CN112432687A - 一种燃气表实流检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃气表实流检测系统及检测方法，气源经缓冲阀门组连至低压储气罐，低压储气罐通过管路连接防爆真空泵、换向阀门组、活塞压力平衡器和双腔活塞流量发生器工作组，管路上设置多个控制通断的气控阀，换向阀门组连接被检表工作台。本发通过增加防爆真空泵和低压储气罐，在仅使用1倍整个系统容积气体条件下就可以完成整个气体置换过程；通过增加压力平衡活塞，使用动态调节检测回路体积的方式，稳定了检测过程中的压力；采用两组不同大小的双腔活塞流量发生器，在保证检测结果的准确性的前提下，扩大了检测范围；通过增加红外光通讯接口，使装置可以快速读取被检表的瞬时流量输出，减少了等待累计体积量的时间，提高了检测效率。

Description

一种燃气表实流检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种燃气表实流检测系统及检测方法。

背景技术

随着电子技术的发展，以超声波燃气表、热式质量燃气表为代表的新型电子式燃气表开始慢慢崭露头角，并逐步走向家用燃气表市场。与传统皮膜燃气表相比，这类电子式燃气表又称速度式燃气表，它们能够直接计算出气体流量，具有结构简单，无机械传动部分,不受机械磨损影响等优点。同时，超声波燃气表原理中涉及的关键参数（声速）、热式燃气表原理中涉及的关键参数（比热容）都与气体的成分有关。在研究电子式燃气表中，探究气体组分对其计量的影响是一个无法回避问题因此，迫切需要一种可以进行实流检测的系统和方法。

但是，想要进行实气流量检测，就不得不面对两个关键的技术难题：安全性与准确性。所谓安全性，就是指如何保证在使用可燃气体的情况下，保证检测过程安全进行；所谓准确性，就是指如何保证在检测结果的准确。

首先，关于安全性的考量。由于检测过程中涉及可燃气体，而一般燃烧的三要素包括可燃物、助燃剂以及温度达到燃烧点，三者缺一不可。因此，理论上来说，只要助燃剂的含量足够低，就不会发生燃烧或爆炸。目前已公开的技术方案也是采用这种策略，即：测试前先通过惰性气体对检测系统的空气进行气体置换，使检测系统中的氧气含量远远低于检测气体的极限氧浓度；然后再用检测气体对检测系统中的惰性气体进行气体置换，从而保证了检测过程的安全性。

以专利号为CN106338322A的技术文件为例，该方案以氮气为惰性气体，天然气为检测气体，其气体置换流程具体如下：先向储气罐充入氮气来降低氧气含量，然后再用双腔活塞移动进行排气，重复充气、排气若干次后，完成氮气对空气的置换。上述过程中，氮气用量是整个系统容积的二至五倍。同理，用天然气对氮气进行置换，先向储气罐充入天然气来降低氮气含量，然后再用双腔活塞移动进行排气，重复充气、排气若干次后，完成天然气对氮气的置换。上述过程中，天然气用量也是整个系统容积的二至五倍。

虽然上述技术方案可以实现气体置换从而保证检测过程对安全性，但是缺点也很明显，就是整个置换过程中用气量非常巨大。按照其正文实施例中的描述，进行一次气体置换需要整个系统容积3倍的氮气和整个系统容积3倍天然气。

同时，该技术方案还有一个隐藏的缺陷就是没有考虑到批量检测过程中被检燃气表更换的问题。被检燃气表更换过程涉及被检表拆卸与安装，容易使管路中的气体外漏，同时换表后也会向管路中引入氧气。为了避免造成安全隐患，换表前后都应该要进行气体置换。但是，按照上述技术方案，由于双腔活塞和储气罐都需要参与气体置换过程，因此每次换表需要整个系统重新置换氮气和天然气，无法重复使用。对于批量检测，被检表更换是非常频繁的。这样不仅使被检表的检测成本提高，同时产生大量的废气难以处理，容易产生安全隐患。

第二点，关于准确性的考量。由于双腔活塞不仅做为气路的一环，同时也作为标准流量的发生装置，如果检测过程中压力不稳定，就会造成检测过程中的流量不稳定，给检测结果带来误差，最终影响检测结果的准确性。因此，检测过程必须保证压力稳定。

同样以专利号为CN106338322A的技术文件为例，该技术方案以储气罐向活塞补气的方式，实现了活塞左腔与右腔零压差，其补气具体流程如下：正向工作时，步进电机驱动双腔活塞右移，右腔内天然气经过换向阀组、被检表回流左腔，同时检测过程中储气罐通过单向阀门向左腔补气。反向工作时，步进电机驱动双腔活塞左移，左腔内天然气经过换向阀组、被检表回流右腔，同时检测过程中储气罐通过单向阀门向右腔补气。

