一种混合可燃性气体流量标定装置及其工作方法与流程

1.本发明涉及气体流量标定技术领域，是一种混合可燃性气体流量标定装置及其工作方法 。


背景技术：

2.在对气体，特别是混合性可燃气体（例如cng，煤气等）进行计量时，电子测量相比传统机械测量的优越性，但是却面临缺乏标定装置的困境。传统的机械燃气表采用空气标定，精度等效采用的方式用于实际气体的测量，并且不区分被测气体的组份构成。而多数电子测量方法（超声波、mems、电化学等）在原理上对于混合气体的组份、温度和压力敏感，因此不能像机械表那样做精度等效的假设。
3.现有的气体流量电子计量设备大多采用和机械式相同的空气标定法，使用音速喷嘴、钟罩等设备完成。在用于实气测量时，采用两种方法：1）遵循原有的精度等效采用的产品标准，2）和机械式表计串联，构造有限的流量点，通过实际测量获得电子气表和机械表计之间的误差，进而进行数学修正的方法。
4.3）采用等级精度较高钟罩式气体流量标准装置或活塞式气体流量标准装置作为标准器，采用抽真空等方式对管道、设备进行气体置换，检测被检表；上述技术方案在用于泛能系统的终端设计时，都存在一些无可客服的障碍，主要表现在：空气计量结果等效采用，实际上缺乏直接的理论依据，藏匿了严重的计量误差； 串联修正存在两个隐患：第一作为标准器的机械式表计的精度往往低于电子表计，其对比结果的准确性缺乏依据；第二由于缺乏精准的测试装置和方法，无法准确得到流量点上与计量误差的对应关系，后期修正缺乏精确可靠的分析数据源。
5.此外，这两个方法都是基于有限气体样本来做的，而且cng等混合气体的成分不断变化，更进一步降低了电子计量表计的可信度，限制了电子计量的气体流量检测产品的市场推广和气体流量计量原理的根本突破。若采用抽真空方式进行置换，对设备承压能力要求较高，装置复杂，设备成本非常高。
6.因此，亟需一种混合可燃性气体流量标定装置，用以解决现有技术存在的不足。


