電子式質量流量燃氣計量表的製作方法

2023-05-27 12:10:21

專利名稱：電子式質量流量燃氣計量表的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣計量表，具體涉及一種電子式質量流量燃氣計量表。
技術背景目前的家用燃氣計量表通常是採用機械傳動計量的膜式燃氣表，這種膜式 燃氣表都是基於對燃氣的體積流量進行測量。具體工作為當燃氣進入氣嚢，氣 嚢被燃氣壓力鼓起，推動膜片位移，帶動連杆機構運動，推動閥蓋周而復始的 轉動，使閥蓋打開或關閉，燃氣流出後氣嚢癟下。這樣通過計算氣嚢切換次數 與氣嚢容積的乘積確定氣體總流量。膜式燃氣表的機械結構非常複雜，且零部 件較多，加工和裝配難度較大。特別是在出廠校準時，需更換轉換齒輪，校準 難度非常大。最關鍵的是，膜式燃氣表是基於體積測量，氣體的體積受環境溫 度和管道壓力波動影響變化較大，導致計量體積與實際使用的質量存在較大差異。譬如，同樣質量的氣體，在夏天的體積就比冬天的體積的測量結果高30% 左右，這無論是對用戶或者供氣公司而言都是不公平的。除機械傳動計量的膜式燃氣表之外，目前市場上還出現了一種以超聲波計 量的電子式燃^。參見圖5，這種以超聲波計量的電子式燃氣表的結構是在氣 流通過的輸氣管道a壁上分上下遊分別設置兩個相向的斜向孔，將兩個相對的 超聲波傳感器b分別安裝在這兩個相向的斜向孔中，兩個超聲波傳感器分別通 過導線與安裝在表殼內的信號處理裝置連接。氣流通過時，兩個相對安裝的超 聲波傳感器相向交替或同時收發超聲波，根據超聲波探測到的氣流從上遊到達 下遊的時間計算流速，流速與通氣截面積相乘便可得到流量。但是，該表的超 聲波流量計的測量線路比一般流量計複雜，因為一般工業計量中氣體的流速常 常是每秒幾米，被測氣體流速、流量變化帶給聲速的變化量最大也是10-3數量 級.若要求測量流速的準確度為1%，則對聲速的測量準確度需為10-5~10"數 量級，因此必須有完善的測量線路才能實現，設計難度較大。並且這種以超聲
波計量的電子式燃氣表計量的是氣體體積流量而非質量流量，計量精度同樣也 會因為環境溫度和管道壓力波動的變化而產生差異。同時，由於現有的膜式燃氣表和電子式燃氣表，都沒有防止燃氣中含有的 如四氧化三鐵，硫化物等粉塵雜質附著於測量部件上的防塵結構，很容易因粉 塵雜質的附著而影響燃氣表的計量精度，嚴重時甚至會導致測量部件損壞，降 低燃氣表的使用壽命。 發明內容本發明的目的是針對上述現有技術存在的不足，提供一種電子式質量流量 燃氣計量表，它能夠對經過的燃氣進行質量流量計量，並且能夠防止燃氣中含 有的粉塵附著在傳感元件上，提高燃氣使用計量的精確性和燃氣表的使用壽命。本發明的目的是這樣實現的包括燃氣表殼體，設於燃氣表殼體中的輸氣 管，設置在輸氣管上的傳感器。所述燃氣表殼體為具有氣密性容腔的殼體，殼 體的進氣接口、出氣接口分別固接有管接頭；所述輸氣管分為獨立的進氣管， 以及連接在一起的流量檢測管和出氣管，進氣管與殼體的進氣接口連接，出氣 管與殼體的出氣接口連接，流量檢測管的下遊端與出氣管連接水平懸空在殼體 中；所述流量檢測管具有主流氣道和與之平行的用於檢測的旁路氣道，主流氣 道的管壁上設有兩個通孔分別連通旁路氣道的上、下遊端，主流氣道中設置一 用於分流的裝置位於兩通孔之間，旁路氣道的截面積小於主流氣道的截面積； 所述傳感器為具有信號傳感模塊的熱式質量流量傳感器，該熱式質量流量傳感 器的信號傳感模塊設於用於檢測的旁路氣道的內壁。由於採用了上迷方案，將燃氣表殼體設為具有氣密性容腔的殼體，輸氣管 分為獨立的進氣管，以及連接在一起的流量檢測管和出氣管，進氣管、出氣管 分別與殼體上固接的管接頭連接，流量檢測管的下遊端與出氣管連接並水平懸空在殼體中，使進入氣密性容腔殼體的燃氣不直接流入流量檢測管，而是先流 入截面積大於進氣管的氣密性容腔殼體內，氣流截面積顯著增大，流速大幅度 減緩，待氣體充滿容腔後才流入流量檢測管，這樣可以讓燃氣中含有的微量粉 塵等雜質，因流速降低而沉於腔底，使進入流量檢測管的燃氣純潔度提高，從
