CN114018351B - 基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，包括燃气表本体，燃气表本体内设置有两个呈间隔设置的计量箱，两个计量箱内均设置有皮膜，任一所述皮膜均将与之对应的计量箱的内部空间分隔为两个气室；还包括检测装置和处理装置，所述检测装置设置在燃气表本体内，检测装置用于检测两个皮膜的位移量；所处理装置用于将检测装置的检测结果转换为数字计数信号。通过激励线圈与被测金属体的配合，基于电涡流感应原理，通过测量激励线圈等效阻抗的变化来测量皮膜的运动情况，实现了一种无接触式的方式感应附着在皮膜上的被测金属体的位置，有助于减少燃气表的测量误差，进而有助于提高测量准确度和测量精度。

Description

基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统

技术领域

本发明涉及膜式燃气表结构设计技术领域，具体地，涉及一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统。

背景技术

膜式燃气表属于一种容积式机械仪表，由两个容器(计量箱)组成计量系统。每个容器由凹型膜片横隔中间将每个容器分成两个能互补形状的计量室。膜片运动的推动力依靠燃气表进出口处的气体压力差。

在压力差的作用下，膜片产生不断的交替运动，推动两组滑阀把充满计量室内的燃气不断地分隔成单个的计量体积(循环体积)排向出口，传统的膜式燃气表通过机械传动机构与计数器相连，实行对单个计量体积的计数，从而测得流过管道的燃气总量。

现有一种膜式燃气表，如图1所示，燃气表内有两个计量箱，每个计量箱内中心线装有合成橡胶制成的皮膜，将其分隔成两个计量气室。当煤气流过时，皮膜伸缩，因而改变皮膜与计量箱之间的体积，同时推动滑阀盖改变位置。当左滑阀盖右移时，A室进气、B室排气，右滑阀盖在中间，C和D室停止进排气；A室进气后，左滑阀盖左移至中间，右滑阀盖左移，此时D室进气、C室排气，A和B室停止进排气；接着左滑阀盖再左移，右滑阀盖右移至中间，此时B室进气，A室排气，C和D室停止进排气；然后左滑阀盖移至中间，右滑阀盖右移，此时C室进气，D室排气，A和B室停止进排气；这样，一个循环排出两个计量箱体积的煤气，同时曲柄摆动一次，带动计数器的齿轮旋转，计数器的读数即为排出煤气的体积量。

现有的膜式燃气表中由于曲柄摆杆往往是一个整体结构，摆杆两端之间的距离固定且不可调节，导致燃气表的回转体积大小不能调整。在外界环境气温变化的情况下，由于热胀冷缩影响的客观规律的不可避免，需要燃气表的回转体积根据温度变化可以进行调节或补偿。

发明人认为现有技术中的膜式燃气表中带动摆杆的传动机构，会使推动皮膜的气压受到一定损失，造成计量的误差，存在待改进之处。

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基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统。

根据本发明提供的一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统,包括燃气表本体，所述燃气表本体内设置有两个呈间隔设置的计量箱，两个所述计量箱内均设置有皮膜，任一所述皮膜均将与之对应的计量箱的内部空间分隔为两个气室，且任一气室均设置有与燃气表本体内的进排气管道连通的连通口；还包括检测装置和处理装置，所述检测装置设置在燃气表本体内，所述检测装置用于检测两个皮膜的位移量；所述检测装置与处理装置电连接，且所述处理装置用于将检测装置的检测结果转换为数字计数信号。

优选地，所述检测装置包括激励线圈，任一所述皮膜上均设置有被测金属体，所述激励线圈在两个计量箱相互远离的侧面分别设置有一个，且两个所述激励线圈分别与两个计量箱内的皮膜上的被测金属体相对应；当任意所述激励线圈通正弦交变电流时，对应的所述金属体上均产生感应电流。