上述技术方案是通过补气的方式进行压力平衡，其本质是给活塞额外增加了一个推力，用来补偿活塞运行中的压力损失。但是，由于检测过程是在密闭循环管道中进行，每次检测中的补气都会导致最终管道整体压力上升，因而无法保证检测环境的重复性。更重要的是，这种方式在运行一段时间后，由于之前的补气会使管道整体压力增加，进而使得活塞在换向过程中难以改变流体的流向，造成活塞启动变慢，甚至产生一定的脉动流量。因此，这种以储气罐向活塞补气进行压力平衡的方式容易造成启动阶段流量的不稳定。

同时，该上述技术方案中，活塞流量发生器与被检表之间只有换向阀和管道连接，没有任何气流的缓冲结构。这就造成活塞标准器在启动、换向、停止等操作时带来的流量扰动会直接作用于被检表，使得检测过程中流过被检表的流量也会不稳定，最终给检测结果带来误差，影响检测结果的准确性。

第三点，关于检测量程的考虑。根据活塞流量发生器的原理，其标准流量是通过计算测量时间内活塞装置排出的气体体积得到的：

其中q为标准流量，S为活塞腔体的截面积，L为活塞的运动距离，t为测试时间。如果全流量测试范围内使用同一套活塞，由于活塞腔体的截面积不可变，当检测标准流量q很小的情况下（如：10 L/h以下），会使得活塞运动距离L的变化量非常小，导致活塞运动距离L的测量不确定度大大增加，使得小流量检测结果准确性下降，甚至小流量无法进行检测。

第四点，关于检测效率的考虑。超声波燃气表、热式质量燃气表本身就是速度式燃气表，可以输出瞬时流量。但是，由于目前大部分检测装置获取被检表的流量是通过计算测试时间内的累计体积量获得，即：

其中q’为被检表流量，N为累计脉冲数，P为脉冲当量，即单位脉冲对应的体积量，t为测试时间。为避免脉冲采样引起的误差，脉冲数必须保持一定的量。以16 L/h流量为例，假设脉冲当量为10 L/plus，检测1个脉冲的时间就至少需要2250s，这使得小流量点的检测时间非常长，降低了检测效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种燃气表实流检测系统及检测方法的技术方案。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于包括气源、缓冲阀门组、低压储气罐、防爆真空泵、气控阀、换向阀门组、被检表工作台、活塞压力平衡器、双腔活塞流量发生器工作组和连接各个部件的管路，气源经缓冲阀门组连至低压储气罐，低压储气罐通过管路连接防爆真空泵、换向阀门组、活塞压力平衡器和双腔活塞流量发生器工作组，管路上设置多个控制通断的气控阀，换向阀门组连接被检表工作台，被检表工作台上设置多组被检表。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述气源包括工作气气源和保护气气源，工作气气源为天然气，保护气气源为氮气，工作气气源和保护气气源设置在防爆气柜中，工作气气源和保护气气源分别通过相应的缓冲阀门组连接低压储气罐。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述换向阀门组用于切换进气方向，换向阀门组包括四个气控阀，其中两个配合用于左进气被检表，另外两个配合用于右进气被检表。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述被检表工作台用于采集测试过程中被检表流量、温度和压力，被检表工作台的左进气管和右进气管上都装有温度变送器和压力变送器，用于采集被检表温度参数和压力参数，被检表工作台的每个工位的进出气口均设有差压变送器和红外光通讯接口，红外光通讯接口与被检燃气表每一秒钟通讯一次，能够快速获得被检表的瞬时流量。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述活塞压力平衡器由活塞、丝杠、活塞腔体和电机组成，活塞压力平衡器与气控阀连接，气控阀另一端连接在整体系统管路上，通过控制伺服电机转动，从而驱动丝杠带动活塞前进或后退，进而调整活塞腔体与整体系统管路连接部分的体积腔大小，使双腔活塞流量发生器运行中的压力平衡。

所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述双腔活塞流量发生器工作组用于产生标准流量，双腔活塞流量发生器工作组包括100L双腔活塞流量发生器和20L双腔活塞流量发生器，每个双腔活塞流量发生器都是由活塞、丝杠、活塞腔体、温度变送器、压力变送器和伺服电机组成，活塞腔体都被活塞分为左腔和右腔，左腔为回收腔，右腔为工作腔，温度变送器和压力变送器安装在回收腔上，用于采集双腔活塞流量发生器检测过程中的温度参数和压力参数；每套双腔活塞流量发生器的进出气口都设置有气控阀，检测过程中根据检测的流量大小，选择其中一个双腔活塞流量发生器接入测试回路。

所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于包括气体置换流程、检测流程和换表流程,气体置换流程将测试管路内充入实验用气体，然后执行检测流程，检测过程中，根据检测流量切换100L双腔活塞流量发生器和20L双腔活塞流量发生器，同时活塞压力平衡器工作，使检测中的压力平衡，红外光通信接口与被检表通讯，快速获得被检表瞬时流量；接着根据是否需要换表进行选择，如果不需要换表，则检测结束，如果需要换表，则进入换表流程；换表流程通过吹扫防止天然气在卸表时的逸散，换表后进行气体置换，换表流程结束后，重复上述流程。