而避免了燃氣中的粉塵等雜質附著於測量部件，影響燃氣表的計量精度和使用 壽命。所述流量檢測管具有主流氣道和與之平行的用於檢測的旁路氣道，旁路 氣道的截面積小於主流氣道的截面積，這種在截面積小的旁路氣道中採集氣體 通過流量的信息，有利於採集精確的信息數據，與現有的以超聲波計量的電子 式燃氣表在截面積相對較大輸氣管道採集信息相比，其採集到的信息數據的精 確程度高於現有的以超聲波計量的電子式燃氣表，由此提高了計量精度。在流 量檢測管的主流氣道中設置一用於分流的裝置，能夠將進入主流氣道中的氣體 分出少量部分從用於檢測的旁路氣道經過，在檢測流量後匯入主流氣道，而大 量的氣體仍然從主流氣道通過輸送至使用終端，這樣既能夠保證充足的燃氣供 給，又能夠提高計量精度。所述傳感器為具有信號傳感模塊的熱式質量流量傳 感器，這種具有信號傳感模塊的熱式質量流量傳感器能夠通過測量燃氣的質量 流速而獲得燃氣的質量流量。與膜式然氣表的計量結構相比，該計量方式具有量程比寬，計量準確度高，直接電信號輸出等獨特優點；與以超聲波計量的電 子式燃氣表相比，這種熱式質量流量傳感器得到的是質量流量，而非現有超聲 波計量的體積流量，使用戶與供氣公司之間得到更公平的計量。此外，由於在 居民家庭應用場合，燃氣通過複雜龐大的燃氣管網後，其流向已經紊亂無章， 因熱式質量流量傳感器對氣流的方向性和穩定性要求高，對管道中燃氣的紊流 非常敏感，所以本發明在流量檢測管的主流氣道圓管的上遊埠設有用於調整 紊流的裝置，使紊亂的氣流在通過用於調整紊流的裝置時得到調整，燃氣形成 有序的流動的方向和穩定的流動狀態，有利於熱式質量流量傳感器的信息採集， 同時，該用於調整湍流的裝置還能夠起到阻擋部分粉塵雜質進入流量檢測管的 作用，進一步提高被檢測氣流的純潔度。本發明電子式質量流量燃氣計量表的結構簡單，利於製造和裝配，並且具 有瞬時流量信號輸出功能，利用瞬時流量信號，可以監控燃氣洩露或者管道破 裂預警，有效提高燃氣系統的安全性。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。


圖l為本發明的結構示意圖；圖2為本發明的用於分流的裝置的截面結構圖；圖3為本發明的用於調整紊流的裝置的截面結構圖；圖4為熱式質量流量傳感器的電路結構圖；圖5為超聲波電子燃氣表的結構示意圖。附圖中，l為殼體，lc為氣密性容腔，2為進氣管，3為閥門，4為墊圈，5 為密封團，6a、 6b為管接頭，7為用於調整紊流的裝置，7a為通孔，8為座體， 9為旁路氣道，IO為蓋板，ll為信號傳感模塊，lla為電加熱件，llb、 llc為 測溫熱電阻，lld為矽襯底，12為出氣管，13為流量檢測管，14為用於分流的 裝置，14b為氣流通道，15為底板，16為主流氣道，17為封邊團，18為信號放 大模塊，19為A/D轉換模塊，20為數據處理和補償模塊，21為顯示模塊，22 為控制才莫塊，23為存儲模塊，24為供電模塊。
具體實施方式