技术实现要素：

7.发明目的：针对上述现有技术中的存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种混合可燃性气体流量标定装置及其工作方法。
8.技术方案：为达到上述目的，本发明所述的一种混合可燃性气体流量标定装置，包括：活塞式气体流量标准装置一，包括一个缸体，所述缸体内设有活塞一；活塞式气体流量标准装置二，包括一个缸体，所述缸体内设有活塞二；步进电机，包括步进电机一和步进电机二，步进电机一和步进电机二分别控制活塞一和活塞二在缸体内按照一定的速度移动，产生稳定的流速；气体分析仪，用于对气体中关键组份的浓度分析，可以根据实际需要更
换，尤其是对氧化性气体进行分析；u型压力计，用于观察活塞式气体流量标准装置一和活塞式气体流量标准装置二运行时气体流速稳定情况。计算机采集控制系统，完成气体分析仪、被测表、活塞式气体流量标准装置一、活塞式气体流量标准装置二以及压力、温度传感器的信息采集，并对各个阀门的实时控制，并以此完成误差分析和统计。误差分析与统计是计算机采集控制系统重要功能，计算机采集控制系统读取活塞一或活塞二的位置，来判断行程计算出标准体积，然后再读取被测表的对应走过气量，比较两者之间的流量偏差，从而计算出被测表的计量误差。该装置除了最常用的民用燃气表计的标定和计量鉴定，可广泛医疗器械、半导体工业等其它气体流量设备的程中。
9.进一步地，所述计算机采集控制系统是通过读取活塞式气体流量标准装置一或活塞式气体流量标准装置二内活塞的位置，来判断行程计算出标准体积，然后再读取被测仪表的对应走过起量，比较两者之期间的误差。
10.进一步地，活塞式气体流量标准装置一和活塞式气体流量标准装置二作为标准器，同时互相为对方计量时的排气容器，活塞式气体流量标准装置一用于气体计量时，活塞式气体流量标准装置一内的气体被活塞挤压排入活塞式气体流量标准装置二内，活塞式气体流量标准装置二用于气体计量时，活塞式气体流量标准装置二内的气体被活塞挤压排入活塞式气体流量标准装置一内。
11.进一步地，所述活塞式气体流量标准装置一和活塞式气体流量标准装置二分别通过管路一、管路二与被检表连通；所述u型压力计和被检表均与气体分析仪连接。
12.进一步地，所述管路一连接进气管路，所述进气管路上设有气动阀门十四，所述活塞式气体流量标准装置一与被检表连接的管路一上设有气动阀门五和气动阀门十七，所述活塞式气体流量标准装置二与被检表连接的管路二上设有气动阀门六和气动阀门十六，所述活塞式气体流量标准装置一与管路二之间的管路三上设有气动阀门四，所述活塞式气体流量标准装置二与管路一之间的管路四上设有气动阀门三，所述管路三与气体分析仪之间的管路五上设有气动阀门十三，所述管路五与被检表之间设有气动阀门十九，被检表上设有管路六，所述管路六上设有气动阀门十八。
13.进一步地，所述阀门三、阀门四、阀门五和阀门六阀门十三、阀门十四、阀门十五、阀门十六、阀门十七、阀门十八、阀门十九均为气动阀门。阀门三、阀门四、阀门五和阀门六的主要作用是作为气体内循环时，切换气体流向，辅助作用是清洗气路；阀门十八的作用是完成一次测试后，更换被测表时，关闭其他气路，通过阀门十八可以单独对新更换的被测表进行部分气路清洗。
14.进一步地，所述被检表可以是蜗轮、腰轮、皮膜表、超声波燃气表、mems燃气表中的一种。
15.进一步地，所述步进电机一和步进电机二为贯通式直线步进电机。
16.进一步地，所述计算机采集控制系统包括plc控制器、pc机及控制软件。
17.一种混合可燃性气体流量标定装置的工作方法，具体如下：（1）首先打开所有阀门，步进电机将活塞式气体流量标准装置一和活塞式气体流量标准装置内的活塞运动至缸体最底端，排除缸体内气体，然后关闭所有阀门；（2）打开阀门十四和阀门十三，阀门十六和阀门十七；阀门三和阀门四，从阀门十四处进气管路的进气口处输入惰性气体，清洗掉管路中的氧气，避免发生燃烧或爆炸；
（3）关闭阀门三和阀门四，打开阀门五和阀门六，重复第2步，清洗阀门五所在的管路二、阀门六所在的管路一；（4）将氮气置换为需要使用的混合气体，重复2和3，完成气路的置换；（5）在置换过程中，观察气体分析仪的读数，以判定置换程度；（6）气路置换完成后，关闭阀门十三，锁定活塞式标准气体流量装置一的活塞一，在气体压力下，活塞式标准气体流量装置一2的活塞二移动，气体进入活塞式标准气体流量装置2的缸体；（7）完成置换后，关闭阀门十四，打开阀门十三，开始运行；（8）打开阀门三和阀门四，关闭阀门五和阀门六，计算机采集控制系统读取装置读数，步进电机一控制活塞一向右运动，气体从阀门十六流向阀门十七，完成一次计量标定测试；（9）打开阀门四和阀门六，关闭阀门三和阀门四，计算机采集控制系统读取装置读数，步进电机二控制活塞二向左运动，气体从阀门十六流向阀门十七；（10）重复步骤8和9；(11)需要更换被检表20时，关闭阀门十三，阀门十六和阀门十七，打开阀门十八、阀门十九，可以单独置换本段气路。
