CN213050133U - 一种气体燃料配比装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体燃料配比装置，包括空气管道和装设于空气管道内的流量传感器，流量传感器包括电路板，电路板包括温控电路、热量检测电路、加热元件以及相隔设置的第一测温元件和第二测温元件；加热元件分别与温控电路、热量检测电路电连接；温控电路分别与第一测温元件、第二测温元件电连接且在两者所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件；加热元件靠近第一测温元件且远离第二测温元件；加热元件、第一测温元件和第二测温元件均位于空气管道内。本实用新型不仅能保证天然气的充分燃烧，也能有效降低流量检测的成本。

Description

一种气体燃料配比装置

技术领域

本实用新型涉及流量检测技术领域，特别涉及一种气体燃料配比装置。

背景技术

天然气在进行燃烧时需要通入作为助燃气的空气，而天然气和空气的配比直接影响到天然气是否能充分燃烧，因此，为了保证天然气的充分燃烧，需要流量传感器在空气实时监测空气的实时流量。

流量传感器是一种测定气体流量的传感器，在诸如环境监测、医疗卫生、安全防护以及贸易结算等等应用领域中，实时流量的准确测量都非常的重要。但现有的能达到精确测量的流量传感器的价格较为昂贵，导致在空燃配比这一过程的成本过高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种气体燃料配比装置，不仅能保证天然气的充分燃烧，也能有效降低流量检测的成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种气体燃料配比装置，包括空气管道和装设于所述空气管道内的流量传感器，所述流量传感器包括电路板，所述电路板包括温控电路、热量检测电路、加热元件以及相隔设置的第一测温元件和第二测温元件；

所述加热元件分别与温控电路、热量检测电路电连接；

所述温控电路分别与第一测温元件、第二测温元件电连接且在两者所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件；

所述加热元件靠近第一测温元件且远离第二测温元件；

所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件均位于所述空气管道内。

进一步地，还包括空燃比例控制箱、流量调节机构和天然气管道；

所述空燃比例控制箱分别与空气管道、流量调节机构、流量传感器和天然气管道连接；

所述流量调节机构与所述空气管道的进气口连接。

进一步地，所述流量调节机构包括执行器和开关阀门，所述空燃比例控制箱与所述执行器连接，所述执行器与所述开关阀门连接，所述开关阀门设置在所述空气管道的进气口上。

进一步地，所述热量检测电路包括电流变送器和电压变送器，所述电流变送器与所述加热元件串联，所述电压变送器并联在所述加热元件的两端，所述电流变送器和所述电压变送器的输出端均与所述空燃比例控制箱电连接。

进一步地，所述温控电路包括运算放大器、NPN三极管、分压电阻以及阻值相等的第一电阻和第二电阻；

所述运算放大器的正极端分别与所述第一测温元件的第一端、所述第二测温元件的第一端电连接，所述运算放大器的负极端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端电连接，所述运算放大器的输出端与所述NPN三极管的基极电连接；

所述第一测温元件的第二端、所述第一电阻的第二端和所述加热元件的一端均与供电电压端连接，所述加热元件的另一端与所述NPN三极管的集电极电连接；

所述第二测温元件的第二端与所述分压电阻的第一端电连接，所述分压电阻的第二端、所述第二电阻的第二端和所述NPN三极管的发射极均接地。

进一步地，还包括可调电阻。

进一步地，所述加热元件为加热电阻，所述第一测温元件和所述第二测温元件均为热敏电阻。

进一步地，所述加热元件设置有两个，两个所述加热元件的阻值相等；

所述第一测温元件设置在两个所述加热元件的中间。

进一步地，还包括壳体；

所述电路板上包括所述温控电路和所述热量检测电路的第一部分安装于所述壳体内；

所述电路板上包括所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件的第二部分裸露于所述壳体外且位于所述空气管道内。

进一步地，所述加热元件的外部裹有一层导热胶。

本实用新型的有益效果在于：一种气体燃料配比装置，通过加热元件对第一测温元件进行持续加温，使得第一测温元件的温度升高，直到与第二测温元件所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件，由热量检测电路对这个过程中加热元件的热量进行累计计算；其中，空气管道内的气体在经过加热元件时会带走热量，且气体流量的大小与加热元件损失的热量成比例关系，相当于说，气体流量越大，则加热电阻需要产生更多的热量来使得第一测温元件的温度与第二测温元件的温度差达到预设温度阈值，从而通过加热元件为了保持温度差恒定而所耗费的热量来反映空气管道内的气体流量，以实时调节空气管道内的气体流量来达到最佳空燃配比，从而不仅能保证天然气的充分燃烧，也能有效降低流量检测的成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种气体燃料配比装置的整体连接示意图；