所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述气体置换流程包括氮气置换空气和天然气置换氮气。

所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述检测流程分为100L双腔活塞流量发生器工作与复位和20L双腔活塞流量发生器工作与复位两部分，其中100L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以上的大流量，20L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以下的小流量；检测过程中，采用红外光通讯接口与被检表通讯，能够快速读取被检表瞬时流量。

所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述换表流程包括卸表前氮气置换天然气以及换表后氮气置换空气和天然气置换氮气。

本发明的优点：

1）为克服当前技术的不足，通过增加防爆真空泵和低压储气罐，在仅使用1倍整个系统容积气体条件下就可以完成整个气体置换过程；同时，调整了管路和阀门，使得批量检测换表时，得以保留活塞腔体和储气罐中的气体，减少了废气的产生，保证了安全的同时还降低了检测成本；

2）为克服当前技术的不足，通过增加压力平衡活塞，使用动态调节检测回路体积的方式，稳定了检测过程中的压力；同时在被检表前增加了储气罐，稳定了检测过程中流过被检表的流量，使得检测结果的更加准确；

3）为克服当前技术的不足，采用两组不同大小的双腔活塞流量发生器，使得大流量检测使用大双腔活塞流量发生器，小流量检测使用小双腔活塞流量发生器，在保证检测结果的准确性的前提下，扩大了检测范围；

4）为克服当前技术的不足，通过增加红外光通讯接口，使装置可以快速读取被检表的瞬时流量输出，减少了等待累计体积量的时间，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明在气体置换时第一次抽真空示意图；

图3为本发明在气体置换时充氮气示意图；

图4为本发明在气体置换时第二次抽真空示意图；

图5为本发明在气体置换时充天然气示意图；

图6为本发明在检测过程100L双腔活塞流量发生器工作示意图；

图7为本发明在检测过程100L双腔活塞流量发生器复位示意图；

图8为本发明在检测过程20L双腔活塞流量发生器工作示意图；

图9为本发明在检测过程20L双腔活塞流量发生器复位示意图；

图10为本发明在换表流程卸表前置换天然气示意图；

图11为本发明在换表流程中抽真空示意图；

图12为本发明在换表流程中充氮气示意图；

图13为本发明的检测流程图；

图中：气源1、氮气气源2、天然气气源3、调压阀4、截止阀5、热交换器6、缓冲阀门组7、调压阀8、截止阀9、热交换器10、缓冲阀门组11、低压天然气罐12、低压氮气罐13、防爆真空泵14、换向阀门组15、被检表工作台左进气管16、被检表工作台右进气管17、被检表工作台18、活塞压力平衡器活塞19、活塞压力平衡器丝杠20、活塞压力平衡器活塞腔体21、活塞压力平衡器伺服电机22、活塞压力平衡器23、双腔活塞流量发生器工作组24、20L双腔活塞流量发生器左腔25、20L双腔活塞流量发生器活塞26、20L双腔活塞流量发生器右腔27、20L双腔活塞流量发生器丝杠28、20L双腔活塞流量发生器伺服电机29、100L双腔活塞流量发生器左腔30、100L双腔活塞流量发生器活塞31、100L双腔活塞流量发生器右腔32、100L双腔活塞流量发生器丝杠33、100L双腔活塞流量发生器伺服电机34、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F3、气控阀F4、气控阀F5、气控阀F6、气控阀F7、气控阀F8、气控阀F9、气控阀F10、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17、三通T0、三通T1、三通T2、三通T3、三通T4、三通T5、三通T6、三通T7、四通T8、四通T9。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明：

本发明的气源1包括氮气气源2和天然气气源3，其作用是为系统提供工作气体和保护气体；工作气根据实际需要可以自行选择，本发明选用天然气做为工作气，即工作气气源为天然气气源，保护气一般选择氮气或者氦气，本发明选用氮气做为保护气，即保护气气源为氮气气源，即氮气气源2用作保护气，天然气气源3用作工作气，两者都被放置在防爆气柜中。天然气气源3与缓冲阀门组7的调压阀4连接，氮气气源2与缓冲阀门组11的调压阀8连接。

本发明设有两套相互独立的缓冲阀门组对气源输出的气体进行了缓冲、减压，并将气体温度恢复至室温，保证进入储气罐的气体为常温常压气体。由于气源中的气体是高压气体，后端的储气罐又是低压容器，因此两者之间需要缓冲阀门组进行缓冲。其中一套缓冲阀门组的进气口与天然气气源连接，出气口与低压天然气罐连接；另一套缓冲阀门组的进气口与氮气气源连接，出气口与低压氮气罐连接。每套缓冲阀门组其内部都由一个调压阀、一个热交换器和一个截止阀三者依次串联而成。其中调压阀用于将气源输出的高压气源减压至常压，再由热交换器将减压后的气体从低温恢复至室温，最后通过截止阀控制气体是否输入相应储气罐。具体的，缓冲阀门组7由调压阀4、热交换器6、截止阀5依次串联而成，并与低压天然气罐12连接；缓冲阀门组11由调压阀8、热交换器10、截止阀9依次串联而成，并与低压氮气罐13连接。