參見圖1至圖4，本電子式質量流量燃氣計量表的殼體1為具有氣密性容腔 lc的殼體，殼體l的進氣接口、出氣接口分別固接有管接頭6a、 6b，所述進氣、 出氣接口的管接頭6a、 6b分別通過與之配合的墊圈4鉚接固定在殼體l上，管 接頭與殼體之間設有密封圏5密封鉚接處。鉚接時管接頭6a、 6b的鉚接端穿過 殼體1上的孔套上墊圉4，管接頭與殼體接觸處套有橡膠密封圖5,通過壓力使管接頭、墊團、密封圈與殼體緊緊連接固定在一起並形成密封連接，殼體的底 部由底板15封蓋，底板15與殼體1的翻邊通過封邊團17壓合形成密封，壓合 時可塗抹封膠增強密封效果；或者在殼體1的翻邊和底板15之間設置密封墊， 再用螺栓、螺母緊固連接密封。輸氣管設於燃氣表殼體中，所述輸氣管分為獨 立的進氣管2,以及連接在一起的流量檢測管13和出氣管12。進氣管2的上遊 端與殼體1的進氣接口連接，進氣管2的該端設有的環槽中套上密封圏一起插 入進氣接口的管接頭6a中形成緊配合，並用卡子或螺釘固定定位在管接頭上， 進氣管2的下遊埠向下位於燃氣表殼體1的氣密性容腔lc中，進氣管2上設 有控制氣^lit過的電動閥3。出氣管12的下遊端與殼體1的出氣接口連接，出
氣管12的該端設有的環槽中套上密封團一起插入出氣接口的管接頭6b中形成 緊配合，並用卡子或螺釘固定定位在管接頭上。出氣管12為彎管，流量檢測管 13的下遊端與出氣管12的上遊端連接，呈水平懸空在殼體1的氣密性容腔lc 中，流量檢測管13套在出氣管12外圓上，其接觸面用密封圉密封。流量檢測 管13的上遊埠的水平位置高於進氣管2的下遊埠 ，相互間不直接相對，流 量檢測管13的上遊埠與進氣管2的管壁之間留有相對較寬的空間，以供殼體 容腔中的氣體能夠從該空間i4^流量檢測管13的上遊埠；由於流量檢測管13 的上遊埠與進氣管2的下遊埠不直接相對，由進氣管輸入的燃氣不能夠從 進氣管直接^Uv流量檢測管13中，而是先i^殼體的氣密性容腔lc，在流速得 到一定的緩解後，再進入流量檢測管13中，此過程中燃氣中的粉塵雜質沉澱與 容腔底，使進入流量檢測管13中的燃氣純潔度提高。所述流量檢測管13具有 主流氣道16和與之平行的用於檢測的旁路氣道9,主流氣道16的管壁上設有兩 個通孔分別連通旁路氣道9的上、下遊端。所述流量檢測管13的主流氣道16 圓管外壁緊貼固定連接一設有條形槽的座體8，座體8與主流氣道16圓管外壁 緊貼S&合的部位為與圓管外壁圓弧一致的凹弧，條形槽設於座體8中，條形槽 中設有與主流氣道16的管壁上的兩個通孔連通的孔, 一蓋板10固定在座體8 上蓋住奈形槽，形成氣密的用於檢測的旁路氣道9,使燃氣能夠從主流氣道16 的一通孔進入條形槽，再由條形槽從主流氣道16的另一通孔重新進入主流氣道 16。所述座體8通過密封膠粘合在主流氣道16圓管外壁上，也可以採用密封墊 和螺釘緊固形成氣密性密封；所述蓋板10與座體8之間設置密封墊，通過螺釘 緊固形成氣密性密封。旁路氣道9的截面積小於主流氣道16的截面積，其用於 檢測的旁路氣道9的截面積為主流氣道16的截面積的1/10 ~ 1/200，旁路氣道 截面積的大小視主流氣道截面積的大小而定，有利於提高檢測流量的準確精度。 主流氣道16中設置一用於分流的裝置14，該用於分流的裝置14位於主流氣道 16的管壁上的兩個通孔之間，與主流氣道16的管內壁緊貼。所述用於分流的裝 置14為軸向設有多個氣流通道的圓柱體，其上設置的多個氣流通道呈同心圓形 狀軸向貫通圓柱體，使圓柱體上的多個氣流通道的總體截面積減小，在氣流抵