图2为本实用新型实施例的一种气体燃料配比装置的侧面示意图；

图3为本实用新型实施例涉及的流量传感器的模块连接示意图；

图4为本实用新型实施例的流量传感器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的流量传感器的仰视图；

图6为本实用新型实施例的流量传感器的电路示意图。

标号说明：

1、空燃比例控制箱；

2、流量调节机构；21、执行器；22、开关阀门；

3、流量传感器；31、壳体；32、电路板；321、温控电路；322、热量检测电路；323、加热元件；324、第一测温元件；325、第二测温元件；

4、天然气管道；

5、空气管道；

IT、电流变送器；Q1、NPN三极管；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第一加热电阻；R4、第二加热电阻；TR1、第一热敏电阻；TR2、第二热敏电阻；U1、运算放大器；VCC、供电电压端；VR、可调电阻；XT、电压变送器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1至图6，一种气体燃料配比装置，包括空气管道和装设于所述空气管道内的流量传感器，所述流量传感器包括电路板，所述电路板包括温控电路、热量检测电路、加热元件以及相隔设置的第一测温元件和第二测温元件；

所述加热元件分别与温控电路、热量检测电路电连接；

所述温控电路分别与第一测温元件、第二测温元件电连接且在两者所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件；

所述加热元件靠近第一测温元件且远离第二测温元件；

所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件均位于所述空气管道内。

值得说明的是，第一测温元件和第二测温元件在某一流量的测试环境中，为了达到预设温度阈值，根据温控电路对启动和停止这一整个过程中加热元件所产生的热量进行累计计算，得到一个参考的热量数值，由此就可以得到气体流量的大小与加热元件损失的热量之间的比例关系，优选的，可以在无流量的情况进行测量。而在后续进行流量检测时，气体流量越大，对加热元件的散热就越高，这样加热元件为了使得第一测温元件的温度还能与第二测温元件的温度达到预设温度阈值，就需要提供更多的热量，由此，气体的流量不同，为了使得第一测温元件的温度还能与第二测温元件的温度达到预设温度阈值，加热元件所需要提供的热量便不会相同，从而依据热量的变化比例来得到气体流量。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过加热元件对第一测温元件进行持续加温，使得第一测温元件的温度升高，直到与第二测温元件所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件，由热量检测电路对这个过程中加热元件的热量进行累计计算；其中，空气管道内的气体在经过加热元件时会带走热量，且气体流量的大小与加热元件损失的热量成比例关系，相当于说，气体流量越大，则加热电阻需要产生更多的热量来使得第一测温元件的温度与第二测温元件的温度差达到预设温度阈值，从而通过加热元件为了保持温度差恒定而所耗费的热量来反映空气管道内的气体流量，以实时调节空气管道内的气体流量来达到最佳空燃配比，从而不仅能保证天然气的充分燃烧，也能有效降低流量检测的成本。

进一步地，还包括空燃比例控制箱、流量调节机构和天然气管道；

所述空燃比例控制箱分别与空气管道、流量调节机构、流量传感器和天然气管道连接；

所述流量调节机构与所述空气管道的进气口连接。

从上述描述可知，空燃比例控制箱通过对流量传感器所实时采集的损耗热量来得到空气管道内的空气流量，并通过流量调节机构控制空气管道的进气量，从而实现对空气和天然气的精准配比，以保证天然气的充分燃烧。

进一步地，所述流量调节机构包括执行器和开关阀门，所述空燃比例控制箱与所述执行器连接，所述执行器与所述开关阀门连接，所述开关阀门设置在所述空气管道的进气口上。

从上述描述可知，通过执行器控制开关阀门，以控制进气口径，从而达到对助燃气进行流量控制。

进一步地，所述热量检测电路包括电流变送器和电压变送器，所述电流变送器与所述加热元件串联，所述电压变送器并联在所述加热元件的两端，所述电流变送器和所述电压变送器的输出端均与所述空燃比例控制箱电连接。