本发明的储气罐包括低压天然气罐和低压氮气罐两种。由于本技术方案在气体置换过程中需要抽真空，储气罐作为气路中一环，需要在低压环境中工作，因此采用低压储气罐。低压天然气罐有两个进气口和一个出气口，其中一个进气口与缓冲阀门组连接，另一个进气口和出气口分别与相应气控阀连接。天然气储气罐除了用作储存气体的功能外，作为检测中密封循环回路的一部分，还起到缓冲器的作用。如果没有低压天然气罐作为缓冲器，双腔活塞气体流量发生器运行所排出的气体将直接作用于被检表进气口，导致被检表检测过程中压力波动大，最终使检测过程中流量非常不稳定。因此，提高所述低压天然气罐的容积至双腔活塞气体流量发生器工作组中大活塞腔体体积的3倍，有效缓冲了所述双腔活塞气体流量发生器运行所排出的气体，进而实现检测过程中流过被检表的流量是稳定的。低压氮气罐用于储存氮气，低压氮气罐有一个进气口和一个出气口，其中进气口与缓冲阀门组连接，出气口与控制阀连接。具体的，低压天然气罐12有3个接口，除了与缓冲阀门组7连接外，另外两个接口分别于气控阀F1和气控阀F2连接，其中气控阀F1另一头连接三通T6出气口连接，气控阀F2另一头连接三通T0的进气口连接，低压天然气罐12起到储存天然气的作用。同时，在检测过程中，低压天然气罐12缓冲了双腔活塞流量发生器工作组在启动、运行、换向、停止时产生的流量扰动，使检测过程中流过被检表流量是稳定的。低压氮气罐13起到储存氮气的作用，低压氮气罐13有2个接口，一个接口与缓冲阀门组11连接外，另一个接口与气控阀F3连接，其中气控阀F3另一头连接三通T1进气口。

本发明的防爆真空泵配合气路与阀门，实现了高效的真空气体置换。所谓的真空气体置换，其具体过程如下：先打开所有阀门进行抽真空，使整体系统中气体压力降低到绝对压力2kPa；接着向整体系统充入氮气，使气体压力恢复到绝对压力100kPa；然后，再次抽真空至绝对压力2kPa；最后向整体系统充入天然气，使气体压力恢复到100kPa。这样系统中氧气浓度从置换前的21%降低至置换后的0.0084%，远远低于甲烷中极限氧浓度（LOC）12%，同时氮气和天然气用量仅为1倍的整体系统容积的体积量。同时，兼顾批量检测时的换表需求，通过控制气控阀使被检表工作台与低压天然气储气罐及双腔活塞流量发生器工作组分离，使得换表过程中仅对被检表工作台与连接管路进行气体置换，保留了低压天然气储气罐及双腔活塞流量发生器工作组中的天然气，减少了氮气和天然气的用量。具体的，防爆真空泵14有两个接口，一个接口与大气连接,一个接口与气控阀F4连接，其中气控阀F4另一头与三通T1出气口连接，三通T1最后一个进气口与三通T0的出气口连接。防爆真空泵14用于管路进行气体置换时的抽真空，保证了置换气体的效率，同时，在换表过程中，配合气控阀，实现了保留低压天然气储气罐和双腔活塞流量发生器工作组中的天然气，同时完成了被检表的换表流程，节约了用气量。

本发明的换向阀门组用于切换进气方向，换向阀门组内部包括四个气控阀，其中两个用于左进气被检表，另外两个用于右进气被检表，满足不同进气方向的被检表。具体的，换向阀门组15由气控阀F5、气控阀F6、气控阀F7、气控阀F8与三通T2、三通T3、三通T4、三通T5连接而成，其中三通T2的两个出气口与气控阀5和气控阀7连接，三通T2进气口与三通T0出气口连接；三通T3的两个进气口分别于气控阀F3和气控阀F6连接，三通T3出气口与被检表工作台左进气管16连接；三通T4的出气口与气控阀F7和气控阀F8连接，三通T4的进气口与被检表工作台右进气管17连接；三通T5的进气口与气控阀F6和F8连接，三通T5的出气口与三通T7的进气口连接，三通T7的出气口与气控阀F10连接，其中气控阀F10的另一端与大气连接。

