CN213842325U

CN213842325U - 天然气测试检定集成系统

Info

Publication number: CN213842325U
Application number: CN202022920344.8U
Authority: CN
Inventors: 张国刚; 刘斌; 庞慧萍
Original assignee: Hohhot China Gas Urban Gas Development Co ltd
Current assignee: Hohhot China Gas Urban Gas Development Co ltd
Priority date: 2020-12-08
Filing date: 2020-12-08
Publication date: 2021-07-30
Anticipated expiration: 2030-12-08

Abstract

一种天然气测试检定集成系统，包括：至少一个快换接头，设置在燃气表输入端和/或输出端，具有主路和支路；检测台，与快换接头的支路联通，检测台上包括用于至少测量流经支路的天然气的第一流量变化的一个或多个测定通道，以及用于测量流经主路的天然气的第二流量变化的燃气表字轮数值读取装置；其中，检测台比较第一流量变化和第二流量变化，如果两者不相等则发出指令修改燃气表的字轮参数以使得两者相等。根据本实用新型实施例的天然气测试检定集成系统，在同一检测台上实现密封性、示值误差和总压力损失检测，且提高了燃气表字轮识别响应速度和精度。

Description

天然气测试检定集成系统

技术领域

本实用新型涉及天然气测试检定领域，特别是涉及一种天然气测试检定集成系统。

背景技术

天然气是存在于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称，主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等。天然气是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较其他燃体而言相对较高。采用天然气作为能源，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染问题；天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100％，减少二氧化碳排放量60％和氮氧化合物排放量50％，并有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应，从根本上改善环境质量。天然气与人工煤气相比，同比热值价格相当，并且天然气清洁干净，能延长灶具的使用寿命，也有利于用户减少维修费用的支出。

随着经济的发展，人民生活水平的提高和环保意识的增强，大部分城市对天然气的需求明显增强，对天然气输送干线和输配系统入户的过程提出了更高的安全要求，在天然气的生产和运输过程中，由于运输系统的结构、生产企业生产工艺的差异、外界的环境影响等因素，易造成天然气成分发生多样化的变化以及输送系统压力、温度的变化，这些变化看似微小，实则对运输要求极高的天然气会产生很大的影响，造成不同程度的危险。

因此，对天然气的组分检测、温度、压力等的测定十分重要，关系到整个运输系统、使用系统的安全。然而，现行的多数天然气检测设备和技术存在反应时间过长、性能不稳定、检测结果不精确等问题，不能很好的满足当下的生产和市场需求。加之随着市场开发力度的不断加大和安全监察形式的不断加强，企业内部输差管理和安全监测及民用天然气的检定要求增加及重要性突显，使得开发新的天然气测试检定技术势在必行。

另一方面，现有的检定系统普遍采用光电采样器对焦燃气表字轮来获取燃气表体积值，该方法对焦燃气表字轮相当麻烦，且存在光电反射容易出现故障的现象，并且燃气表检定精度也不高。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的在于克服以上技术问题，提供一种便捷、高效且高精度的天然气测试检定集成系统。

本实用新型提供了一种天然气测试检定集成系统，包括：

至少一个快换接头，设置在燃气表输入端和/或输出端，具有主路和支路；

检测台，与快换接头的支路联通，检测台上包括用于至少测量流经支路的天然气的第一流量变化的一个或多个测定通道，以及用于测量流经主路的天然气的第二流量变化的燃气表字轮数值读取装置；

其中，检测台比较第一流量变化和第二流量变化，如果两者不相等则发出指令修改燃气表的字轮参数以使得两者相等。

其中，每个测定通道包括检测模块和标准器，检测模块测量天然气的至少压力参数，标准器测量天然气的所述第二流量变化。

其中，燃气表字轮数值读取装置包括安装在检测台上的升降台，与升降台机械和电气连接的机械臂，安装在机械臂远端的摄像头，摄像头捕捉燃气表字轮的图像并识别反映了第二流量变化的燃气表字轮数值。