从上述描述可知，得到加热元件的实时电压和电流，可以求得加热元件的功率，从而得到加热元件在这个过程中所耗费的热量。

进一步地，所述温控电路包括运算放大器、NPN三极管、分压电阻以及阻值相等的第一电阻和第二电阻；

所述运算放大器的正极端分别与所述第一测温元件的第一端、所述第二测温元件的第一端电连接，所述运算放大器的负极端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端电连接，所述运算放大器的输出端与所述NPN三极管的基极电连接；

所述第一测温元件的第二端、所述第一电阻的第二端和所述加热元件的一端均与供电电压端连接，所述加热元件的另一端与所述NPN三极管的集电极电连接；

所述第二测温元件的第二端与所述分压电阻的第一端电连接，所述分压电阻的第二端、所述第二电阻的第二端和所述NPN三极管的发射极均接地。

从上述描述可知，假设供电电压端的供电电压为a，则运算放大器的负极端电压始终为a/2，在刚通电时，由于第二测温元件所在分压支路上有分压电阻，导致运算放大器的正极端电压高于a/2，由运算放大器进行放大电路，导致NPN三极管导通，位于NPN三极管的集电极的加热元件通入电流，开始加热，热量检测电路实时采集加热热量，在加热的过程中，由于加热元件靠近第一测温元件且远离第二测温元件，使得第一测温元件受加热元件的影响不断升温，导致第一测温元件的电阻进行升高，直到和第二测温元件加分压电阻的阻值相等，运算放大器不输出信号，NPN三极管截止，位于NPN三极管的集电极的加热元件便停止加热。其中，不同流量的气体对于加热元件的降温速度或者可以说对于第一测温元件受温度提高而导致的电阻增加速度有影响，从而导致整个过程中加热元件所消耗的热量有所差异，因此，通过所测得的热量就可以测得气体流量。

进一步地，所述分压电阻为可调电阻。

从上述描述可知，当分压电阻为可调电阻时，可以设定两者相差多少温度阈值，这是因为第一测温元件和第二测温元件相差的温度实际上就是对应的电阻差要和分压电阻相等，因此，通过调节分压电阻的阻值，可以对两个测温元件相差的温度阈值进行调节，以适合不同的应用场景。

进一步地，所述加热元件为加热电阻，所述第一测温元件和所述第二测温元件均为热敏电阻。

从上述描述可知，加热电阻和热敏电阻成本较低且实现可靠。

进一步地，所述加热元件设置有两个，两个所述加热元件的阻值相等；

所述第一测温元件设置在两个所述加热元件的中间。

从上述描述可知，两个加热元件位于第一测温元件的两边，保证第一测温元件所测的温度在不同环境下的稳定性。

进一步地，还包括壳体；

所述电路板上包括所述温控电路和所述热量检测电路的第一部分安装于所述壳体内；

所述电路板上包括所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件的第二部分裸露于所述壳体外且位于所述空气管道内。

进一步地，所述加热元件的外部裹有一层导热胶。

从上述描述可知，电路板上包括所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件的第二部分裸露于所述壳体外，使得加热元件直接裸露于外环境中，并在外部涂裹上导热胶，使得既满足导热的需求也起到绝缘的作用。

本实用新型可以应用于任何需要进行需要空燃配比的应用场景，以下结合具体的应用场景进行说明：

请参照图1至图6，本实用新型的实施例一为：

本实施例中将气体燃料配比装置应用到空气和燃气进行配比的应用场景中，以实现空燃配比。

一种气体燃料配比装置，包括空燃比例控制箱1、流量调节机构2、流量传感器3、天然气管道4、空气管道5和装设于空气管道5内的流量传感器3，其中，空燃比例控制箱1分别与空气管道5、流量调节机构2、流量传感器3和天然气管道4连接；流量调节机构2与空气管道5的进气口连接，如图2所示，流量调节机构2包括执行器21和开关阀门22，空燃比例控制箱1与执行器21连接，执行器21与开关阀门22连接，开关阀门22设置在空气管道5的进气口上，空燃比例控制箱1根据空气实时流量，生成控制信号，然后通过执行器21控制开关阀门22，以控制进气口的口径，从而达到对助燃气进行流量控制。

如图3-图5所示，流量传感器3包括壳体31和电路板32，其中，电路板32包括温控电路321、热量检测电路322、加热元件323以及相隔设置的第一测温元件324和第二测温元件325；