本发明的被检表工作台用于安装被检表，同时采集测试过程中被检表流量、温度和压力等参数。被检表工作台的左进气管和右进气管上都装有温度变送器和压力变送器，用于采集被检表温度参数和压力参数。被检表工作台内部有3工位的工作台，且每个工位的进出气口配有差压变送器和红外光通讯接口，红外光通讯接口与被检燃气表每一秒钟通讯一次，可以快速获得被检表的瞬时流量，节省了等待累计脉冲数的时间，提高检测效率。具体的，被检表工作台18用于安装被检表，并采集检测过程中被检表流量、温度和压力等参数；被检表依次安装，其中第一台被检表的进气口（以左进气被检表为例）与被检表工作台左进气管16连接，最后一台被检表的出气口（左进气被检表为例）与被检表工作台右进气管17连接；被检表工作台左进气管16与被检表工作台右进气管17上都配有温度变送器和压力变送器，用于采集检测过程中流经被检表气体的温度和压力，每个被检表工位上都有差压传感器，用于测量被检表在检测过程中的压力损失；同时每个被检表工位还配有红外光通讯接口，可以读取检测过程中被检表的瞬时流量，实现快速检测。

本发明的活塞压力平衡器用于减小试验过程中双腔活塞流量发生器运行中的压力波动。活塞压力平衡器由活塞、丝杠、活塞腔体和电机组成，活塞压力平衡器与气控阀连接，气控阀另一端连接在整体系统管路上。检测过程中，根据双腔活塞流量发生器运行中的压力变化，通过控制伺服电机转动，从而驱动丝杠带动活塞前进或后退，进而调整活塞腔体与整体系统管路连接部分的体积腔大小，最终实现整体系统双腔活塞流量发生器运行中的压力平衡。与现有技术方案相比，不需要额外向整体双腔活塞流量发生器补气。同时，该方案可以根据双腔活塞流量发生器运行中的压力波动，实时进行调整，即从启动阶段开始就能快速达成压力平衡，使得整个检测过程压力都是稳定的。具体的，活塞压力平衡器23的活塞压力平衡器活活塞腔体21与气控阀F9连接，气控阀F9另一端与三通T6的出气口连接；检测过程中，根据管路中的压力变化，通过控制所述活塞压力平衡器伺服电机22，从而驱动所述活塞压力平衡器丝杠20带动所述活塞压力平衡器活塞19前进或后退，进而调整所述活塞压力平衡器活塞腔体21与整体系统管路连接部分的体积大小，最终实现整体系统管路中的压力平衡。

本发明的双腔活塞流量发生器工作组用于产生标准流量。双腔活塞流量发生器工作组包括有两组套大小不同的双腔活塞流量发生器，每套双腔活塞流量发生器都是由活塞、丝杠、活塞腔体、温度变送器、压力变送器和伺服电机组成。其中100L双腔活塞流量发生器用于大流量的检测，20L小双腔活塞流量发生器用于小流量的检测，每套活塞腔体都被活塞分为左腔和右腔，左腔为回收腔，用于回收天然气；右腔为工作腔，内部充满天然气。在检测过程中，控制伺服电机转动，进而驱动丝杠使活塞右移，右腔中的天然气被排出工作腔；排出的天然气在密封循环回路中，经过缓冲器和被检表后，回到左腔后被收集起来，同时温度变送器和压力变送器被安装在回收腔上，用于采集双腔活塞流量发生器检测过程中的温度参数和压力参数。每套双腔活塞流量发生器的进出气口都有气控阀控制，检测过程中根据检测的流量，选择其中一个双腔活塞流量发生器接入测试回路。其中大双腔活塞流量发生器用于大流量（10 L/h以上）的检测，小双腔活塞流量发生器用于小流量（10 L/h以下）的检测，扩大了检测流量的范围。具体的，双腔活塞流量发生器工作组24由20L双腔活塞流量发生器和100L双腔活塞流量发生器两部分组成。其中，20L双腔活塞流量发生器的活塞腔体被20L双腔活塞流量发生器活塞26分为20L双腔活塞流量发生器左腔25和20L双腔活塞流量发生器右腔27两部分，20L双腔活塞流量发生器左腔25通过气控阀F15与四通T8的一端进气口连接，20L双腔活塞流量发生器右腔27通过气控阀F16与四通T9的一端进气口连接，100L双腔活塞流量发生器的活塞腔体被100L双腔活塞流量发生器活塞31分为100L双腔活塞流量发生器左腔30和100L双腔活塞流量发生器右腔32两部分，100L双腔活塞流量发生器左腔30通过气控阀F14与四通T8的一端进气口连接， 100L双腔活塞流量发生器右腔32通过气控阀17与四通T9的一端进气口连接，四通T8的一端出气口通过气控阀F13与四通T9的一端进气口连接，四通T8的另一个出气口通过气控阀F11与三通T7的出气口连接，四通T9的另一个出气口通过气控阀F12与三通T6的进气口连接。当检测流量小于10 L/h时，气控阀F14、气控阀F17关闭，气控阀F15、气控阀F16打开，20L双腔活塞流量发生器启用；当检测流量大于10L/h时，气控阀F14、气控阀F17打开，气控阀F15、气控阀F16关闭，100L双腔活塞流量发生器启用；通过这种方式，可以使小流量检测时活塞的移动距离足够长，其测量不确定度与大流量检测的时候保持一致，扩大了检测范围。

