际压力P1，比如3000PA，然后换算成标准天然气压力P0，比如2000PA的体积用量V2，通过数码显示器显示总体积消耗量。这样，天然气表能够根据天然气的实际压力调整计量数据，使天然气表的检测数据更加准确。
所述壳体的外壁设置有透明的计量视窗；方便读取显示器上的读数。
所述压力检测装置包括磁压力浮动装置和磁感应位置检测装置；
磁压力浮动装置固定在壳体内，设置有随壳体内天然气压力而浮动的磁压力浮子；磁感应位置检测装置固定在壳体外并设置在计量视窗中，磁感应位置检测装置设置有检测磁压力浮子位移的检测管，磁感应位置检测装置将磁压力浮子的位移信号转换成相应的电信号发送给微处理器，微处理器将其电信号转换成天然气实际压力P1。
现有技术中的压力检测装置多采用压力传感器，通过将压力传感器设置于壳体内，通过引线从上述壳体的开孔内引出，连接微处理器，上述结构需要在壳体上开孔并采用密封圈，天长日久，容易造成天然气泄漏，并且压力传感器设置在壳体内，如果压力传感器发生短路，容易产生火花，影响安全。
通过上述的结构设置，磁压力浮子将壳体内天然气压力变换转换成位移信号，壳体外的磁感应位置检测装置将磁压力浮子的位移信号转换成相应的电信号发送给微处理器，微处理器将其电信号转换成天然气实际压力P1。不需要在壳体上开孔，减少天然气泄漏，也更加安全。
所述磁压力浮动装置包括可随压力左右伸缩的气囊，气囊中充有压力为P3的氮气，气囊的一端固定在壳体的内壁上，气囊的另一端连接有磁压力浮子，磁压力浮子由磁铁制成，在气囊中沿着气囊的伸缩方向设置有内套筒和外套筒，外套筒的一端固定在气囊的一端内壁，外套筒的另一端开口，内套筒的一端固定在气囊的另一端内壁一端并与磁压力浮子固连，内套筒的另一端插入外套筒的开口，内套筒的另一端还经复位弹簧连接外套筒的底部；
检测管固定在壳体的外壁上，靠近磁压力浮子并与磁压力浮子的移动方向一致，检测管内沿着磁压力浮子的移动方向设置有至少两个干簧开关，干簧开关连接有单片机，单片机将干簧开关的信号转换成相应的电信号发送给微处理器。
通过上述的结构设置，气囊中充有压力为P3的氮气，该压力P3通常可设置为一个标准大气压，当气囊外的天然气压力P1发生变化时，会导致气囊内的压力发生变化，外面天然气压力P1变大时，气囊内气体体积减小，压力变大，内套筒向外套筒内滑动，内套筒带动磁压力浮子向靠近外套筒的方向移动；外面天然气压力P1变小时，气囊内气体体积增加，压力变小；内套筒向外套筒外滑动，内套筒带动磁压力浮子向远离外套筒的方向移动；达到压力平衡。
磁压力浮子浮动时，触发检测管内的干簧开关，通过不同位置的干簧开关给单片机信号，单片机将干簧开关的信号转换成相应的电信号发送给微处理器，微处理器再将其转换成对应的压力信号。
所述气囊的一端固定在壳体的内壁上，气囊的另一端远离壳体的内壁；所述壳体拉伸有凹槽，凹槽的方向与气囊的伸缩方向一致，凹槽中设置所述检测管。
通过上述的结构设置，所述检测管设置于凹槽中，远离计量视窗的外表面，干簧开关不容易受到外界磁信号的干扰。
所述壳体设置有进气嘴和出气嘴，计量机芯连接所述进气嘴，所述出气嘴设置有电磁阀，所述电磁阀连接微处理器，当P1<P2时，P2为天然气的最小压力阈值，控制电磁阀关闭，微处理器还连接有蜂鸣器，微处理器控制蜂鸣器发出报警信号。
计量机芯设置有进气口，通过进气口连接所述进气嘴，P2为天然气的最小压力阈值，比如可选1000Pa,当天然气压力小于1000Pa时，即影响做饭，又会导致天然气表的计量不够准确，通过上述结构设置，微处理器判断P1<P2时，控制电磁阀关闭，微处理器还连接有蜂鸣器，微处理器控制蜂鸣器发出报警信号。
一种压力调整型天然气表的控制方法，其关键在于：包括如下步骤：
步骤A：微处理器通过旋转编码器获取测量齿轮调速机构输出轴的转动圈数；
步骤B：微处理器将齿轮调速机构输出轴的转动圈数转换成天然气的体积用量V1；