其中，升降台和机械臂共同构成摄影云台或者是其一部分，摄像头上采用高像素CCD工业相机与工业镜头并配置高速图像处理模块。

其中，摄像头下方进一步包括补光源，用于对采集到的图像通过补光控制模块适时补光照明，进行图像加强、平滑滤波。

其中，当由用户发出检定指令时，检测台使得多个燃气表的各个快换接头同时自动气动夹紧燃气表，燃气表字轮数值读取装置开始依次扫描各个燃气表得到相应的表盘读数。

其中，进一步包括：

第一组传感器，设置在燃气表的输入端和输出端，用于测量流经主路的天然气的第一工况数据，第一工况数据包括压力、温度、湿度、流量的至少一个；

工况仪，设置在燃气表附近，用于从第一组传感器接收第一工况数据，包括压力、温度、湿度、流量的至少一个；

检测台进一步包括工况仪接口，用于从工况仪接收第一工况数据；

检测台的一个或多个测定通道进一步用于测量流经支路的天然气的第二工况数据，第二工况数据包括压力、温度、湿度、流量的至少一个；

控制器，位于检测台上，将第二工况数据与第一工况数据比较，如果两者相等则将第二工况数据存储为最终工况数据，如果两者不相等则调节第一组传感器的工作参数直至两者相等。

其中，燃气表的字轮框周围设置一个或多个定位标记，用于提高摄像头扫描速度或者提高表盘空间的处理精度。

其中，在检测台上的控制器内对标准器输出的流速数据采用动态定点控制检定法进行Qmax、0.2Qmax、Qmin流量点示值误差检定。

其中，快换接头包括三通阀和可插拔的支路用气密接头，在检测台的控制器的控制之下，三通阀可以切换主路和支路导通/截止状态，且支路用气密接头可以自动夹紧。

根据本实用新型实施例的天然气测试检定集成系统，在同一检测台上实现密封性、示值误差和总压力损失检测，且提高了燃气表字轮识别响应速度和精度。

本实用新型所述目的，以及在此未列出的其他目的，在本申请独立权利要求的范围内得以满足。本实用新型的实施例限定在独立权利要求中，具体特征限定在其从属权利要求中。

附图说明

以下参照附图来详细说明本实用新型的技术方案，其中：

图1显示了依照本实用新型实施例的天然气测试检定集成系统的示意性方框图。

具体实施方式

以下参照附图并结合示意性的实施例来详细说明本实用新型技术方案的特征及其技术效果，公开了能有效提高燃气表字轮识别响应速度和精度的天然气测试检定集成系统。需要指出的是，类似的附图标记表示类似的结构，本申请中所用的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等等可用于修饰各种结构。这些修饰除非特别说明并非暗示所修饰结构的空间、次序或层级关系。

如图1所示，根据优选实施例的天然气测试检定集成系统至少包括工况仪和检测台，设置在每个燃气表附近的工况仪与燃气表耦合以实时采集燃气表的压力、温度数据，便携式的检测台则用于在现场对燃气表进行测试检定操作。

对于工况仪而言，设置每只燃气表配备一台工况指示仪对燃气表压力、温度进行实时采集、显示。工况仪具有现场CAN总线接口，能与检测台(特别是检测台上集成的控制器)双向实时通信，传送数据，并能通过触摸屏接收工况仪参数并经由控制器、工况仪接口将这些参数传输至工况仪上以用于初始化设置。工况仪设置在燃气表上或附近，通过无线或有线方式与燃气表耦合，从而读取燃气表的工况数据。燃气表的工况数据由设置在燃气表输入管线处的传感器、和在输出管线处的传感器而检测，这些传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、湿度传感器的至少一个及其组合，工况数据则相应地包括温度、湿度、压力和流量。特别地，在传感器与燃气表之间的燃气表的输入和输出管线处具有快换连接接头(图1中燃气表两侧的T型管线分叉处，未示出其详细视图)，例如是气密的三通阀门与可插拔的支路用气密接头的组合，当三通阀门切换为(图中左右方向)主通路导通而支路截止时传感器正常测量流经燃气表的气流的参数，而当三通阀门切换为主通路截止而支路导通时通过软管(未示出)将气流导向检测台上的标准器以标定测量准确的流速/流量。这种全新设计通过选择气路连接结构与管路所用材料并采用了密封性很好的快换连接接头，大大减小了工作介质流动阻尼，杜绝了泄漏发生的可能，此外拆卸维修也十分方便。

检测台为便携式设备，外壳箱体内包括具备多个可热插拔接口卡槽的底座，和通过可热插拔接口与底座内母板电气连接的多个设备。外壳采用阻燃、抗压的工程塑料或者采用一体成型的铝合金，设置为手提箱形式以便在各个工作现场之间移动。工况仪接口设置在检测台上，例如是现场CAN总线接口，用于从工况仪接收工况数据并向控制器发送。底座和各个设备之间均为快速接头连接，通讯不需要连接电缆，手动拧紧即可实现通讯与压力连接，不需要额外的密封垫或密封材料。