发明的实流检测方法，如附图13所示，一次检测过程可以概括为以下三个步骤：气体置换流程、检测流程和换表流程,检测开始后，首先需要进入气体置换流程保证安全的同时将测试管路内充入实验用气体；然后，执行检测。检测过程中，根据检测流量切换相应的双腔活塞流量发生器；同时活塞压力平衡器工作，使检测中的压力平衡；红外光通信接口与被检表通讯，快速获得被检表瞬时流量，高效获得检测结果。接着，根据是否需要换表进行选择。如果不需要换表，则检测结束；如果需要换表，则进入换表流程。换表流程通过吹扫，防止天然气在卸表时的逸散；同时，换表后进行气体置换，防止氧气的二次引入。另外通过对管路和阀门的切换，在整个换表流程中，天然气储气罐和双腔活塞流量发生器工作组内的天然气都被保留了下来，节约了用气量，避免了废气的产生。换表流程结束后，重新进入上述检测流程。

其中，气体置换流程包括氮气置换空气和天然气置换氮气两份部分；氮气置换空气降低装置内的氧气含量，保证安全；天然气置换氮气，保证测试管道内为实验用气体。

检测流程可以分为100L双腔活塞流量发生器工作与复位，及20L双腔活塞流量发生器工作与复位两部分。其中100L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以上的大流量，20L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以xia的小流量。同时，检测过程中活塞压力平衡器启用，并根据双腔活塞流量发生器中实时的压力波动进行动态调整，减小压力波动。另外，检测过程中，采用红外光通讯接口与被检表通讯，可以快速读取被检表瞬时流量，高效获得检测结果。

换表流程是应对样机更换而引入氧气的处理方式，主要包括卸表前氮气置换天然气，以及换表后氮气置换空气和天然气置换氮气。卸表前氮气置换天然气，防止管路中的天然气由于卸表而逸散的环境中；换表后氮气置换空气，防止氧气混入产生危险；最后天然气置换氮气，保证测试管道内为实验用气体。换表过程中，通过控制气控阀和防爆真空泵，只有被检表工作台及部分管路参与换表流程，保留了天然气储气罐和双腔活塞流量发生器工作组内的天然气。

下面以进气方向为左进气的被检表为例，进行说明：

气体置换流程：

如图2所示，关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F10；打开气控阀F1、气控阀F2、气控阀F3、气控阀F4、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，然后启动防爆真空泵14进行抽真空，当管路气体压力降至绝对压力2kPa后，完成抽真空，同时管路中的绝大部分的氧气也已经被排出。

然后如图3所示，关闭缓冲阀门组7、气控阀F4、气控阀F10，打开缓冲阀门组11、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F3、气控阀F4、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，开始向低压氮气罐和管路充入氮气，当管路气体压力升至100kPa时，停止充入氮气，此时氧气含量为初始管路含量的2%。

如图4所示，关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F3、气控阀F10，打开气控阀F1、气控阀F2、气控阀F4、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，启动防爆真空泵14进行抽真空，当管路气体压力降至绝对压力5kPa后，完成抽真空，同时管路中的剩余的氧气随着氮气一起排出。

再接着如图5所示，关闭缓冲阀门组11、气控阀3、气控阀4、气控阀10，打开缓冲阀门组7、气控阀1、气控阀2、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，向低压天然气罐和管路充入天然气，当管路气体压力升至100kPa时，停止充入天然气，此时氧气含量为初始管路含量的0.04%。

至此完成了整个气体置换流程。这样管路中氧气浓度从置换前的21%降低至置换后的0.0084%，远远低于甲烷的12%极限氧浓度（LOC）。

检测流程：

当检测流量大于10L/h时，如图6所示，100L双腔活塞流量发生器工作，关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F3、气控阀F4、气控阀F10、气控阀F13、气控阀F15、气控阀F16，打开气控阀F1、气控阀F2、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F14、气控阀F17。由于被测表假定为左进气表，因此换向阀门组15中，打开气控阀F5、气控阀F8，关闭气控阀F6、气控阀F7。检测开始后，100L双腔活塞流量发生器伺服电机34按设定值进行转动，驱动100L双腔活塞流量发生器丝杠33带动100L双腔活塞流量发生器活塞31向右移动，100L双腔活塞流量发生器右腔32体积减小，排出天然气，排出的天然气经过气控阀F17、气控阀F12和气控阀F1进入低压天然气罐12，低压天然气罐12从气控阀F1进入的天然气进行缓冲，同时从气控阀F2向换向阀门组15输入天然气。天然气进入换向阀门组15后，由气控阀F6输出至被检表工作台左进气管16，然后进入被检表，并由被检表工作台右进气管17输出回到换向阀门组15，天然气第二次进入换向阀门组15后，由气控阀F8输出，并经过气控阀F11、气控阀F14后，进入100L双腔活塞流量发生器左腔30。

