MEMS热式质量燃气表装置及气体流量测定方法与流程

本发明涉及气体流量测量领域，尤其是涉及一种热式质量燃气表装置及气体流量的测定方法。

背景技术：

众所周知，现在用以测量气体流量的方法有很多种，相应的测试装置也多种多样，但每种装置都有其测试的局限性，比如热式气体流量测量装置，其原理是气体流速与气体分子带走热量之间的关系。这样气体的组分和比定压热容的大小，都会影响测量的准确性。例如目前的热式流量测量装置，基本都是用空气或氮气标定，在燃气计量时，根据现场提供的燃气组分，计算出气体转换系数进行补偿，但在使用中如果燃气组分发生变化流量测量将会出现偏差。

公开日为2011年3月30日、公开号为cn101126652b的专利文件公开了电子式质量流量燃气计量表，燃气表壳体为具有气密性容腔的壳体，壳体内的输气管分为独立的进气管，以及连接在一起的流量检测管和出气管，进气、出气管分别与壳体的进、出气接口连接，流量检测管的下游端与出气管连接并水平悬空在壳体中，流量检测管具有主流气道和旁路气道，主流气道中设置一用于分流的装置位于连通旁路气道的两通孔之间，旁路气道的截面积小于主流气道的截面积，一热式质量流量传感器的信号传感模块设于用于检测的旁路气道的内壁。它能够对经过的燃气进行质量流量计量，并且能够防止燃气中含有的粉尘附着在传感元件上，提高燃气使用计量的精确性和燃气表的使用寿命。上述装置可实现燃气的质量流量测量，无需温度、压力补偿。mems热式质量燃气表具有无可动部件、响应快、高精度、超宽量程、超低始动流量、低压损等特点。但是该装置采用的是空气标定，固定的气体转换系数，当燃气组分变化时没有实时补偿功能，影响了计量的真实性。

公开日为2012年7月11日,公开号为cn102564516a的专利文件公开了一种电子燃气表，包括气体质量流量传感器、信号调理电路、a/d转换器、微处理器、液晶显示模块、气体传感器、温度-压力传感器和气体数据库存储器，实现了对多组分气体在不同温度、压力条件下的体积流量的测量。上述装置只是对气体组份进行识别，对质量流量转换为体积流量进行密度修正，并未做气体的转换系数修正，同时该装置在实际应用中，气体流速对气体传感器的影响也难以完全消除，影响流量检测的精度。

技术实现要素：

针对目前热式气体流量测量装置存在的问题，提供一种测量精度高、可靠性好、具有自动识别气体转换系数的流量测量装置及气体流量测量方法。

本发明为达到上述技术目的所采用的具体技术方案为：一种mems热式质量燃气表装置及气体流量测定方法，其mems热式质量燃气表装置，包括温度传感器、超声波换能器及数据处理器，其特征是：mems热式质量燃气表装置：是在装有温度传感器4与发射换能器1和接收换能器10的气体流量测量装置表体11上并接旁路管5，旁路管5的进口9位于阻流体2的气流上游侧，旁路管的出口3位于阻流体2的气流下游侧，旁路管5上装有mems流量传感器6；气体流量测量装置上的温度传感器4、发射换能器1和接收换能器10及mems流量传感器6均连接数据处理器7，数据处理器7连接数据显示装置8。

用上述装置气体流量的测定方法是：

1气体瞬时流量检测：当气体从表体11入口至出口内通过阻流体2流动时，一部分气体通过旁路管进口9流入旁路管5中，再从旁路管出口3流出，当流过mems流量传感器6时产生流量信号，测量岀气体瞬时流量；

2气体转换系数的测定：当气体流动时，发射换能器1发射超声波，对面的接收换能器10接收到超声波，测量岀在表体11内径行程发射和接收到超声波的时间，计算出超声波在表体11内气体中的声速，温度传感器4测量出此时的温度，通过温度补偿，数据处理器计算出标准温度下气体的声速，通过该声速查询存储器中对应的气体转换系数；

3气体瞬时流量的修正：本装置气体瞬时流量值的流量标定的气体为空气，将空气的气体转换系数设定为1，当测量燃气或其他气体时，则需要通过气体转换系数将气体瞬时流量值修正，从而得到计量的气体流量。这种根据气体组分的变化，实时对气体转换系数进行自动修正的方法，是在流量测量的程序运行流程中同时进行，其流程是：装置上电，关闭看门狗定时器并设置系统时钟频率，然后清空事件数组，给mcu的端口进行初始化；设置看门狗定时器和基本定时器的时间分别为1秒和16毫秒并且开启中断；当有中断响应时，系统执行响应的事件子程序，没有中断响应时，系统则进入低功耗模式；对外部储存器初始化，使mcu可以从外部储存器读取运行状态和系统参数；首先对mems模块初始化，然后mems模块采集流量信号，按照标定数据计算出瞬时流量值；在定时器中断里，对超声波模块和温度传感器进行初始化，使超声波模块采集时间并计算出声速，温度传感器测出实时温度，并对声速进行温度补偿，mcu在flash查找相应声速的气体转换系数，对气体瞬时流量值进行修正后，流量计算结果输出显示。