检测模块通过检测接口(未单独示出，设置在燃气表的传感器内侧，优选地为前述快换连接接头)和检测软管、阀门(未示出)等与燃气表的输入/输出管道直接连接，用于在现场实时检测并校正燃气表的至少压力参数，此外还可以进一步检测并校正温度、湿度、流量等参数。检测模块内包括可插拔可自由组合(即插即用)的一个或多个子模块(未示出)，例如从总数为32个的不同量程的子模块之中选择，检测压力量程从2.5kPa到100Mpa，测量精度0.02％(0-50℃)，用来测量和模拟电压、电流、电阻、频率及脉冲信号，测量和模拟10种RTD和20种TC，300V交流测试，以及24V回路电源供电。每个子模块至少包括压力表、压力开关和压力变送器(均未示出)。压力检测期间，绝压测量采用表压+大气压的方式，绝压测量准确度优于0.1级。表压范围为0kPa～10kPa，误差为±0.1％。大气压范围为86～106kPa，误差为±50Pa。温度检测时，温度范围为10℃～30℃，误差为±0.3℃，响应时间：0.3秒。湿度检测时，范围为0～100％RH，误差为±2.0％RH。

(流速或流量)标准器通过检测接口(未单独示出，设置在燃气表的传感器内侧，优选地为前述快换连接接头)直接对燃气表的流速或流量(单位时间内流过气体的体积)进行实时检测，并向控制器发送流速数据Q。检测接口能适用于被检燃气表的多种口径，例如DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300等共计14种口径。标准器内包含喷嘴阵列，例如采用七个音速喷嘴(0.016m³/h、0.025m³/h、0.04m³/h、0.5m³/h、0.8m³/h、1.2m³/h、4m³/h)，来进行0.016m³/h～6m³/h流量点的检定，也即能够检定G1.6、G2.5、G4三种规格的膜式燃气表(0.016m³/h～6m³/h流量)。音速喷嘴流出系数相对扩展不确定度：U≤0.2％(k＝2)。每个音速喷嘴均由国家权威检测机构检定，并具有快换结构，实现快速安装及快速拆卸(1分钟快速安装或拆卸)，此外还可以具有在线清洗音速喷嘴功能。例如通过检测台上集成的惰性气体或压缩空气(两者例如可称为参考气体)存储罐和输气管道向喷嘴阵列喷气，排出喷嘴上残留的天然气或残渣，工作压力为0.45MPa～0.7MPa。如此，无需拆卸即可在检定装置上自动清洗音速喷嘴。喷嘴装置选用临界流文丘利喷嘴，用于复现气体标准流量，每一个喷嘴均由计量检定部门检定。临界流文丘利喷嘴具有结构简单、性能可靠、准确度高、无可动部件、维护方便、检定周期长(五年)等特点。由于临界流文丘利喷嘴的上述特点，大大提高了装置的整体可靠性和量值溯源性。临界流喷嘴法气体流量标准装置适用于对各种气体流量计的检测和校准,可以检测质量流量计、速度式流量计、容积式流量计或其它种类的流量计。喷嘴阵列流出的检测用燃气流经过传感器的测量得到天然气流速数据，与标定用的空气流经过喷嘴阵列测量得到的空气流速数据一起发送至控制器，在控制器内对标准器输出的流速数据采用“动态定点控制检定法”进行Qmax、0.2Qmax、Qmin流量点示值误差检定。此外，也可以利用标准器对燃气表进行密封性检定，最大密封性检定压力65kPa。例如，通过切换标准器与燃气表连接的接口位置(例如在燃气输入端或输出端)，可以在检定过程中能准确判定哪只燃气表漏气，是表前还是表后漏气。

检测台上还设置了燃气表字轮数值读取装置，用于在检定现场自动读取各个燃气表的累积流量数据，与前述通过标准器计算的流量作比较，如果在测试检定期间累积流量数据的变化与检测台标准器测得的流量变化不一致，则控制器通过工况仪接口向工况仪发出指令以修改燃气表两侧传感器或者燃气表内字轮的参数直至流量变化一致。具体的，燃气表字轮数值读取装置如图1所示包括可插拔地安装在检测台上的升降台，与升降台机械和电气连接的机械臂，安装在机械臂远端的摄像头。其中，升降台和机械臂可以共同构成摄影云台或者是其一部分，能够自动地保持位置稳定以利于提高成像品质。摄像头上采用高像素CCD工业相机与工业镜头并配置高速图像处理模块，实时获取燃气表字轮图像，并自动识别燃气表字轮值。优选地，摄像头下方还具有补光源，用于对采集到的图像通过补光控制模块适时补光照明，进行图像加强、平滑滤波。