优选地，所述检测装置包括激励线圈，任一所述皮膜上均设置有被测金属体，所述激励线圈在两个计量箱相互远离的侧面和两个计量箱之间分别设置有一个；位于两个所述计量箱相互远离的侧面的两个激励线圈分别与两个计量箱内的皮膜上的被测金属体相对应，位于两个所述计量箱之间的激励线圈与两个计量箱内的皮膜上的被测金属体相对应；且当任意所述激励线圈通正弦交变电流时，对应的所述金属体上均产生感应电流。

优选地，所述激励线圈与处理装置之间设置有前置器，且所述激励线圈、前置器以及处理装置三者之间通过导线依次电连接。

优选地，所述激励线圈包括PCB板和线圈，所述线圈的两端形成线圈的电流输入端和输出端。

优选地，所述线圈包括平面线圈，所述平面线圈在PCB板上的形状呈螺旋状，且所述平面线圈位于螺旋内部的线头连接有导线，所述导线延伸至平面线圈螺旋的外部并与螺旋外部的线头配合形成平面线圈的电流输入端和输出端。

优选地，所述处理装置包括控制模块，所述控制模块用于同时或分时驱动多个激励线圈产生交变电磁场。

优选地，所述处理装置包括信号处理模块或内置软件，所述信号处理模块或内置软件均用于将检测装置的检测结果转换为方波信号。

优选地，所述信号处理模块包括模拟数字转化器、幅度探测器以及探测电路，所述探测电路与检测装置电连接，且所述探测电路的另一端与幅度探测器连接，所述幅度探测器与模拟数字转化器连接。

优选地，所述探测电路包括具有电阻、电感和电容的电路。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过激励线圈与被测金属体的配合，基于电涡流感应原理，通过测量激励线圈等效阻抗的变化来测量皮膜的运动情况，实现了一种无接触式的方式感应附着在皮膜上的被测金属体的位置，有助于减少燃气表的测量误差，进而有助于提高测量准确度和测量精度；

2、本发明通过在PCB板上安装平面线圈构成激励线圈，一致性好，且随着温度的变化，平面线圈产生热胀冷缩，会有阻抗温度变化的一个效应，利用这种效应，可以取一个平面线圈在平均阻抗变化值，来进行温度测量，有助于提高测量精度；

3、本发明通过处理装置将检测到的激励线圈的等效阻抗转换为数字计数信号，进而能够对皮膜的运动周期和运动幅度进行计量，有助于提高工作人员读数的便捷性。

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为本发明主要体现燃气表本体的剖面结构示意图；

图2为本发明主要体现激励线圈整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现前置器与激励线圈连接结构示意图；

图4为本发明主要体现信号处理模块整体结构的示意图；

图5为本发明主要体现激励线圈在计量过程中的阻抗变化与计数脉冲输出示意图；

图6为本发明主要体现变化例中燃气表本体的剖面结构示意图。

图中所示：

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，包括燃气表本体1、检测装置以及处理装置，燃气表本体1内设置有两个呈间隔设置的计量箱2，两个计量箱2内均安装有皮膜3，任一皮膜3均将与之对应的计量箱2的内部空间分隔为两个气室4，且任一气室4均设置有与燃气表本体1内的进排气管道连通的连通口。检测装置安装在燃气表本体1内，用于检测两个皮膜3的位移量。处理装置与检测装置电连接，用于将检测装置的检测结果转换为数字计数信号。

如图1所示，两个计量箱2内的皮膜3上均紧固安装有被测金属体5，检测装置为激励线圈6，激励线圈6在两个计量箱2相互远离的侧面和两个计量箱2之间分别间隔安装有一个。位于两个计量箱2相互远离的侧面的两个激励线圈6分别与两个计量箱2内的皮膜3上的被测金属体5相对应，位于两个计量箱2之间的激励线圈6与两个计量箱2内的皮膜3上的被测金属体5相对应。