检测流程开始后，活塞压力平衡器23根据双腔活塞流量发生器中实时的压力波动进行动态调整。例如，当双腔活塞流量发生器中压力增加时，活塞压力平衡器伺服电机22转动，驱动活塞压力平衡器丝杠20带动活塞压力平衡器活塞19右移，活塞压力平衡器活塞腔体21与管路连接部分体积增加，从而减小管路中的压力达到平衡。在检测流量达到设定值并稳定后，红外光通讯模块开始与被检表进行通讯，并返回被检表瞬时流量参数。同时温度变送器返回被检表温度参数，压力变送器返回被检表压力参数。

检测流程结束后，如图7所示，100L双腔活塞流量发生器进行复位操作，关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F3、气控阀F4、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F10、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F15、气控阀F16，打开气控阀F13、气控阀F14、气控阀F17。100L双腔活塞流量发生器伺服电机34按设定值进行转动，驱动100L双腔活塞流量发生器丝杠33带动100L双腔活塞流量发生器活塞31向左移动，100L双腔活塞流量发生器左腔30体积减小，排出天然气，排出的天然气经过气控阀F14、气控阀F13后，进入100L双腔活塞流量发生器右腔32；当双腔活塞流量发生器活塞31运动到左侧极限位置后立即停止，此时完成了天然气从100L双腔活塞流量发生器左腔30回到100L双腔活塞流量发生器右腔32，即100L双腔活塞流量发生器复位完成。

同理，当检测流量小于10L/h时，如图8所示，20L双腔活塞流量发生器工作。关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F3、气控阀F4、气控阀F10、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F17，打开气控阀F1、气控阀F2、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F15、气控阀F16。由于被测表假定为左进气表，因此换向阀门组15中，打开气控阀F5、气控阀F8，关闭气控阀F6、气控阀F7。检测开始后，20L双腔活塞流量发生器伺服电机29按设定值进行转动，驱动20L双腔活塞流量发生器丝杠28带动20L双腔活塞流量发生器活塞26向右移动，20L双腔活塞流量发生器右腔27体积减小，排出天然气，排出的天然气经过气控阀F17、气控阀F12和气控阀F1进入低压天然气罐12，低压天然气罐12从气控阀F1进入的天然气进行缓冲，同时从气控阀F2向换向阀门组15输入天然气，天然气进入换向阀门组15后，由气控阀F6输出至被检表工作台左进气管16，然后进入被检表，并由被检表工作台右进气管17输出回到换向阀门组15，天然气第二次进入换向阀门组15后，由气控阀F8输出，并经过气控阀F11、气控阀F14后，进入20L双腔活塞流量发生器左腔25。

检测结束后，如图9所示，20L双腔活塞流量发生器进行复位操作。关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F3、气控阀F4、换向阀门组15、气控阀F9、气控阀F10、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F14、气控阀F17，打开气控阀F13、气控阀F15、气控阀F16。20L双腔活塞流量发生器伺服电机29按设定值进行转动，驱动20L双腔活塞流量发生器丝杠28带动20L双腔活塞流量发生器活塞26向左移动，20L双腔活塞流量发生器左腔25体积减小，排出天然气，排出的天然气经过气控阀F14、气控阀F13后，进入20L双腔活塞流量发生器右腔27，当20L双腔活塞流量发生器活塞26运动到左侧极限位置后立即停止，此时完成了天然气从20L双腔活塞流量发生器左腔25回到20L双腔活塞流量发生器右腔27，即20L双腔活塞流量发生器复位完成。

换表流程：

为防止天然气逸散，同时保留低压天然气罐和双腔活塞流量发生器工作组内的天然气，如图10所示，进行换表流程卸表前置换天然气步骤。关闭缓冲阀门组7、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F4、气控阀F9、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，打开缓冲阀门组11、气控阀F3、换向阀门组15、气控阀F10，然后充入氮气进行对被检表和管路吹扫，目的是排除当前被检表和管段中的天然气，同时保留低压天然气罐和双腔活塞流量发生器工作组内的天然气。这里不采用防爆真空泵直接抽真空的原因，是因为要防止天然气与防爆真空泵中的空气混合产生安全隐患，同时考虑到被检表和管路占系统体积较小，可以采用吹扫的方式排出天然气并完成被检表的更换。

由于在更换被检表之后会引入空气，因此需要重新抽真空。如图11所示，进行换表流程装表后抽真空。关闭缓冲阀门组7、缓冲阀门组11、气控阀1、气控阀2、气控阀3、气控阀9、气控阀F10、气控阀11、气控阀12、气控阀13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，打开气控阀F4、换向阀门组15。然后，启动防爆真空泵14进行抽真空，当管路气体压力降至绝对压力2kPa后，完成抽真空。