步骤C：微处理器获取压力检测装置检测的天然气实际压力P1；
步骤D：微处理器采用如下公式(1)计算体积用量V2；
步骤E：微处理器计算总体积消耗量并通过数码显示器显示总体积消耗量。
忽略温度对天然气体积的影响，采用上述公式(1)可计算体积用量V2，使天然气表的计量更加精准。
该总体积消耗量等于原有的天然气体积消耗量加上体积用量V2，同时微处理器存储该总体积消耗量，便于下一次累计计算天然气的总体积消耗量。
所述步骤D中，微处理器通过旋转编码器获取齿轮调速机构的输出轴的转速信号，根据转速信号确定压力波动调节系数λ，根据压力波动调节系数λ调节P1；
采用采用如下公式(2)计算体积用量V2；
由于压力检测装置本身结构的关系，以及计量机芯的薄膜驱动机构和叶轮运动的影响，压力检测装置的检测值与实际压力会有一定的差异，通过上述压力波动调节系数λ调节P1，使压力的检测更加准确。压力波动调节系数λ根据压力比如2000Pa、2100Pa、2200Pa、2300Pa……,转速10转、20转、30转、40转……时，通过试验测定。
显著效果:本发明提供了一种压力调整型天然气表及其控制方法，能够根据天然气的实际压力调整计量数据，使天然气表的检测数据更加准确。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为壳体的局部剖视图；
图3为压力检测装置的第一种结构图；
图4为压力检测装置的第二种结构图；
图5为压力检测装置的第三种结构图；
图6为微处理器的电路模块图；
图7为微处理器的电路结构图；
图8为单片机的电路模块结构图；
图9为本发明的方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图9所示，一种压力调整型天然气表，包括壳体1，所述壳体1内设置有计量机芯2，所述壳体1的外壁设置有透明的计量视窗3；所述计量视窗3内设置有齿轮调速机构4，齿轮调速机构4的输入轴连接计量机芯2，其关键在于，还包括压力调整计量装置5，所述压力调整计量装置5包括计算显示装置51，旋转编码器52以及压力检测装置53，所述齿轮调速机构4的输出轴连接所述旋转编码器52，旋转编码器52用于测量齿轮调速机构4输出轴的转动圈数发送给微处理器511，微处理器511将其转换成天然气的体积用量V1，压力检测装置53设置于壳体1上用于检测壳体1内的天然气实际压力P1，所述计算显示装置51包括微处理器511和数码显示器512；旋转编码器52和压力检测装置53连接微处理器511，微处理器511获取体积用量V1和天然气实际压力P1，将其换算成标准天然气压力P0的体积用量V2，微处理器511通过数码显示器512显示总体积消耗量。
该总体积消耗量等于原有的天然气体积消耗量加上体积用量V2，同时微处理器511存储该总体积消耗量，便于下一次累计计算天然气的总体积消耗量。
计算显示装置51和旋转编码器52均设置于计量视窗3内。
上述结构设置的效果为：微处理器511通过旋转编码器52连接齿轮调速机构4获取天然气的体积用量V1，通过压力检测装置53获取天然气实际压力P1，比如3000PA，然后换算成标准天然气压力P0，比如2000PA的体积用量V2，通过数码显示器512显示总体积消耗量。这样，天然气表能够根据天然气的实际压力调整计量数据，使天然气表的检测数据更加准确。
如图1所示，所述壳体1的外壁设置有透明的计量视窗3；方便读取显示器512上的读数。微处理器511设置有电源513。
优选的，所述壳体1的外壁还设置有可以打开的防尘盖，所述防尘盖罩住计量视窗3，可以减小计量视窗3表面的油污，影响抄表员读数。
如图2所示，所述壳体1内设置有计量机芯2，所述计量机芯2又设置有薄膜驱动机构21、叶轮22、传动机构23。薄膜驱动机构21驱动叶轮22转动，叶轮22转动驱动传动机构23转动，传动机构23带动壳体1外的齿轮调速机构4转动。