在燃气表字轮数值读取期间，当用户通过检测台上的按钮(例如一键启动)传来图像系统控制指令，安装在机械臂上的摄像头调整拍摄角度，对准燃气表计数器表盘，并摄取燃气表计数器的码字图片。随后，对采集到的图像通过补光控制模块适时补光照明，进行图像预处理以加强、平滑滤波。接着，根据计数器的字符目标区域的特点，在灰度图像的基础上提取相对应的特征，相对应特征就是在参量空间寻找最优定位参量。进一步，进行倾斜校正，对采集到的数字图像在计数器区域内的照片进行倾斜校正。然后，进行字符分割，即对获得的牌照分离出单个字符，单个字符就是单个汉字、单个字母和单个数字。最后，进行字符识别，对分割得到的字符归一化处理，进行字符识别并转换文本存入控制器内的存储器或数据库。

特别地，为了加快摄像头捕捉燃气表表盘的速度，在每个燃气表的字轮表盘周围(例如是显示框的至少对角处)设置多个定位标记，可以是荧光贴或者具有特殊颜色、图案或纹理的标记，摄像头转动或升降过程中首先采用大步长增量而扫描检测台前方空间(用户可以粗略地将检测台前方对准燃气表)，一旦扫过发现该定位标记则降低步长增量(例如减为1/3)而回溯扫描，若重新发现定位标记则锁定该标记而在标记附近找寻字轮表盘，若没有发现定位标记则增加步长(例如增加1/4)重新扫描。如此可以方便快捷准确捕捉到表盘读数。此外，也可以不经过扫描，而直接对前方空间拍摄并识别其中的定位标记，在后续拍摄过程中对于定位标记所界定的表盘空间进行精细处理例如增加存储灰度值的寄存器码长以便提高精度。

进一步，在测试检定期间，控制器先通过工况仪接口从工况仪接收燃气表附属的(第一组)传感器测量得到的燃气表工况初始信息，然后通过检测模块直接测量燃气表的至少气压信息，通过标准器直接测量燃气表的流速信息，将包含至少气压信息和流速信息的燃气表工况实时信息与燃气表工况初始信息作比较，两者如果不符合则修改(第一组)传感器的参数直至两者相等，两者如果符合则存储燃气表工况数据。控制器使用软件统一调配、管理，例如通过Intecal检验管理软件(软件在JAVA环境下编制以适应生产需求)，使之具备文档编辑管理等多种功能，测试检定结果可上传到电脑存档或打印检定证书。在检定软件Intecal中设置了变送器的参数设定功能，可将每台变送器参数设定在软件数据库中。在检定软件中还设置了建立或修改系统基础数据的操作。除具有变送器参数设定功能外，还有临界流文丘利喷嘴等设备的参数设定功能。如果喷嘴检定数据变化或更换了新的喷嘴，用户只需对相应喷嘴参数进行重新设定即可。

特别地，为了同时测量检定多个燃气表，检测台上可以设置多个由检测模块与标准器所构成的测定通道，例如为三个、四个或更多。每个测定通道通过各自的检测管与各自燃气表两侧的快换接头连接。当由用户发出检定指令例如按下一键启动按钮时，控制器发出命令使得各个快换接头同时自动气动夹紧燃气表，燃气表字轮数值读取装置开始工作，例如升降台和机械臂配合使得摄像头自动升降、转动，依次扫描各个燃气表得到相应的表盘读数。然后按照测定通道的排序依次切换快换接头(三通阀)的状态，检测、测定流经燃气表的天然气的至少气压和流量/流速的参数。

检测台还可以包括与控制器相连的触摸屏，用于向用户例如现场工程师展示检测结果，并从用户处接收输入以根据检测结果发出修改燃气表附属的(第一组)传感器参数的命令。触摸屏优选彩色触摸屏，并支持Windows、MacOS/iOS、Android等多种操作系统及菜单。

进一步，检测台集成了可调电源，将外部的交流电源(380V±20V50Hz)或检测台内置电池的直流电源(例如采用锂电池供电)转变为宽范围的0～30V可调直流电源用于为各个模块供电。可设置4种规格的电压，能提供各种智能燃气表的工作电源。燃气表附加装置工作可调电源接口为12个。检测台还支持全

通讯功能，支持超过1300种

注册设备，与HART设备通讯时无需连接250Ω电阻和外部电源。

依照优选实施例的系统应用后，可达到以下效果：

1)实现了在同一检测台上实现密封性、示值误差和总压力损失检测。针对目前国内燃气表检定装置只能检测总压力损失与示值误差的现状，通过自主创新，在同一检测台上实现了一次装夹燃气表即完成检定规程规定的三个项目的检定。

