一种采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统的制作方法

本发明涉及计量技术领域，具体涉及一种采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统。

背景技术：

能源是人类赖以生存和发展的最重要物质基础，随着我国能源结构的优化调整，天然气(包括煤气、液化石油气等)作为重要的一次能源，在我国能源消费中的比例不断提高。对天然气流量进行正确、合理的计量工作，是天然气利用的重要环节之一。

在天然气的终端用户中，家庭用户相对于工商业用户在数量上占据着绝对的统治地位。目前，绝大多数家庭燃气用户仍使用膜式燃气表作为燃气计量器具。家庭燃气用户的燃气表计量特点是，燃气流量总量小但是流量波动频繁。故在家用膜式燃气表的研发试验中，耐久性试验是关键科目之一。针对家用膜式燃气表“碎片化使用场景明显”这一特点，在2019年12月01日实施的gb/t6968-2019《膜式燃气表》国家标准中，加入了有关“流量波动式循环周期法”的膜式燃气表耐久性试验要求，引入包含流量波动的耐久性试验，确保膜式燃气表在全寿命工况下的耐久性和可靠性。

目前，本院已成功研制出“一种负压法燃气表流量波动式机械耐久试验装置”和采用正压吹气法的“用于家用燃气表耐久试验的流量波动式循环周期试验装置”并已申请了实用新型专利。而本发明的发明人经过研究发现，这两类装置在进行流量调节时，均采用被测燃气表前后端的手动阀门进行流量手动调节，通过管道头部或尾部的三个气动阀门的快速开闭实现流量的波动和切换，以此虽然能满足流量波动的试验要求，但是其整体使用流程较为繁琐，而且流经被测膜式燃气表的流量控制精度不高。

因此，有必要进一步发展一型操作使用简便、流量控制精度、工作可靠、且技术指标满足gb/t6968-2019《膜式燃气表》国家标准中有关“流量波动式循环周期法的燃气表耐久性试验”要求的试验系统，以进行长时间可靠的燃气表流量波动式机械耐久性试验。

技术实现要素：

针对现有家用燃气表耐久试验的流量波动式循环周期试验装置，在进行流量调节时采用被测燃气表前后端的手动阀门进行流量手动调节，通过管道头部或尾部的三个气动阀门的快速开闭实现流量的波动和切换，以此虽然能满足流量波动的试验要求，但是其整体使用流程较为繁琐，而且流经被测膜式燃气表的流量控制精度不高的技术问题，本发明提供一种采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，该试验系统利用单个音速喷嘴的标准流量恒定的特性，采用多个不同标准流量的音速喷嘴构成音速喷嘴组，并利用电磁阀门控制气动阀门的开闭，来快速切换不同标准流量的音速喷嘴，实现流经被测燃气表的流量波动。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，包括前端阀门、多个被测燃气表、入口汇管、电磁气动阀门组、音速喷嘴组、单片机、出口汇管和空气压缩机，所述前端阀门的进气端通过管路与外部空气连通，多个所述被测燃气表通过管路串联或并联于入口汇管的一侧和前端阀门的出气端之间，所述电磁气动阀门组包括多个电磁气动阀门，每个电磁气动阀门均与单片机电气连接，所述音速喷嘴组包括与电磁气动阀门成对配置的多只音速喷嘴，所述音速喷嘴组中每只音速喷嘴的标准流量不同，多个所述电磁气动阀门通过管路并联连接于入口汇管的另一侧，每只所述音速喷嘴前端通过管路与一个电磁气动阀门连接，每只所述音速喷嘴后端通过管路与出口汇管的一侧连接，所述出口汇管的另一侧通过管路与空气压缩机连接。

与现有技术相比，本发明提供的采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，采用一组不同标准流量的音速喷嘴作为流量控制机构，避免了采用手动阀门调节气体流量带来的流量控制不够精确的问题，即燃气表的流量调节为音速喷嘴本身的固有流量，流量控制精度高，大大简化了实验步骤，通过快速开闭电磁气动阀门来切换不同标准流量的音速喷嘴，实现流经被测燃气表流量的变化，以达到流量波动式循环周期耐久性试验目的，整体系统的技术指标能够满足gb/t6968-2019《膜式燃气表》国家标准中有关“采用流量波动式循环周期法的燃气表耐久性试验”的所有技术参数要求，且不含精密减压阀等价格较高的器件，制造成本大大降低。