所述压力检测装置53包括磁压力浮动装置531和磁感应位置检测装置532；
磁压力浮动装置531固定在壳体1内，设置有随壳体1内天然气压力而浮动的磁压力浮子5312；磁感应位置检测装置532固定在壳体1外并设置在计量视窗3中，磁感应位置检测装置532设置有检测磁压力浮子5312位移的检测管5321，磁感应位置检测装置532将磁压力浮子5312的位移信号转换成相应的电信号发送给微处理器511，微处理器511将其电信号转换成天然气实际压力P1。
现有技术中的压力检测装置53多采用压力传感器，通过将压力传感器设置于壳体1内，通过引线从上述壳体1的开孔内引出，连接微处理器511，上述结构需要在壳体1上开孔并采用密封圈，天长日久，容易造成天然气泄漏，并且压力传感器设置在壳体1内，如果压力传感器发生短路，容易产生火花，影响安全。
通过上述的结构设置，磁压力浮子5312将壳体1内天然气压力变换转换成位移信号，壳体1外的磁感应位置检测装置532将磁压力浮子5312的位移信号转换成相应的电信号发送给微处理器511，微处理器511将其电信号转换成天然气实际压力P1。不需要在壳体1上开孔，减少天然气泄漏，也更加安全。
所述磁压力浮动装置531包括可随压力左右伸缩的气囊5311，气囊5311中充有压力为P3的氮气，气囊5311的一端固定在壳体1的内壁上，气囊5311的另一端连接有磁压力浮子5312，磁压力浮子5312由磁铁制成，在气囊5311中沿着气囊5311的伸缩方向设置有内套筒5313和外套筒5314，外套筒5314的一端固定在气囊5311的一端内壁，外套筒5314的另一端开口，内套筒5313的一端固定在气囊5311的另一端内壁一端并与磁压力浮子5312固连，内套筒5313的另一端插入外套筒5314的开口，内套筒5313的另一端还经复位弹簧5315连接外套筒5314的底部；
检测管5321固定在壳体1的外壁上，靠近磁压力浮子5312并与磁压力浮子5312的移动方向一致，检测管5321内沿着磁压力浮子5312的移动方向设置有至少两个干簧开关，干簧开关连接有单片机，单片机将干簧开关的信号转换成相应的电信号发送给微处理器511。
通过上述的结构设置，气囊5311中充有压力为P3的氮气，该压力P3通常可设置为一个标准大气压，当气囊5311外的天然气压力P1发生变化时，会导致气囊5311内的压力发生变化，外面天然气压力P1变大时，气囊5311内气体体积减小，压力变大，内套筒5313向外套筒5314内滑动，内套筒5313带动磁压力浮子5312向靠近外套筒5314的方向移动；外面天然气压力P1变小时，气囊5311内气体体积增加，压力变小；内套筒5313向外套筒5314外滑动，内套筒5313带动磁压力浮子5312向远离外套筒5314的方向移动；达到压力平衡。
磁压力浮子5312浮动时，触发检测管5321内的干簧开关，通过不同位置的干簧开关给单片机信号，单片机将干簧开关的信号转换成相应的电信号发送给微处理器511，微处理器511再将其转换成对应的压力信号。
如图4所示，气囊5311可由薄壁的橡胶制成；如图3所示，也可以由薄壁的弹性钢材制成，设置成可以伸缩的波浪形碟片。
如图3所示，所述气囊5311设置有两个端板，所述气囊5311的一端固定在壳体1的内壁上，气囊5311的另一端远离壳体1的内壁；所述壳体1拉伸有凹槽13，凹槽13的方向与气囊5311的伸缩方向一致，凹槽13中设置所述检测管5321。
通过上述的结构设置，所述检测管5321设置于凹槽13中，远离计量视窗3的外表面，干簧开关不容易受到外界磁信号的干扰。
如图4所示，所述检测管5321固定设置于壳体1的外壁，该种方式不需要在壳体1的外壁加工凹槽13。
如图5所示，所述气囊5311设置有两个端板，其中一个端板连接壳体1的内壁，另一端板连接磁压力浮子5312，与该端板相配合的有一滑动套筒5316，滑动套筒5316设置有气孔。
