天然氣能量計量儀表的製作方法
2023-06-12 05:51:31 1
天然氣能量計量儀表的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種天然氣能量計量儀表。本發明包括渦輪流量傳感器、壓力傳感器、電動閥、熱式質量流量傳感器及溫度傳感器。渦輪流量傳感器安裝在管道的主路上，支路的入口和出口分別開在渦輪流量傳感器前方和後方，支路管道上安裝有熱式質量流量傳感器，且熱式傳感器前後方分別安裝有電動閥，用來控制支路管道的開閉狀態；壓力傳感器安裝在支路入口前方的管道主路上，溫度傳感器安裝在支路出口後方的管道主路上。本發明結構簡單，利用小流量去校準大流量的特點，擴大了量程比；採用在線校準的方法，避免需要拆卸下來檢定這一過程，既保證了渦輪流量傳感器的精度，又保證了它的使用時間，大大提高了它的工作效率。
【專利說明】天然氣能量計量儀表
【技術領域】
[0001]本發明屬於天然氣能量計量【技術領域】，涉及一種天然氣能量計量儀表。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一種優質、高效、清潔的能源和重要的化工原料，在世界各國均得到普遍重視和優先利用，在能源結構中佔的比例達到35%。隨著天然氣作為環保能源地位的不斷上升，對天然氣進行準確、公平和公正的計量工作是對天然氣進行科學管理的一項重要技術工作，關係到多方利益。同時，天然氣作為燃料，它的實際價值應該是它的熱值而非體積，國外的天然氣計量方式普遍採用能量計量的方法，所以難免在與其它國家進行天然氣貿易交接過程中產生不必要的爭端。因此開展天然氣能量計量設備的研究有著非常重要的意義。
國際上廣泛應用於天然氣能量計量的流量計主要為標準孔板流量計和渦輪流量計，但是標準孔板流量計壓損大，測量重複性和精度較差，同時眾多因素影響，很難提高測量的精確度。而渦輪流量傳感器具有準確度高、測量量程範圍寬、重複性好和壓損小等優點，但是渦輪流量傳感器具有可動器件，長期工作會導致渦輪磨損而降低測量精度，所以它的檢定周期較短。由於不能在線校準，拆卸下來在實驗室檢定浪費時間，且影響工作效率，從而影響了渦輪流量傳感器在天然氣計量中的應用。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是設計一種天然氣能量計量儀表，主路採用氣體渦輪流量傳感器來檢測體積流量，支路採用熱式傳感器實現對渦輪流量傳感器的在線校準功能，從而保證渦輪流量傳感器流量測量的精度和使用時間。
[0004]本發明解決技術問題所採取的技術方案是:
本發明包括渦輪流量傳感器、壓力傳感器、電動閥、熱式質量流量傳感器及溫度傳感器。
[0005]渦輪流量傳感器安裝在管道的主路上，支路的入口和出口分別開在渦輪流量傳感器前方和後方，支路管道上安裝有熱式質量流量傳感器，且熱式傳感器前後方分別安裝有電動閥，用來控制支路管道的開閉狀態；壓力傳感器安裝在支路入口前方的管道主路上，溫度傳感器安裝在支路出口後方的管道主路上。
[0006]正常工作情況下，電動閥處於關閉狀態，氣體進入管道的主路衝擊渦輪使其轉動，渦輪流量傳感器採集脈衝信號，計算出其體積流量；從氣相色譜儀進行遠程獲取當前天然氣的組分、各組分百分比以及各組分的發熱量，從而計算出通過管道中天然氣的熱值；當進行校準時，打開電動閥，採集熱式質量流量傳感器的信號計算質量流量，根據溫度傳感器和壓力傳感器採集的數值，轉換成工況下的體積流量；按照當前流量下的分流比，計算出管道的主路的工況流量值，並以此值作為標準值，對渦輪流量傳感器的儀表係數進行修正，從而完成能量計量的在線校準。[0007]本發明的有益效果在於:結構簡單，利用小流量去校準大流量的特點，擴大了量程比；採用在線校準的方法，避免需要拆卸下來檢定這一過程，既保證了渦輪流量傳感器的精度，又保證了它的使用時間，大大提高了它的工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明流量測量結構圖；
