CN203615979U - 基于能量计量的燃气计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于能量计量的燃气计量装置，包括提供电能的电源单元和微处理器，微处理器连接通过有线或无线方式接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，微处理器还连接有数据采集单元。本实用新型燃气计量装置，微处理器接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，并根据天然气组分、天然气的体积流量或质量流量，测算出天然气的能量，实现能量计量，实现一种新的计量方式，且该计量方式更合理，更加准确。

Description

基于能量计量的燃气计量装置

技术领域

本实用新型涉及燃气计量技术领域，特别是一种基于能量计量的燃气计量装置。

背景技术

天然气是清洁、高效能源，因此越来越多的城镇居民使用天然气。燃气表是计量用户燃气使用量的设备。目前的天然气计量装置，家庭用燃气表（皮模表）都是计量工况（实际工作时的情况）条件下的体积流量，然而由于天然气的可压缩性，在不同的温度和压力情况下的体积计量是不同的，导致燃气计量不准确。目前的工商业用户采用流量计与体积修正仪配合使用，把天然气的体积都转换到一个标准状态下（在中国是一个标准大气压，101.325KPa和20摄氏度）,这样就解决了体积流量可变导致计量不准确的问题，便于相关各方进行贸易结算。

用户使用燃气的目的是获取热能，如果按照使用的热能多少来支付燃气使用费用显得更合理。然而目前燃气公司按体积来收费，由于天然气的组成成分复杂，不同时间不同来源的天然气的组成成分不同，每种成分的含量也差别较大，由于每种成分的发热量不一样，因此，即使在标准状况下的同样体积的天然气，由于组分的不同，天然气的发热量也是不一样的。因此根据燃气体积来计量也是不够准确的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所存在的按照体积进行燃气计量存在计量不准确的不足，提供一种基于能量计量的燃气计量装置。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种基于能量计量的燃气计量装置，包括提供电能的电源单元，还包括微处理器，所述微处理器连接通过有线或无线方式接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，微处理器还连接有数据采集单元。

进一步的，所述数据采集单元包括用于实时采集天然气的压力的压力传感器、用于实时采集天然气的温度的温度传感器、用于计量实际温度和压力下的天然气体积用量的体积流量计数单元；所述压力传感器、温度传感器、体积流量计数单元分别与微处理器连接。

优选的，上述基于能量计量的燃气计量装置还包括数据远传单元，所述数据远传单元与微处理器连接。设置数据远传单元，按照设定周期（例如30天）将超声波燃气表计量的用户燃气用量数据通过数据远传单元直接传输至燃气公司的监控终端，避免了抄表员去每个用户家里现场抄表，减少抄表员的工作量。

优选的，上述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的振动传感器。设置振动传感器，用于检测基于能量计量的燃气计量装置的抖动强度，当抖动强度达到设定值时，微处理器控制阀门关闭，避免地震时的强烈振动威胁用气安全。

优选的，上述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的声光报警单元。根据压力传感器检测的气体压力变化可判断是否有燃气泄漏，如果检测到有燃气泄漏，则通过声光报警单元发出报警信号。进一步优选的，上述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的GSM/GPRS单元。设置GSM/GPRS单元，当检测到有燃气泄漏，在报警单元发出报警信号的同时，微处理器还通过GSM/GPRS单元向用户的手机终端发送短消息，及时告知用户有燃气泄漏的信息。

优选的，所述气相色谱分析仪设置于燃气管道的总输入口处，气相色谱分析仪通过有线或无线网络连接数据远传单元。作为另一种实施方式，所述气相色谱分析仪设置于所述基于能量计量的燃气计量装置中，气相色谱分析仪通过I²C总线或485总线或串口或网络接口连接微处理器。

作为另一种实施方式，所述数据采集单位为用于计量天然气质量流量的质量流量计数单元，所述质量流量计数单元与微处理器连接。

优选的，所述数据采集单元还包括用于实时检测天然气压力的压力传感器，所述压力传感器与微处理器连接，微处理器还连接有声光报警单元

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

本实用新型基于能量计量的燃气计量装置，微处理器接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，并根据天然气组分测算出天然气的体积发热量或质量发热量，数据采集单元采集天然气的体积流量或质量流量，微处理器根据体积发热量和体积流量得到天然气的能量，或根据质量发热量和质量流量得到天然气的能量，能够实现基于能量计量，提供了一种新计量方式的燃气计量装置，而且结构简单。

附图说明：

图1为实施例1中所述基于能量计量的燃气计量装置的结构组成框图。

图2为实施例2中所述基于能量计量的燃气计量装置的结构组成框图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