当任意激励线圈6通正弦交变电流时，对应的被测金属体5上均产生感应电流。根据法拉第电磁感应定律，当激励线圈6中通过以正弦交变电流时，激励线圈6周围将产生正弦交变电磁场，在位于该正弦交变电磁场中的被测金属体5能够产生感应电流；该感应电流又产生新的交变磁场，新的交变磁场阻碍原正弦交变电磁场的变化，使得激励线圈6的等效阻抗发生变化。当激励线圈6与被测金属体5间的距离变化时，激励线圈6的受感应电流影响所改变的等效阻抗也会随这变化，等效阻抗的变化可以通过检测激励线圈6的相应的等效电感值、等效电阻值等电学阻抗值来确定。这样就可以用来实现位移和距离测量。

如图1和图2所示，激励线圈6包括PCB板7和线圈，线圈的两端形成线圈的电流输入端和输出端。本申请使用的线圈优选平面线圈8，平面线圈8固定安装在PCB板7上，平面线圈8在PCB板7上的形状呈螺旋状，平面线圈8位于螺旋内部的线头连接有导线，导线延伸至平面线圈8螺旋的外部并与螺旋外部的线头配合形成平面线圈8的电流输入端和输出端。这种线圈不仅成本低，一致性好，而且随着温度的变化，平面线圈8产生热胀冷缩，会有阻抗温度变化的一个效应。利用这种效应，我们可以取一个平面线圈8在平均阻抗变化值，来进行温度测量。

如图1和图3所示，激励线圈6与处理装置之间设置有前置器9，前置器9和处理装置均安装在处理线路板13上，激励线圈6、前置器9以及处理装置三者之间通过导线依次电连接。前置器9中的高频振荡电流通过电缆流入激励线圈6，在激励线圈6中产生交变的磁场。当被测金属体5靠近这一磁场，则在此被测金属体5的表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与激励线圈6方向相反的交变磁场。

由于其反作用，使激励线圈6高频电流的幅度和相位得到改变，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

通常假定被测金属体5的材质均匀且性能是线性和各项同性，则激励线圈6和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率磁导率ξ、尺寸因子τ、激励体线圈与被测金属体5表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用/> 函数来表示。通常我们能做到控制τ,ξ,/>I,ω这几个参数在一定范围内不变，则激励线圈6的特征阻抗Z就成为与距离D相关的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。并通过前置器9电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即激励线圈6与被测金属体5的距离D的变化转化成电压或电流的变化，输出信号的大小随激励线圈6到被测金属体5表面之间的间距而变化。

如图1、图4以及图5所示，处理装置包括控制模块、信号处理模块，控制模块用于同时或分时驱动三个激励线圈6产生交变电磁场，信号处理模块用于将检测装置的检测结果转换为方波信号，信号处理模块包括模拟数字转化器10、幅度探测器11以及探测电路12，探测电路12与检测装置电连接，且探测电路12的另一端与幅度探测器11连接，幅度探测器11与模拟数字转化器10连接。探测电路12包括具有电阻、电感和电容的电路。

如图4所示，提供一种可能的探测电路12，三个激励线圈6通过三个开关分别连到一个驱动电源上，三个开关均由一个脉冲信号控制打开，由于线圈的等效电阻不同，当一个脉冲电压电源接到激励线圈6上，使激励线圈6产生阻尼振荡时，激励线圈6的阻尼振荡幅度受感应的电涡流影响，会出现不同的变化。这时，用相应的幅度探测器11把感应的振荡幅度转换成电平，并用模拟数字转换器转化成变化的数字信号，就可以通过这个数字信号动态去检测皮膜3上的被测金属体5与激励线圈6相对位置的变化。

从原理上讲，皮膜3上的被测金属体5所产生的感应电流，也会随温度变化，从而使激励线圈6的阻抗变化的温度特性也需要把被测金属体5的温度特性考虑进去。最后，通过处理线路板上13的微处理器，可以把温度与皮膜3的运动加以综合计算，最终得出一个比较精确的燃气表气体流量计数值。

变化例

如图6所示，根据本发明提供的一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，两个计量箱2内的皮膜3上均紧固安装有被测金属体5，检测装置为激励线圈6，激励线圈6在两个计量箱2相互远离的侧面分别间隔安装有一个。两个激励线圈6分别与两个计量箱2内的皮膜3上的被测金属体5相对应。