圖2是控制系統原理框圖；
圖3是單片機最小系統圖；
圖4是溫度壓力檢測電路；
圖5是渦輪流量傳感器信號檢測電路；
圖6是惠斯登電橋電路。
【具體實施方式】
[0009]以下結合附圖進一步說明本發明。
[0010]圖1為智能天然氣能量計量儀表的流量測量結構圖，它包括渦輪流量傳感器1、壓力傳感器2、電動閥3、微流量傳感器4和溫度傳感器5。
[0011]正常工作情況下，天然氣進入主管道，衝擊渦輪使其轉動，渦輪流量傳感器即可根據轉速計算出其體積流量。當需要校準的時候，打開電動閥，一定量氣體進入支路，熱式傳感器進入工作狀態。根據其測溫電阻和測速電阻的阻值差可以知道兩者的溫差，於是可以求出流經支路的質量流量。採集當前的溫度和壓力，轉換成體積流量，根據分流比即可求得主路的理論流量，對比渦輪流量傳感器計算得到的實際流量，從而達到對渦輪流量傳感器儀表係數的校準的目的。校準完成後，關閉電動閥，此時可以將熱式傳感器拆卸下來檢定，以保證熱式傳感器的精度。然後通過485通訊與氣相色譜儀進行遠程通訊，獲取當前天然氣的組分、各組分百分比以及各組分的發熱量，從而計算出通過管道的天然氣的熱值。
[0012]圖2為本發明控制系統原理框圖，包括了信號輸入部分6、單片機7和信號輸出部分8。輸入部分包括渦輪流量傳感器、熱式傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器以及相應的處理電路。渦輪流量傳感器通過檢測脈衝數然後將信號放大濾波整形處理，輸入到單片機。熱式傳感器將檢測的壓差輸入到單片機；溫度傳感器採用熱電阻，通過電阻變化而引起電壓變化，將採集到的壓差經信號處理電路後輸入到單片機；壓力傳感器採用矽壓阻式傳感器，通過壓阻元件阻值的變化而引起電壓的變化，將採集到的壓差經信號處理電路輸入到單片機。經單片機處理後，可以實現IXD顯示溫度壓力和流量、與其他設備通訊、4-20mA標準電流輸出和頻率輸出。
[0013]圖3是單片機最小系統圖，選用的是MSP430F427單片機。電容ClO和⑶10並聯，⑶10正端與VDD相接，負端與GND相接，ClO兩端分別接VDD和GND，單片機的AVcc和DVcc兩個引腳與VDD相接。電容Cll和⑶11並聯，⑶11正端與VDD相接，負端與GND相接，Cl I兩端分別接VDD和GND。電阻RlO —端接VDD，另一端和C12的一端共同接單片機的RST引腳C12的另一端接GND。C13和C14 一端共同接地，C13的另一端與Yl的一端接單片機XIN引腳，C14的另一端與Yl的另一端接單片機的XOUT引腳。
[0014]圖4是本發明的溫度和壓力檢測電路，由降壓穩壓模塊13、溫度檢測模塊14、壓力檢測模塊15和去耦電路16。降壓穩壓模塊選用的是TPS76930，輸入端IN接電壓VDD，輸出端OUT輸出3V的電壓，並與C22 —端相接，C22另一端接地。GND端接地，EN端與單片機的TCON端相連。溫度檢測電路選用的是PT1000熱電阻，R20 一端接3V電壓，另一端分別與L20的I管腳和二極體的負端相連，二極體的另一端接地。L20的2管腳和3管腳分別與R21的兩端相連，同時R21的兩端分別再與單片機的A0.0+和A0.0-相接。R21與L20管腳2相連的一端還與R22相連，R22的另一端接地。壓力傳感器接口 J20的I管腳接3V電壓，2管腳和3管腳分別與單片機的Al.0+和Al.0-相接，4管腳接地。電容C20和C21並聯，C20正端與VDD相接，負端與GND相接，C21兩端分別接VDD和GND。