在本实施例中，加热元件323包括两个阻值相等的加热电阻，分别为第一加热电阻R3和第二加热电阻R4，第一测温元件324和第二测温元件325均为热敏电阻，分别对应于第一热敏电阻TR1和第二热敏电阻TR2。在其他等同实施例中，加热电阻至少为一个即可，同时，选用不同的测温元件或热敏电阻能够实现上述效果均可。

如图3所示，从电路连接关系上来看，加热元件323分别与温控电路321和热量检测电路322电连接，温控电路321分别与第一测温元件324和第二测温元件325电连接且在两者所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件323，热量检测电路322与空燃比例控制箱1连接，以将信号传送给空燃比例控制箱1进行实时流量的计算。

如图4所示，从结构连接上来看，电路板32上包括温控电路321和热量检测电路322的第一部分安装于壳体31内，电路板32上包括两个加热元件323、第一测温元件324和第二测温元件325的第二部分裸露于壳体31外且位于空气管道5内。其中，裸露于壳体31外的第二部分为平行设置的两个端部，加热元件323和第一测温元件324位于其中一个端部，第二测温元件325位于另外一个端部。如图5所示，第一测温元件324为驾设于两个加热元件323的中间位置，以保证第一测温元件324所测的温度在不同环境下的稳定性，此时，第二测温元件325远离加热元件323。

在本实施例中，加热元件323的外部裹有一层导热胶，使得既满足导热的需求也起到绝缘的作用。

由此，第一测温元件324借助加热元件323进行升温，使得和第二测温元件325达到预设温度阈值时，温控电路321停止对加热元件323的加热，热量检测电路322将加热元件323的功率信号传送给空燃比例控制箱1，以进行空气流量的累计计算，从而由空燃比例控制箱1根据当前流量决定是否调整作为助燃气的空气，在需要调整时，通过执行器21控制开关阀门22，以控制空气管道5的进气量，从而实现对空气和天然气的精准配比，以保证天然气的充分燃烧。

请参照图1至图6，本实用新型的实施例二为：

本实施例和实施例一的应用场景一致，其区别之处在于对温控电路321和热量检测电路322作了进一步的限定，具体如下。

一种气体燃料配比装置，如图6所示，热量检测电路322包括电流变送器IT和电压变送器XT，电流变送器IT与第一加热电阻R3和第二加热电阻R4串联，电压变送器XT并联在第一加热电阻R3和第二加热电阻R4的两端，从而根据第一加热电阻R3和第二加热电阻R4的实时电压和电流来求得第一加热电阻R3和第二加热电阻R4在这个过程中所耗费的热量。

如图6所示，温控电路321包括运算放大器U1、NPN三极管Q1、分压电阻以及阻值相等的第一电阻R1和第二电阻R2；其中，运算放大器U1的正极端分别与第一热敏电阻TR1的第一端、第二热敏电阻TR2的第一端电连接，运算放大器U1的负极端分别与第一电阻R1的第一端、第二电阻R2的第一端电连接，运算放大器U1的输出端与NPN三极管Q1的基极电连接；第一热敏电阻TR1的第二端、第一电阻R1的第二端和第一加热电阻R3的第一端均与供电电压端VCC连接，第一加热电阻R3的第二端与第二加热电阻R4的第一端电连接，第二加热电阻R4的第二端与NPN三极管Q1的集电极电连接；第二热敏电阻TR2的第二端与分压电阻的第一端电连接，分压电阻的第二端、第二电阻R2的第二端和NPN三极管Q1的发射极均接地。

在本实施例中，分压电阻为可调电阻VR，通过调节分压电阻的阻值，可以对两个测温元件相差的温度阈值进行调节，以适合不同的应用场景，比如相差30°，相差20°等等。在其他等同实施例中，此处为固定阻值的电阻也可，只是无法实现温度阈值的调节，但可以实现气体流量检测。

其中，若预设温度阈值为30°，则在没有通入气体的情况下，假设只需要1000J的热量就可以让第一热敏电阻TR1和第二热敏电阻TR2的温度差达到30°，在通入一定流量的气体之后，气体会带走第一加热电阻R3和第二加热电阻R4的加热热量，使得第一热敏电阻TR1需要更多的热量才能升温到和第二热敏电阻TR2相差30°，比如此时是1500J，由此，根据这500J的热量变化按照比例关系换算成气体流量即可。