達該圓柱體時，通過量受到一定限制，分出很小的一部分流經旁路氣道9，用於 進行質量流量檢測。所述用於分流的裝置14採用多個同心圓形狀限制氣流通過 流量，有利於氣流的有序受限，使受限的氣流不容易形成雜亂紊流ii^旁路氣 道9，能夠防止因雜亂紊流影響檢測，提高檢測精確性。該圓柱體通過螺釘固定 或粘結固定在流量檢測管13的主流氣道管內，防止用於分流的裝置14因鬆動 位移而堵塞旁路氣道9的通氣孔.流量檢測管13的用於檢測的旁路氣道9中設 置傳感器，所述傳感器為具有信號傳感模塊ll的熱式質量流量傳感器，該熱式 質量流量傳感器的信號傳感模塊11設置在用於檢測的旁路氣道9的內壁，固定 於蓋板10上，或者信號傳感模塊11固定在座體8上，顯露在座體8的條形槽 中。所述信號傳感才莫塊ll的晶片與熱式質量流量計集為一體，採用微加工工藝 製作，熱式質量流量計的電加熱件lla、上、下遊測溫熱電阻llb、 llc懸空在 模塊矽襯底lld的凹腔之上，利於與被測氣體接觸快速響應，信號傳感模塊ll 輸出的電信號的讀數直接代表質量流量。所述熱式質量流量傳感器的信號傳感 模塊11與模擬信號放大模塊18連接，通過模擬信號放大模塊18將流量傳感模 塊11輸出的差分模擬信號經放大，模擬信號放大模塊18與A/D轉換模塊19連 接，通過A/D轉換模塊19轉換成數位訊號，更容易進行信號處理和補償，A/D 轉換模塊19與數據處理和^Ht模塊20連接，信號處理和蜂h^模塊20的主M 用在於噪音抑制、非線性^Ht和其它各種補償。數據處理和補償模塊20分別與 存儲模塊23、顯示模塊21、控制模塊22連接，由信號處理和4M嘗模塊20輸出 的信號呈線性關係，且對溫度和壓力變化不敏感，補償算法和補償係數可以存 儲在存儲模塊23之內；顯示模塊21通過設置在殼體上的顯示屏顯示氣體瞬時 流量、累計流量，以及提示信息，例如，當電源供電不足時，通過顯示屏顯示 需更換電池的提示等。控制模塊22與電動閥3連接，主要用於控制閥門的開啟、 關閉。供電模塊24分別與上述這些模塊連接，負責為上述電子模塊供電。為延 長電池壽命，所有的電子模塊都採用低功耗設計，保證電池壽命在允許範圍之 內。本發明不僅僅局限於上述實施例，為滿足熱式質量流量傳感器的信號傳感模塊ll對氣流的方向性和穩定性的高要求，對氣體純潔度的高要求，在上述結構的基礎上，還可以在所述流量檢測管13的主流氣道16圃管的上遊埠設置 用於調整紊流的裝置7，該用於調整紊流的裝置7為設有若干大小不一的通孔結 構的濾網盤，濾網盤上的若干通孔7a密布在濾網盤上，通孔的孔形可以為圓孔， 或方形，或各種多邊形，濾網盤嵌入主流氣道16圓管的埠，並用定位螺釘固 定，防止其+>動脫落。流量檢測管13的主流氣道16圓管的上遊埠設置用於 調整紊流的裝置7，既能夠對殼體1氣密性容腔lc中充滿的燃氣在湧入主流氣 道口時產生的紊流進行調整，使之a主流氣道後形成有序氣流，又能夠將一 部分還沒有沉澱、隨氣流浮動的粉塵擋住在主流氣道口外，進一步防止燃氣中 的粉塵雜質進入流量檢測管13，增加本燃氣計量表的防塵效果。除上迷實施例外，所述進氣、出氣接口的管接頭6a、 6b也可以採用焊接或 螺紋連接固定在殼體l上，形成氣密性連接。進氣管2、出氣管12也可以分別 與進氣、出氣接口的管接頭6a、 6b採用螺紋連接或粘接形成氣密性連接。採用 這些連接方式，均能夠保證殼體l容腔的氣密性。
權利要求
1.一種電子式質量流量燃氣計量表，包括燃氣表殼體，設於燃氣表殼體中的輸氣管，設置在輸氣管上的傳感器，其特徵在於所述燃氣表殼體為具有氣密性容腔的殼體，殼體的進氣接口、出氣接口分別固接有管接頭；所述輸氣管分為獨立的進氣管，以及連接在一起的流量檢測管和出氣管，進氣管與殼體的進氣接口連接，出氣管與殼體的出氣接口連接，流量檢測管的下遊端與出氣管連接並水平懸空在殼體中；所述流量檢測管具有主流氣道和與之平行的用於檢測的旁路氣道，主流氣道的管壁上設有兩個通孔分別連通旁路氣道的上、下遊端，主流氣道中設置一用於分流的裝置位於兩通孔之間，旁路氣道的截面積小於主流氣道的截面積；所述傳感器為具有信號傳感模塊的熱式質量流量傳感器，該熱式質量流量傳感器的信號傳感模塊設於用於檢測的旁路氣道的內壁。