2)改进温度检测，缩短了响应时间。温度测量每偏差1℃会引入约0.34％的检定偏差，所以，温度对检定结果影响相当大。针对目前国内燃气表检定装置对温度的检定精度不高的情况，所研制设备采用高精度温度传感器对标准器和燃气表的温度进行实时采集以修正示值误差，温度传感器误差0.3℃以内，极大的提高了燃气表检定的准确度。

3)全新设计了气路连接结构与管路所用材料并采用了密封性很好的快换连接接头，大大减小了工作介质流动阻尼，杜绝了泄漏发生的可能；拆卸维修也十分方便。

4)装置选用临界流文丘利喷嘴复现气体标准流量，每一个喷嘴均由计量检定部门检定。临界流文丘利喷嘴具有结构简单、性能可靠、准确度高、无可动部件、维护方便、检定周期长(五年)等特点。

5)所配备的压力变送器和温度变送器，分别测量喷嘴处和被检流量计前后的气流压力和温度以及喷嘴背压。在检定软件中设置了变送器的参数设定功能，可将每台变送器参数设定在软件数据库中。在检定软件中还设置了建立或修改系统基础数据的操作。除具有变送器参数设定功能外，还有临界流文丘利喷嘴等设备的参数设定功能。如果喷嘴检定数据变化或更换了新的喷嘴，用户只需对相应喷嘴参数进行重新设定即可。

尽管已参照一个或多个示例性实施例说明本实用新型，本领域技术人员可以知晓无需脱离本实用新型范围而对系统结构做出各种合适的改变和等价方式。此外，由所公开的教导可做出许多可能适于特定情形或材料的修改而不脱离本实用新型范围。因此，本实用新型的目的不在于限定在作为用于实现本实用新型的最佳实施方式而公开的特定实施例，而所公开的系统结构及其制造方法将包括落入本实用新型范围内的所有实施例。

Claims

1.一种天然气测试检定集成系统，包括燃气表、至少一个快换接头和检测台，

至少一个快换接头设置在燃气表的输入端和/或输出端并具有主路和支路，检测台与快换接头的支路联通，检测台上包括用于至少测量流经支路的天然气的第一流量变化的一个或多个测定通道，以及用于测量流经主路的天然气的第二流量变化的燃气表字轮数值读取装置；其特征在于，检测台比较第一流量变化和第二流量变化，如果两者不相等则发出指令修改燃气表的字轮参数以使得两者相等。

2.根据权利要求1所述的天然气测试检定集成系统，其中，每个测定通道包括检测模块和标准器，检测模块测量天然气的至少压力参数，标准器测量天然气的所述第二流量变化。

3.根据权利要求1所述的天然气测试检定集成系统，其中，燃气表字轮数值读取装置包括安装在检测台上的升降台，与升降台机械和电气连接的机械臂，安装在机械臂远端的摄像头，摄像头捕捉燃气表字轮的图像并识别反映了第二流量变化的燃气表字轮数值。

4.根据权利要求3所述的天然气测试检定集成系统，其中，升降台和机械臂共同构成摄影云台或者是其一部分，摄像头上采用高像素CCD工业相机与工业镜头并配置高速图像处理模块。

5.根据权利要求3所述的天然气测试检定集成系统，其中，摄像头下方进一步包括补光源，用于对采集到的图像通过补光控制模块适时补光照明，进行图像加强、平滑滤波。

6.根据权利要求3所述的天然气测试检定集成系统，其中，当由用户发出检定指令时，检测台使得多个燃气表的各个快换接头同时自动气动夹紧燃气表，燃气表字轮数值读取装置开始依次扫描各个燃气表得到相应的表盘读数。

7.根据权利要求1所述的天然气测试检定集成系统，进一步包括：

8.根据权利要求1所述的天然气测试检定集成系统，其中，燃气表的字轮框周围设置一个或多个定位标记，用于提高摄像头扫描速度或者提高表盘空间的处理精度。

9.根据权利要求2所述的天然气测试检定集成系统，其中，在检测台上的控制器内对标准器输出的流速数据采用动态定点控制检定法进行Qmax、0.2Qmax、Qmin流量点示值误差检定。

10.根据权利要求1所述的天然气测试检定集成系统，其中，快换接头包括三通阀和可插拔的支路用气密接头，在检测台的控制器的控制之下，三通阀可以切换主路和支路导通/截止状态，且支路用气密接头可以自动夹紧。