工作原理

通过在计量箱2的侧面加装激励线圈6，在计量箱2内的皮膜3上安装被测金属体5，并使激励线圈6与被测金属体5相对应，当激励线圈6中通过以正弦交变电流时，激励线圈6周围产生正弦交变电磁场，位于该正弦交变电磁场中的金属导体产生感应电流，该感应电流又产生新的交变磁场。新的交变磁场阻碍原正弦交变电磁场的变化，使得激励器线圈的等效阻抗发生变化。当激励线圈6与被测金属体5间的距离变化时，激励线圈6受感应电流影响所改变的等效阻抗也会随之变化，通过对等效阻抗的测量实现位移和距离的测量；以一种无接触的方式感应安装在皮膜3上的被测金属体5的位置，减少了测量误差，提高了测量的准确性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，包括燃气表本体(1)，所述燃气表本体(1)内设置有两个呈间隔设置的计量箱(2)，两个所述计量箱(2)内均设置有皮膜(3)，任一所述皮膜(3)均将与之对应的计量箱(2)的内部空间分隔为两个气室(4)，且任一气室(4)均设置有与燃气表本体(1)内的进排气管道连通的连通口；

还包括检测装置和处理装置，所述检测装置设置在燃气表本体(1)内，所述检测装置用于检测两个皮膜(3)的位移量；

所述检测装置与处理装置电连接，且所述处理装置用于将检测装置的检测结果转换为数字计数信号；

所述检测装置包括激励线圈(6)，任一所述皮膜(3)上均设置有被测金属体(5)，所述激励线圈(6)在两个计量箱(2)相互远离的侧面分别设置有一个，且两个所述激励线圈(6)分别与两个计量箱(2)内的皮膜(3)上的被测金属体(5)相对应；

当任意所述激励线圈(6)通正弦交变电流时，对应的所述被测金属体(5)上均产生感应电流。

2.如权利要求1所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述检测装置包括激励线圈(6)，任一所述皮膜(3)上均设置有被测金属体(5)，所述激励线圈(6)在两个计量箱(2)相互远离的侧面和两个计量箱(2)之间分别设置有一个；

位于两个所述计量箱(2)相互远离的侧面的两个激励线圈(6)分别与两个计量箱(2)内的皮膜(3)上的被测金属体(5)相对应，位于两个所述计量箱(2)之间的激励线圈(6)与两个计量箱(2)内的皮膜(3)上的被测金属体(5)相对应；

且当任意所述激励线圈(6)通正弦交变电流时，对应的所述被测金属体(5)上均产生感应电流。

3.如权利要求2所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述激励线圈(6)与处理装置之间设置有前置器(9)，且所述激励线圈(6)、前置器(9)以及处理装置三者之间通过导线依次电连接。

4.如权利要求2所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述激励线圈(6)包括PCB板(7)和线圈，所述线圈的两端形成线圈的电流输入端和输出端。

5.如权利要求4所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述线圈包括平面线圈(8)，所述平面线圈(8)在PCB板(7)上的形状呈螺旋状，且所述平面线圈(8)位于螺旋内部的线头连接有导线，所述导线延伸至平面线圈(8)螺旋的外部并与螺旋外部的线头配合形成平面线圈(8)的电流输入端和输出端。

6.如权利要求2所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述处理装置包括控制模块，所述控制模块用于同时或分时驱动多个激励线圈(6)产生交变电磁场。

7.如权利要求1所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述处理装置包括信号处理模块或内置软件，所述信号处理模块或内置软件均用于将检测装置的检测结果转换为方波信号。

8.如权利要求7所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述信号处理模块包括模拟数字转化器(10)、幅度探测器(11)以及探测电路(12)，所述探测电路(12)与检测装置电连接，且所述探测电路(12)的另一端与幅度探测器(11)连接，所述幅度探测器(11)与模拟数字转化器(10)连接。

9.如权利要求8所述的基于电涡流感应原理的电子膜式燃气表计量系统，其特征在于，所述探测电路(12)包括具有电阻、电感和电容的电路。