所述壳体1设置有进气嘴11和出气嘴12，计量机芯2连接所述进气嘴11，所述出气嘴12设置有电磁阀121，所述电磁阀121连接微处理器，当P1<P2时，P2为天然气的最小压力阈值，控制电磁阀121关闭，微处理器还连接有蜂鸣器，微处理器控制蜂鸣器发出报警信号。
计量机芯2设置有进气口，通过进气口连接所述进气嘴11，P2为天然气的最小压力阈值，比如可选1000Pa,当天然气压力小于1000Pa时，即影响做饭，又会导致天然气表的计量不够准确，通过上述结构设置，微处理器判断P1<P2时，控制电磁阀121关闭，微处理器还连接有蜂鸣器，微处理器控制蜂鸣器发出报警信号。
如图8所示，微处理器、单片机可采用STM8单片机。
所述壳体1可由普通碳素钢、不锈钢、铝合金等材料制成。
压力检测装置53还可以采用PT124B-210压力传感器，安装在壳体1上。旋转编码器52可采用FCL系列磁电式单圈绝对值旋转编码器。
一种压力调整型天然气表的控制方法，其关键在于：包括如下步骤：
步骤A：微处理器511通过旋转编码器52获取测量齿轮调速机构4输出轴的转动圈数；
微处理器511间隔时间t0计算转动圈数，间隔时间t0预先设定在微处理器511之中；
步骤B：微处理器511将齿轮调速机构4输出轴的转动圈数转换成天然气的体积用量V1；
齿轮调速机构4输出轴转动一圈产生的天然气体积通过试验测定，并存储在微处理器511中，体积用量V1等于齿轮调速机构4输出轴的转动圈数乘以齿轮调速机构4输出轴转动一圈产生的天然气体积；
步骤C：微处理器511获取压力检测装置53检测的天然气实际压力P1；
步骤D：微处理器511采用如下公式(1)计算体积用量V2；
步骤E：微处理器511计算总体积消耗量并通过数码显示器512显示总体积消耗量。
忽略温度对天然气体积的影响，采用上述公式(1)可计算体积用量V2，使天然气表的计量更加精准。
该总体积消耗量等于原有的天然气体积消耗量加上体积用量V2，同时微处理器511存储该总体积消耗量，便于下一次累计计算天然气的总体积消耗量。
所述步骤D中，微处理器511通过旋转编码器52获取齿轮调速机构4的输出轴的转速信号，根据转速信号确定压力波动调节系数λ，根据压力波动调节系数λ调节P1；
采用采用如下公式(2)计算体积用量V2；
由于压力检测装置53本身结构的关系，以及计量机芯2的薄膜驱动机构和叶轮运动的影响，压力检测装置53的检测值与实际压力会有一定的差异，通过上述压力波动调节系数λ调节P1，使压力的检测更加准确。压力波动调节系数λ根据压力比如2000Pa、2100Pa、2200Pa、2300Pa……,转速10转、20转、30转、40转……时，通过试验测定。
最后，需要注意的是：以上列举的仅是本发明的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种压力调整型天然气表，包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置有计量机芯(2)，所述壳体(1)的外壁设置有透明的计量视窗(3)；所述计量视窗(3)内设置有齿轮调速机构(4)，齿轮调速机构(4)的输入轴连接计量机芯(2)，其特征在于，还包括压力调整计量装置(5)，所述压力调整计量装置(5)包括计算显示装置(51)，旋转编码器(52)以及压力检测装置(53)，所述齿轮调速机构(4)的输出轴连接所述旋转编码器(52)，旋转编码器(52)用于测量齿轮调速机构(4)输出轴的转动圈数发送给微处理器(511)，微处理器(511)将其转换成天然气的体积用量V1，压力检测装置(53)设置于壳体(1)上用于检测壳体(1)内的天然气实际压力P1，所述计算显示装置(51)包括微处理器(511)和数码显示器(512)；旋转编码器(52)和压力检测装置(53)连接微处理器(511)，微处理器(511)获取体积用量V1和天然气实际压力P1，将其换算成标准天然气压力P0的体积用量V2，微处理器(511)计算总体积消耗量并通过数码显示器(512)显示总体积消耗量；