抽完真空后，如图12所示，进入换表流程中充氮气步骤。关闭缓冲阀门组7、气控阀F1、气控阀F2、气控阀F4、气控阀F9、气控阀F10、气控阀F11、气控阀F12、气控阀F13、气控阀F14、气控阀F15、气控阀F16、气控阀F17，打开缓冲阀门组11、气控阀F3。换向阀门组15中，打开气控阀F5、气控阀F8，关闭气控阀F6、气控阀F7。然后，向管路充入氮气，当管路气体压力升至100kPa时，停止充入氮气。

最后，再次按照图11所示，进行二次抽真空，当管路气体压力降至绝对压力2kPa后，完成抽真空。最后按照图5所示，向管路充入天然气，当管路气体压力升至100kPa时，停止充入天然气。至此，完成这个换表流程。

Claims (10)

1.一种燃气表实流检测系统，其特征在于包括气源、缓冲阀门组、低压储气罐、防爆真空泵、气控阀、换向阀门组、被检表工作台、活塞压力平衡器、双腔活塞流量发生器工作组和连接各个部件的管路，气源经缓冲阀门组连至低压储气罐，低压储气罐通过管路连接防爆真空泵、换向阀门组、活塞压力平衡器和双腔活塞流量发生器工作组，管路上设置多个控制通断的气控阀，换向阀门组连接被检表工作台，被检表工作台上设置多组被检表。

2.根据权利要求1所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述气源包括工作气气源和保护气气源，工作气气源为天然气，保护气气源为氮气，工作气气源和保护气气源设置在防爆气柜中，工作气气源和保护气气源分别通过相应的缓冲阀门组连接低压储气罐。

3.根据权利要求1所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述换向阀门组用于切换进气方向，换向阀门组包括四个气控阀，其中两个配合用于左进气被检表，另外两个配合用于右进气被检表。

4.根据权利要求1所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述被检表工作台用于采集测试过程中被检表流量、温度和压力，被检表工作台的左进气管和右进气管上都装有温度变送器和压力变送器，用于采集被检表温度参数和压力参数，被检表工作台的每个工位的进出气口均设有差压变送器和红外光通讯接口，红外光通讯接口与被检燃气表每一秒钟通讯一次，能够快速获得被检表的瞬时流量。

5.根据权利要求1所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述活塞压力平衡器由活塞、丝杠、活塞腔体和电机组成，活塞压力平衡器与气控阀连接，气控阀另一端连接在整体系统管路上，通过控制伺服电机转动，从而驱动丝杠带动活塞前进或后退，进而调整活塞腔体与整体系统管路连接部分的体积腔大小，使双腔活塞流量发生器运行中的压力平衡。

6.根据权利要求1所述的一种燃气表实流检测系统，其特征在于所述双腔活塞流量发生器工作组用于产生标准流量，双腔活塞流量发生器工作组包括100L双腔活塞流量发生器和20L双腔活塞流量发生器，每个双腔活塞流量发生器都是由活塞、丝杠、活塞腔体、温度变送器、压力变送器和伺服电机组成，活塞腔体都被活塞分为左腔和右腔，左腔为回收腔，右腔为工作腔，温度变送器和压力变送器安装在回收腔上，用于采集双腔活塞流量发生器检测过程中的温度参数和压力参数；每套双腔活塞流量发生器的进出气口都设置有气控阀，检测过程中根据检测的流量大小，选择其中一个双腔活塞流量发生器接入测试回路。

7.一种燃气表实流检测方法，其特征在于包括气体置换流程、检测流程和换表流程,气体置换流程将测试管路内充入实验用气体，然后执行检测流程，检测过程中，根据检测流量切换100L双腔活塞流量发生器和20L双腔活塞流量发生器，同时活塞压力平衡器工作，使检测中的压力平衡，红外光通信接口与被检表通讯，快速获得被检表瞬时流量；接着根据是否需要换表进行选择，如果不需要换表，则检测结束，如果需要换表，则进入换表流程；换表流程通过吹扫防止天然气在卸表时的逸散，换表后进行气体置换，换表流程结束后，重复上述流程。

8.根据权利要求7所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述气体置换流程包括氮气置换空气和天然气置换氮气。

9.根据权利要求7所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述检测流程分为100L双腔活塞流量发生器工作与复位和20L双腔活塞流量发生器工作与复位两部分，其中100L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以上的大流量，20L双腔活塞流量发生器工作和复位用于检测10L/h以下的小流量；检测过程中，采用红外光通讯接口与被检表通讯，能够快速读取被检表瞬时流量。

10.根据权利要求7所述的一种燃气表实流检测方法，其特征在于所述换表流程包括卸表前氮气置换天然气以及换表后氮气置换空气和天然气置换氮气。

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