进一步，所述入口汇管的一侧和前端阀门的出气端之间通过管路串联有三个被测燃气表。

进一步，所述音速喷嘴组中每只音速喷嘴的标准流量采用二分法进行组合。

进一步，所述被测燃气表为串联的g6燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为10m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为6.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为3.33m³/h的音速喷嘴。

进一步，所述被测燃气表为串联的g4燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为6m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为4m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为2m³/h的音速喷嘴。

进一步，所述被测燃气表为串联的g2.5燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为4m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为2.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为1.33m³/h的音速喷嘴。

进一步，所述被测燃气表为串联的g1.6燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为2.5m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为1.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为0.83m³/h的音速喷嘴。

进一步，所述出口汇管的另一侧与空气压缩机之间的管路上还连接有稳压罐。

附图说明

图1是本发明实施例提供的采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统原理结构示意图。

图中，1、前端阀门；2、被测燃气表；3、入口汇管；4、电磁气动阀门组；5、音速喷嘴组；6、出口汇管；7、空气压缩机。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1所示，本发明提供一种采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，包括前端阀门1、多个被测燃气表2、入口汇管3、电磁气动阀门组4、音速喷嘴组5、单片机(图中未示)、出口汇管6和空气压缩机7，所述前端阀门1的进气端通过管路与外部空气连通，即前端阀门1的进气端气源为空气，气源压力为大气压力且压力稳定，多个所述被测燃气表2通过管路串联或并联于入口汇管3的一侧和前端阀门1的出气端之间，所述电磁气动阀门组4包括多个电磁气动阀门，每个电磁气动阀门均与现有的单片机电气连接，所述单片机用于控制电磁气动阀门的循环开闭，让气流循环通过不同标准流量的音速喷嘴，从而形成不同流量的气流，达到流量波动的目的，所述音速喷嘴组5包括与电磁气动阀门成对配置的多只音速喷嘴，即一个电磁气动阀门对应连接一只音速喷嘴，所述音速喷嘴组5中每只音速喷嘴的标准流量不同，多个所述电磁气动阀门通过管路并联连接于入口汇管3的另一侧，每只所述音速喷嘴前端通过管路与一个电磁气动阀门连接，每只所述音速喷嘴后端通过管路与出口汇管6的一侧连接，即入口汇管3和出口汇管6之间并联连接有多组成对配置的电磁气动阀门和音速喷嘴，所述出口汇管6的另一侧通过管路与空气压缩机7连接，所述空气压缩机7用于抽气形成负压，以保障音速喷嘴的正常工作。其中，前述音速喷嘴的具体结构属于本领域技术人员熟知的现有技术，其基本原理为：音速喷嘴是个渐缩的流量通道，气流经过渐缩段时，速度增加压力降低，当喷嘴的下游压力与上游压力之比达到临界状态(空气是0.528)时，音速喷嘴的最小截面(称为喉部)气流会达到当地音速，此时即便下游压力再下降，其流速(流量)也将保持恒定，这时流经音速喷嘴的流量称为临界流量；每个音速喷嘴制成后，其临界流量(也称标准流量)是恒定的，因而在本申请中根据需要的最大流量和最小流量范围，由多个不同标准流量的音速喷嘴形成音速喷嘴组，用以调节不同的流量。

与现有技术相比，本发明提供的采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，采用一组不同标准流量的音速喷嘴作为流量控制机构，避免了采用手动阀门调节气体流量带来的流量控制不够精确的问题，即燃气表的流量调节为音速喷嘴本身的固有流量，流量控制精度高，大大简化了实验步骤，通过快速开闭电磁气动阀门来切换不同标准流量的音速喷嘴，实现流经被测燃气表流量的变化，以达到流量波动式循环周期耐久性试验目的，整体系统的技术指标能够满足gb/t6968-2019《膜式燃气表》国家标准中有关“采用流量波动式循环周期法的燃气表耐久性试验”的所有技术参数要求，且不含精密减压阀等价格较高的器件，制造成本大大降低。