所述压力检测装置(53)包括磁压力浮动装置(531)和磁感应位置检测装置(532)；
磁压力浮动装置(531)固定在壳体(1)内并设置有随壳体(1)内天然气压力而浮动的磁压力浮子(5312)；磁感应位置检测装置(532)固定在壳体(1)外并设置在计量视窗(3)中，磁感应位置检测装置(532)设置有检测磁压力浮子(5312)位移的检测管(5321)，磁感应位置检测装置(532)将磁压力浮子(5312)的位移信号转换成相应的电信号发送给微处理器(511)，微处理器(511)将其电信号转换成天然气实际压力P1；
所述磁压力浮动装置(531)包括可随压力左右伸缩的气囊(5311)，气囊(5311)中充有压力为P3的氮气，气囊(5311)的一端固定在壳体(1)的内壁上，气囊(5311)的另一端连接有磁压力浮子(5312)，磁压力浮子(5312)由磁铁制成，在气囊(5311)中沿着气囊(5311)的伸缩方向设置有内套筒(5313)和外套筒(5314)，外套筒(5314)的一端固定在气囊(5311)的一端内壁，外套筒(5314)的另一端开口，内套筒(5313)的一端固定在气囊(5311)的另一端内壁一端并与磁压力浮子(5312)固连，内套筒(5313)的另一端插入外套筒(5314)的开口，内套筒(5313)的另一端还经复位弹簧(5315)连接外套筒(5314)的底部；
检测管(5321)固定在壳体(1)的外壁上，靠近磁压力浮子(5312)并与磁压力浮子(5312)的移动方向一致，检测管(5321)内沿着磁压力浮子(5312)的移动方向设置有至少两个干簧开关，干簧开关连接有单片机，单片机将干簧开关的信号转换成相应的电信号发送给微处理器(511)；
磁压力浮子浮动时，触发检测管内的干簧开关，通过不同位置的干簧开关给单片机信号。
2.根据权利要求1所述的压力调整型天然气表，其特征在于：所述气囊(5311)的一端固定在壳体(1)的内壁上，气囊(5311)的另一端远离壳体(1)的内壁；所述壳体(1)拉伸有凹槽(13)，凹槽(13)的方向与气囊(5311)的伸缩方向一致，凹槽(13)中设置所述检测管(5321)。
3.根据权利要求1所述的压力调整型天然气表，其特征在于：所述壳体(1)设置有进气嘴(11)和出气嘴(12)，计量机芯(2)连接所述进气嘴(11)，所述出气嘴(12)设置有电磁阀(121)，所述电磁阀(121)连接微处理器，当P1<P2时，P2为天然气的最小压力阈值，控制电磁阀(121)关闭，微处理器还连接有蜂鸣器，微处理器控制蜂鸣器发出报警信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的压力调整型天然气表的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A：微处理器(511)通过旋转编码器(52)获取测量齿轮调速机构(4)输出轴的转动圈数；
步骤B：微处理器(511)将齿轮调速机构(4)输出轴的转动圈数转换成天然气的体积用量V1；
步骤C：微处理器(511)获取压力检测装置(53)检测的天然气实际压力P1；
步骤D：微处理器(511)采用如下公式(1)计算体积用量V2；
步骤E：微处理器(511)计算总体积消耗量并通过数码显示器(512)显示总体积消耗量。
5.根据权利要求4所述的压力调整型天然气表的控制方法，其特征在于：所述步骤D中，微处理器(511)通过旋转编码器(52)获取齿轮调速机构(4)的输出轴的转速信号，根据转速信号确定压力波动调节系数λ，根据压力波动调节系数λ调节P1；
采用采用如下公式(2)计算体积用量V2；
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