参考图1，本实施例提供的一种基于能量计量的燃气计量装置，包括微处理器和数据采集单元，数据采集单元包括体积流量计数单元、压力传感器和温度传感器，压力传感器、体积流量计数单元和温度传感器均通过I/O接口与微处理器连接。微处理器还通过无线或有线方式接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据。本实施例中，气相色谱分析仪采用基于MEMS（微机电系统）的气相色谱分析仪，体积小，气相色谱分析仪通过I²C总线或485总线或串口或网络接口与微处理器连接。如果燃气计量装置中设置有数据远传单元与微处理器连接，那么气相色谱分析仪还可通过数据传输单元将天然气组分数据传输至微处理器连接，气相色谱分析仪安装于（一个居民小区）燃气管道总输入口处。当然的，燃气计量装置还包括电源单元、操作按钮和显示屏，电源单元为整个燃气计量装置提供电能，操作按钮用于在需要手动输入数据时进行数据输入，显示屏用于显示计量结果，操作按钮可嵌入显示屏中组成触控屏。

气相色谱分析仪测量天然气的组成成分（即组分），然后通过485总线或串口或网络传输至微处理器，压力传感器用于采集天然气的压力，温度传感器用于实时采集温度，体积流量计数单元计量实际温度和压力（工况）下的天然气体积用量。利用现有的能量确定方法，微处理器根据输入的数据确定出燃气能量，完成能量计量。当然，也可以采用下面的能量确定方法得到天然气能量，完成能量计量。

首先，根据实际压力P_t（绝对压力，单位Kpa）和实际温度T_t（单位为摄氏度）测算计量参比条件下的压缩因子Z_mix。压缩因子Z_mix的计算方法请参见本申请人于2013年7月15日提交的中国发明专利申请《一种天然气的气体流量计算方法》，公开号为103335682A，申请号为201310301786.6，此处不作细述。

然后，根据天然气的组分，确定将天然气视作理想气体时，计量参比条件温度t₂、压力p₂下单位体积的天然气，在燃烧参比条件温度t₁、压力p₁下的体积发热量 ${\tilde{H}}^0[t_1,V(t_2,p_2)],$ ${\tilde{H}}^0\[t_1,V(t_2,p_2)]=\underset{j=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j\·{\tilde{H}}_j^0[t_1,V(t_2,p_2)],$ 其中， ${\tilde{H}}_j^0[t_1,V(t_2,p_2)]$ 为天然气作为理想气体时，燃烧参比温度t₁下天然气中组分j的体积发热量，其值为已知的，可以通过已有的公开资料查表得到；x_j为天然气中组分j的摩尔分数，由气相色谱分析仪测量得到；N为天然气的组分数量，即天然气由N个组分组成。燃烧参比条件取t₁为20℃，压力p₁为一个标准大气压。计量参比条件取t₂为20℃，压力p₂为一个标准大气压。再根据天然气作为理想气体时的体积发热量，确定真实情况下天然气的真实体积发热量 $\tilde{H}[t_1,V(t_2,p_2)],$ $\tilde{H}[t_1,V(t_2,p_2)]=\frac{{\tilde{H}}^0[t_1,V(t_2,p_2)]}{Z_{\mathrm{mix}}(t_2,p_2)}.$

然后，将工况下的天然气用量V_t转换为标况（大气压为101.325Kpa，温度为20摄氏度）下的流量V_n，V_n=V_t·P_t/P_标·(273.15+T_标)/(273.15+T_t)·F_Z ²，式中，

为超压缩因子，Z_n为标况下的压缩因子，Z_g为工况下的压缩因子。将工况下的天然气用量V_t转换为标准状况下的流量V_n的具体方法请参见本申请人于2013年7月15日提交的中国发明专利申请《一种天然气的气体流量计算方法》，公开号为103335682A，申请号为201310301786.6，此处不作细述。最后根据确定出天然气的能量。

作为进一步优选的实施方式，本实施例基于能量计量的燃气计量装置还包括数据远传单元，声光报警单元，振动传感器和GSM/GPRS单元，数据远传单元、声光报警单元、振动传感器和GSM/GPRS单元均与微处理器连接。微处理器按照设定周期（例如30天）将燃气计量装置的用户燃气用量数据通过数据远传单元直接传输至燃气公司的监控终端，避免了抄表员去每个用户家里现场抄表，减少抄表员的工作量。针对预缴费的用户，燃气公司也可通过数据远传单元向燃气计量装置发送用户余额信息，并通过显示屏显示，以提醒用户及时缴费充值。数据远传单元的实现方式为有线或无线方式，有线方式例如通过M-bus总线进行远传，无线方式例如无线网卡实现无线网络传输。压力传感器用于实时检测天然气的压力，由此可获悉气体压力变化，从而判断是否有燃气泄漏（气体压力过大或在不使用燃气的时间段检测到有气压变化，可判定为燃气泄露），如果检测到有燃气泄漏，则通过声光报警单元发出报警信号，同时，微处理器通过GSM/GPRS单元（GSM/GPRS无线MODEM）向用户的手机终端发送短消息，及时告知用户有燃气泄漏的信息。振动传感器用于检测燃气计量装置的抖动强度，当抖动强度达到设定值时，微处理器控制阀门关闭，避免地震时的强烈振动威胁用气安全。