2. 根據權利要求1所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 進氣、出氣接口的管接頭通過墊圏鉚接固定在殼體上，管接頭與殼體之間設有 密封圈。
3. 才艮據權利要求1所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 進氣管的下遊埠向下位於燃氣表殼體的氣密性容腔中。
4. 根據權利要求1所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 流量檢測管的主流氣道圓管外壁固定連接一設有條形槽的座體，條形槽連通主 流氣道的管壁上的兩個通孔， 一蓋板固定在座體上蓋住條形槽，形成氣密的用 於檢測的旁路氣道，熱式質量流量傳感器的信號傳感模塊固定於蓋板暴露在條 形槽中。
5. 根據權利要求1或4所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於 所述用於檢測的旁路氣道的截面積為主流氣道的截面積的1/10 ~ 1/200。
6. 根據權利要求1或4所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於 所述主流氣道圓管的上遊埠i殳有用於調整紊流的裝置。
7. 根據權利要求6所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 用於調整紊流的裝置為設有若千大小不一的通孔的濾網結構。
8. 根據權利要求1所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 熱式質量流量傳感器的信號傳感模塊與模擬信號放大模塊連接，模擬信號放大 模塊與A/D轉換模塊連接，A/D轉換模塊與數據處理4峰模塊連接，數據處理補 償模塊分別與存儲模塊、顯示模塊、控制模塊連接，供電模塊分別與這些模塊 連接。
9. 根據權利要求1所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 用於分流的裝置為軸向設有多個氣流通道的圓柱體，該圓柱體通過螺釘固定或 粘結固定在流量檢測管的主流氣道管內。
10. 根據權利要求9所述的電子式質量流量燃氣計量表，其特徵在於所述 用於分流的裝置的軸向設置的多個氣流通道呈同心圓形狀貫通圓柱體。
全文摘要
本發明公開了一種電子式質量流量燃氣計量表，燃氣表殼體為具有氣密性容腔的殼體，殼體內的輸氣管分為獨立的進氣管，以及連接在一起的流量檢測管和出氣管，進氣、出氣管分別與殼體的進、出氣接口連接，流量檢測管的下遊端與出氣管連接並水平懸空在殼體中，流量檢測管具有主流氣道和旁路氣道，主流氣道中設置一用於分流的裝置位於連通旁路氣道的兩通孔之間，旁路氣道的截面積小於主流氣道的截面積，一熱式質量流量傳感器的信號傳感模塊設於用於檢測的旁路氣道的內壁。它能夠對經過的燃氣進行質量流量計量，並且能夠防止燃氣中含有的粉塵附著在傳感元件上，提高燃氣使用計量的精確性和燃氣表的使用壽命。
文檔編號G01F1/86GK101126652SQ20071009278
公開日2008年2月20日 申請日期2007年9月29日 優先權日2007年9月29日
發明者劉曉陽, 莊利鋒, 張陸軍, 原 李, 斌 李, 王宏臣, 蔡柏春, 許建偉 申請人:重慶前衛儀表廠;美新半導體(無錫)有限公司