结合图6可知，供电电压端VCC的供电电压为a，则运算放大器U1的负极端电压始终为a/2，在刚通电时，运算放大器U1的正极端电压高于a/2，由运算放大器U1进行放大电路，导致NPN三极管Q1导通，位于NPN三极管Q1的集电极的第一加热电阻R3和第二加热电阻R4通入电流，开始加热，电流变送器IT和电压变送器XT通过采集对应的电流和电压反馈给PC端，以计算出热量，在加热的过程中，由于第一加热电阻R3和第二加热电阻R4靠近第一热敏电阻TR1，使得第一热敏电阻TR1受第一加热电阻R3和第二加热电阻R4的影响不断升温，导致第一热敏电阻TR1的电阻进行升高，直到和第二热敏电阻TR2加可调电阻VR的阻值相等，运算放大器U1不输出信号，NPN三极管Q1截止，位于NPN三极管Q1的集电极的第一加热电阻R3和第二加热电阻R4便停止加热。

综上所述，本实用新型提供的一种气体燃料配比装置，通过三极管和运算放大器在两个热敏电阻所测温度相差预设温度阈值时停止对加热电阻进行通电加热，通过电流变送器和电压变送器采集的电流和电压来计算出热量，由于气体在经过加热电阻时会带走热量，且气体流量的大小与两个加热电阻损失的热量成比例关系，因此，空燃比例控制箱根据流量传感器所实时采集的损耗热量来得到空气管道内的空气流量，并通过流量调节机构控制空气管道的进气量，从而实现对空气和天然气的精准配比，以保证天然气的充分燃烧；同时，整体实现方案所采用的元器件成本较低，从而不仅能保证天然气的充分燃烧，也能有效降低流量检测的成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种气体燃料配比装置，包括空气管道和装设于所述空气管道内的流量传感器，其特征在于：所述流量传感器包括电路板，所述电路板包括温控电路、热量检测电路、加热元件以及相隔设置的第一测温元件和第二测温元件；

所述加热元件分别与温控电路、热量检测电路电连接；

所述温控电路分别与第一测温元件、第二测温元件电连接且在两者所测温度相差预设温度阈值时停止加热加热元件；

所述加热元件靠近第一测温元件且远离第二测温元件；

所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件均位于所述空气管道内。

2.根据权利要求1所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：还包括空燃比例控制箱、流量调节机构和天然气管道；

所述空燃比例控制箱分别与空气管道、流量调节机构、流量传感器和天然气管道连接；

所述流量调节机构与所述空气管道的进气口连接。

3.根据权利要求2所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述流量调节机构包括执行器和开关阀门，所述空燃比例控制箱与所述执行器连接，所述执行器与所述开关阀门连接，所述开关阀门设置在所述空气管道的进气口上。

4.根据权利要求2所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述热量检测电路包括电流变送器和电压变送器，所述电流变送器与所述加热元件串联，所述电压变送器并联在所述加热元件的两端，所述电流变送器和所述电压变送器的输出端均与所述空燃比例控制箱电连接。

5.根据权利要求1所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述温控电路包括运算放大器、NPN三极管、分压电阻以及阻值相等的第一电阻和第二电阻；

所述运算放大器的正极端分别与所述第一测温元件的第一端、所述第二测温元件的第一端电连接，所述运算放大器的负极端分别与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端电连接，所述运算放大器的输出端与所述NPN三极管的基极电连接；

所述第一测温元件的第二端、所述第一电阻的第二端和所述加热元件的一端均与供电电压端连接，所述加热元件的另一端与所述NPN三极管的集电极电连接；

所述第二测温元件的第二端与所述分压电阻的第一端电连接，所述分压电阻的第二端、所述第二电阻的第二端和所述NPN三极管的发射极均接地。

6.根据权利要求5所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述分压电阻为可调电阻。

7.根据权利要求1所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述加热元件为加热电阻，所述第一测温元件和所述第二测温元件均为热敏电阻。

8.根据权利要求3至7任一所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述加热元件设置有两个，两个所述加热元件的阻值相等；

所述第一测温元件设置在两个所述加热元件的中间。

9.根据权利要求3至7任一所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：还包括壳体；

所述电路板上包括所述温控电路和所述热量检测电路的第一部分安装于所述壳体内；

所述电路板上包括所述加热元件、所述第一测温元件和所述第二测温元件的第二部分裸露于所述壳体外且位于所述空气管道内。

10.根据权利要求9所述的一种气体燃料配比装置，其特征在于：所述加热元件的外部裹有一层导热胶。

Images