[0015]圖5為渦輪流量傳感器信號的檢測電路，U30的IA引腳與脈衝信號相接，GND管腳接地，VCC與VDD相接，2A和2Y管腳懸空。輸出端IY三極體Tl的基極和R31的一端，R31另一端與C31相接，Tl的發射極接地，集電極分別與R30和C31的另一端相接，同時引出FOUT與外部接口相接。R30的另一端接2.4V電壓。電容C30和⑶30並聯，⑶30正端與VDD相接，負端與GND相接，C30兩端分別接VDD和GND。
[0016]熱式傳感器利用的是惠斯登電橋原理，如圖6所示，R40為測溫電阻，R41為速度探頭電阻。A、C兩端分別接電源的正、負極，A端還分別與R40和R42的一端相接，R40的另一端連到B端，B端還分別與 R41和單片機A2.0+管腳相接。R42的另一端連到D端，D端還分別與R43和單片機的A2.0-管腳相接。R41和R43的另一端一起連到C端。
[0017]以單片機為控制系統其工作原理如下:
當渦輪流量傳感器開始工作時，電動閥處於關閉狀態，支路沒有氣體經過。主路的渦輪流量傳感器開始檢測脈衝信號，信號輸入到單片機，根據公式(I)可以求得體積流量的大小。
[0018]當需要校準的時候，打開電動閥，一定量氣體進入支路，熱式傳感器進入工作狀態。根據其測溫電阻和測速電阻的阻值差可以知道兩者的溫差，於是可以求出流經支路的質量流量。採集當前的溫度和壓力，轉換成體積流量，根據分流比即可求得主路的理論流量，並以此值為標準對渦輪流量傳感器的儀表係數進行修正，達到在線校準的目的。校準完畢後關閉電動閥，將熱式傳感器拆卸下來檢定，以保證熱式傳感器精度。然後通過485通訊與氣相色譜儀進行遠程通訊，獲取當前天然氣的組分、各組分百分比以及各組分的發熱量，通過公式(2)即可計算出通過管道的天然氣的熱值。
[0019]Q=3600*f/K(I)
E= YJi 茸Q(2)
式中Q為流量(w3/A)，f為脈衝的頻率(Hz)，K為儀表係數(1/?3)，E為天然氣的熱值，H為氣體各組分發熱量。
【權利要求】
1.天然氣能量計量儀表，其特徵在於:包括渦輪流量傳感器(I)、壓力傳感器(2)、電動閥(3)、熱式質量流量傳感器(4)及溫度傳感器(5)； 渦輪流量傳感器(I)安裝在管道的主路上，支路的入口和出口分別開在渦輪流量傳感器前方和後方，支路管道上安裝有熱式質量流量傳感器(4)，且熱式傳感器(4)前後方分別安裝有電動閥(3)，用來控制支路管道的開閉狀態；壓力傳感器(2)安裝在支路入口前方的管道主路上，溫度傳感器(5)安裝在支路出口後方的管道主路上； 正常工作情況下，電動閥處於關閉狀態，氣體進入管道的主路衝擊渦輪使其轉動，渦輪流量傳感器採集脈衝信號，計算出其體積流量；從氣相色譜儀進行遠程獲取當前天然氣的組分、各組分百分比以及各組分的發熱量，從而計算出通過管道中天然氣的熱值；當進行校準時，打開電動閥，採集熱式質量流量傳感器的信號計算質量流量，根據溫度傳感器和壓力傳感器採集的數值，轉換成工況下的體積流量；按照當前流量下的分流比，計算出管道的主路的工況流量值，並以此值作為標準值，對渦輪流量傳感器的儀表係數進行修正，從而完成能量計量的在線校準。
【文檔編號】G01F25/00GK103453967SQ201310337571
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2013年8月5日
【發明者】趙偉國, 戴連超, 黃震威, 章聖意 申請人:中國計量學院