实施例2

参考图2，本实施例提供的一种基于能量计量的燃气计量装置，包括提供电能的电源单元、微处理器和数据采集单元，所述数据采集单元为质量流量计数单元，质量流量计数单元用于计量天然气质量用量。燃气管道的总输入口处设置有气相色谱分析仪，微处理器还连接有数据远传单元，微处理器通过数据远传单元接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据。通过此种方式接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，采用一个气相色谱分析仪在燃气管道总输入口处即可，避免了在每个燃气计量装置上设置气相色谱分析仪对每个用户的天然气组分进行测量，节省了气相色谱分析仪设备的使用数量，在实现基于能量计量的情况下还节省成本。

利用现有的能量确定方法，微处理器根据天然气的组分和质量流量确定出燃气能量，完成能量计量。当然，也可以采用下面的能量确定方法得到天然气能量，完成能量计量。

微处理器根据天然气的组分测算天然气的质量发热量

${\hat{H}}^0\left(t_1\right)={\stackrel{\‾}{H}}^0\left(t_1\right)/M,$ $M=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left(x_j{M}_j\right),$ ${\stackrel{\‾}{H}}^0\left(t_1\right)=\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}[x_j\·{\stackrel{\‾}{H}}^0\left(t_1\right)],$ 其中，M_j为天然气中组分j的摩尔质量，为天然气作为理想气体时，在燃烧参比温度t₁下组分j的摩尔发热量；并将天然气的质量发热量传输至燃气计量装置。质量流量计数单元计量天然气的质量流量V_m，微处理器最后根据天然气的质量发热量和天然气质量流量，确定出燃气能量E，

完成能量计量。

作为进一步优选的实施方式，本实施例基于能量计量的燃气计量装置还包括压力传感器，声光报警单元，振动传感器和GSM/GPRS单元，压力传感器、声光报警单元、振动传感器和GSM/GPRS单元均与微处理器连接。压力传感器用于实时检测天然气的压力，由此可获悉气体压力变化，从而判断是否有燃气泄漏（气体压力过大或在不使用燃气的时间段检测到有气压变化，可判定为燃气泄露），如果检测到有燃气泄漏，则通过声光报警单元发出报警信号，同时，微处理器通过GSM/GPRS单元向用户的手机终端发送短消息，及时告知用户有燃气泄漏的信息。振动传感器用于检测燃气计量装置的抖动强度，当抖动强度达到设定值时，微处理器控制阀门关闭，避免地震时的强烈振动威胁用气安全。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于能量计量的燃气计量装置，包括提供电能的电源单元，其特征在于，还包括微处理器，所述微处理器通过有线或无线方式接收气相色谱分析仪传输的天然气组分数据，微处理器还连接有数据采集单元；所述气相色谱分析仪设置于所述基于能量计量的燃气计量装置中，气相色谱分析仪通过I2C总线或485总线或串口或网络接口连接微处理器。 

2.根据权利要求1所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述数据采集单元包括用于实时采集天然气的压力的压力传感器、用于实时采集天然气的温度的温度传感器、用于计量实际温度和压力下的天然气体积用量的体积流量计数单元；所述压力传感器、温度传感器、体积流量计数单元分别与微处理器连接。 

3.根据权利要求2所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的声光报警单元。 

4.根据权利要求1所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述数据采集单元为用于计量天然气质量流量的质量流量计数单元，所述质量流量计数单元与微处理器连接。 

5.根据权利要求4所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述数据采集单元还包括用于实时检测天然气压力的压力传感器，所述压力传感器与微处理器连接，微处理器还连接有声光报警单元。 

6.根据权利要求2或4所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的振动传感器。 

7.根据权利要求2或4所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述基于能量计量的燃气计量装置还包括与微处理器连接的GSM/GPRS单元。 

8.根据权利要求2或4所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述基于能量计量的燃气计量装置还包括数据远传单元，所述数据远传单元与微处理器连接。 

9.根据权利要求8所述的基于能量计量的燃气计量装置，其特征在于，所述气相色谱分析仪设置于燃气管道的总输入口处，气相色谱分析仪通过有线或无线网络连接数据远传单元。 

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