作为具体实施例，所述被测燃气表2的个数可任意加减，任意个数的被测燃气表可串联或并联，而被测燃气表的串联与并联会改变后端音速喷嘴组5的流量组合；作为一种具体实施方式，请参考图1所示，所述入口汇管3的一侧和前端阀门1的出气端之间通过管路串联有三个被测燃气表2。

作为具体实施例，所述音速喷嘴组5中每只音速喷嘴的标准流量采用二分法进行组合，具体在被测燃气表2串联的情况下，假如音速喷嘴组5中音速喷嘴的标准流量最大为10m³/h，则该组音速喷嘴可采用一只标准流量为10m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为5m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为2.5m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为1.25m³/h的音速喷嘴，以此类推，直至最小标准流量为0.016m³/h的音速喷嘴组成。当然，本领域技术人员也可采用定制的音速喷嘴组合来实现，具体如以下四种实施例。

作为一种具体实施例，所述被测燃气表2为串联的g6燃气表，对应所述音速喷嘴组5采用一只标准流量为10m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为6.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为3.33m³/h的音速喷嘴，即采用型号为g6的燃气表进行串联时，音速喷嘴组由前述标准流量为10m³/h、6.67m³/h和3.33m³/h的三只音速喷嘴组成。

作为另一种具体实施例，所述被测燃气表2为串联的g4燃气表，对应所述音速喷嘴组5采用一只标准流量为6m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为4m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为2m³/h的音速喷嘴，即采用型号为g4的燃气表进行串联时，音速喷嘴组由前述标准流量为6m³/h、4m³/h和2m³/h的三只音速喷嘴组成。

作为又一种具体实施例，所述被测燃气表为串联的g2.5燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为4m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为2.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为1.33m³/h的音速喷嘴，即采用型号为g2.5的燃气表进行串联时，音速喷嘴组由前述标准流量为4m³/h、2.67m³/h和1.33m³/h的三只音速喷嘴组成。

作为再一种具体实施例，所述被测燃气表为串联的g1.6燃气表，对应所述音速喷嘴组采用一只标准流量为2.5m³/h的音速喷嘴、一只标准流量为1.67m³/h的音速喷嘴和一只标准流量为0.83m³/h的音速喷嘴，即采用型号为g1.6的燃气表进行串联时，音速喷嘴组由前述标准流量为2.5m³/h、1.67m³/h和0.83m³/h的三只音速喷嘴组成。

作为具体实施例，所述出口汇管6的另一侧与空气压缩机7之间的管路上还连接有稳压罐(图中未示)，通过该稳压罐可以保障压力稳定，同时若设置稳压罐，则罐体上需要有可调节的抽气口和排水装置。

为了更好的理解本发明提供的采用音速喷嘴的燃气表流量波动式机械耐久试验系统，下面以型号为g2.5(最大标准流量为4m³/h)的燃气表串联时的流量波动耐久性试验为例，说明本套系统的具体工作流程：

1)被测燃气表前端连接大气，开启图1中的前端阀门，并开启尾部的空气压缩机形成负压，确保音速喷嘴的下游压力与上游压力之比达到临界状态；

2)开始进行流量波动式机械耐久性试验，打开标准流量为2.67m³/h(2/3qmax)音速喷嘴前的电磁气动阀门，关闭其他电磁气动阀门，使气流只流经标准流量为2.67m³/h的音速喷嘴，运行时间为5±1s；再打开标准流量为1.33m³/h(1/3qmax)音速喷嘴前的电磁气动阀门，关闭其他电磁气动阀门，使气流只流经标准流量为1.33m³/h的音速喷嘴，运行时间为3±1s；再打开标准流量为4m³/h(qmax)音速喷嘴前的电磁气动阀门，关闭其他电磁气动阀门，使气流只流经标准流量为4m³/h的音速喷嘴，运行时间为5±1s；最后关闭所有电磁气动阀门，流量为0，持续运行3±1s，以此完成一个循环，且在任一流量点的试验时间是可调节的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。