本发明的有益效果:

按本发明所提供的燃气表计量装置和气体转换系数的测定方法,提高了热式气体测量方法的真实性、准确性和可靠性，将超声波声速测量装置与mems流量传感器有机结合，扩展了热式气体流量测量装置的适用范围，可以对燃气和各种工业气体进行计量，而且数据处理系统在数据处理过程中，超声波声速测量装置实时监测气体组分的变化，计算气体转换系数对瞬时流量进行补偿，从而也提高了气体流量的测量精度，对热式气体流量仪表在燃气领域的应用和推广具有广泛意义。

附图说明

图1是本发明mems热式质量燃气表装置的结构示意图。

图2是本发明气体流量的测定方法的程序流程示意图

图1中:1.发射换能器，2.阻流体，3.旁路管的出口，4.温度传感器，5.旁路管，6.mems流量传感器，7.数据处理器，8.数据显示装置，9.旁路管的进口，10.接收换能器，11.表体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明技术方案的具体实施方式作进一步的说明。

实施例1：一种mems热式质量燃气表装置及气体流量测定方法，其mems热式质量燃气表装置，如图1所示，其连接关系是：在表体11上带温度传感器4(美国达拉斯型号为ds18b20)与发射换能器1(型号为gb-117cs1a，日本松下)和接收换能器10的气体流量测量装置上并接旁路管5，旁路管5的直径为3mm,两只超声波换能器都能发射和接收超声波，超声换能器发射和接收的超声波的频率为500khz。旁路管5的进口9位于阻流体2的气流上游侧，旁路管的出口3位于阻流体2的气流下游侧，利用表体气体流过阻流体2产生的压差，使旁路管气体流过mems流量传感器6(型号为fma1100r-001，美新半导体(无锡)有限公司)表面进行瞬时流量测量。气体流量测量装置上的温度传感器4、发射换能器1和接收换能器10及mems流量传感器6均连接数据处理器7(ti德州仪器)，数据处理器7内装有按公知的计算公式转換的数据处理软件，数据处理器7连接数据显示装置8。

使用上述装置气体流量的测定方法是：

1气体瞬时流量检测：当气体从入口至出口表体11内通过阻流体2流动时，在阻流体2两侧产生压差，使得一部分气体通过旁路管进口9流入旁路管5中，再从旁路管出口3流出，当气体流过mems流量传感器6表面产生流量信号，测量岀气体流量；

2气体转换系数的测定：发射换能器1发射超声波，对面的接收换能器10接收到超声波，测量在表体11内径行程发射和接收到超声波的时间，计算出超声波在表体11内气体中的声速，温度传感器4测量出此时的温度，通过温度补偿，数据处理装置计算出气体标准温度下的声速，通过该声速查询气体转换系数与声速对应关系数据库，得出该气体的实际转换系数。

3气体流量初测值的修正：本装置气体瞬时流量的流量标定的气体为空气，在测量空气流量时不需要对测量值进行修正，将空气的比定压热容设定为1，当测量燃气或其他气体时，则需要通过气体转换系数将气体流量初测值修正，这种根据气体组分的变化，实时对气体转换系数进行自动修正的方法，是在流量测量的程序运行流程中同时进行，其流程如图2所示，是：装置上电，关闭看门狗定时器并设置系统时钟频率，然后清空事件数组，给mcu的端口进行初始化；设置看门狗定时器和基本定时器的时间分别为1秒和16毫秒并且开启中断；当有中断响应时，系统执行响应的事件子程序，没有中断响应时，系统则进入低功耗模式；对外部储存器初始化，使mcu可以从外部储存器读取运行状态和系统参数；首先对mems模块初始化，然后mems模块采集流量信号，按照标定数据计算出瞬时流量；在定时器中断里，对超声波模块和温度传感器进行初始化，使超声波模块采集时间并计算出声速，温度传感器测出实时温度，并对声速进行温度补偿，mcu在flash查找相应声速的气体转换系数，对气体瞬时流量进行修正后，流量计算结果输出显示。