18.上述技术方案可以看出，本发明的有益效果为：（1）本发明所述的一种混合可燃性气体流量标定装置，计量精度高，性能稳定可靠；结构简单，成本低；置换简单可靠，只需要置换管路，大大降低置换对混合气体的浪费；（2）本发明所述的一种混合可燃性气体流量标定装置，使用气体分析仪，用于对气体中的关键成分浓度分析，作为气体置换、清扫过程的结束判断，功能灵活且成本较低，特别适应于天然气这种组份多样而可变的复杂环境；集中式的信息采集、温压补偿和误差计算设计方法，则便于快速完成测试结果的整理和输出。
19.（3）本发明所述的一种混合可燃性气体流量标定装置，充分考虑到被测气体的有毒、有害、可燃等危险性，以及不同成分气体残留对检测结果的影响，结合自动控制、数据通信、在线软件分析等技术，提高装置的安全性、便利性和可扩展性。
20.（4）本发明所述的一种混合可燃性气体流量标定装置，工作时，步进电机推动活塞尽量排空两个标准装置内的空气，避免可燃气体混入而造成爆炸危险，再用氮气等惰性气体进行清洗，然后注入测试用易燃易爆气体，在装置内维持所需的稳定压力后，计算机控制系统采集到标准流速和被测表的输出流速，并根据两处的温度压力信息进行必要的温压补偿，得到被测表和标准流量之间的计量误差。
附图说明
21.图1为本发明的结构示意图。
22.图中：活塞式气体流量标准装置一1、活塞一、活塞式气体流量标准装置二2、活塞二21、步进电机一3、步进电机二4、气体分析仪5、u型压力计6、被检表7、计算机采集控制系统8、操作台9、管路一100、管路二101、管路三103、管路四104、管路五105、管路六106、阀门三3a、阀门四4a、阀门五5a、阀门六6a、阀门十三13a、阀门十四14a、阀门十五15a、阀门十六16a、阀门十七17a、阀门十八18a、阀门十九19a。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
24.如图1所示的一种混合可燃性气体流量标定装置，包括：活塞式气体流量标准装置一1，包括一个缸体，所述缸体内设有活塞一11；活塞式气体流量标准装置二2，包括一个缸体，所述缸体内设有活塞二21；步进电机，包括步进电机一3和步进电机二4，步进电机一3和步进电机二4分别控制活塞一11和活塞二21在缸体内按照一定的速度移动，产生稳定的流速；气体分析仪5，用于对气体中关键组份的浓度分析，可以根据实际需要更换，尤其是对氧化性气体进行分析；u型压力计6，用于观察活塞式气体流量标准装置一1和活塞式气体流量标准装置二2运行时气体流速稳定情况；被检表7，安装在操作台9上，用于测定气体的输出流速；计算机采集控制系统8，完成气体分析仪5、被测表6、活塞式气体流量标准装置一1、活塞式气体流量标准装置二2以及压力、温度传感器的信息采集，并对各个阀门的实时控制，并以此完成误差分析和统计；所述计算机采集控制系统8是通过读取活塞式气体流量标准装置一1或活塞式气体流量标准装置二2内活塞的位置，来判断行程计算出标准体积，然后再读取被测仪表7的对应走过起量，比较两者之期间的误差。
25.本发明中活塞式气体流量标准装置一1和活塞式气体流量标准装置二2作为标准器，同时互相为对方计量时的排气容器，活塞式气体流量标准装置一1用于气体计量时，活塞式气体流量标准装置一1内的气体被活塞挤压排入活塞式气体流量标准装置二2内，活塞式气体流量标准装置二2用于气体计量时，活塞式气体流量标准装置二2内的气体被活塞挤压排入活塞式气体流量标准装置一1内。
26.其中，所述活塞式气体流量标准装置一1和活塞式气体流量标准装置二2分别通过管路一100、管路二101与被检表7连通；所述u型压力计5和被检表7均与气体分析仪6连接。
27.本实施例中所述管路一100连接进气管路103，所述进气管路103上设有气动阀门十四14a，所述活塞式气体流量标准装置一1与被检表7连接的管路一100上设有气动阀门五5a和气动阀门十七17a，所述活塞式气体流量标准装置二2与被检表7连接的管路二101上设有气动阀门六6a和气动阀门十六16a，所述活塞式气体流量标准装置一1与管路二2a之间的管路三103上设有气动阀门四4a，所述活塞式气体流量标准装置二2与管路一100之间的管路四104上设有气动阀门三3a，所述管路三103与气体分析仪5之间的管路五105上设有气动阀门十三13a，所述管路五105与被检表7之间设有气动阀门十九19a，被检表7上设有管路六106，所述管路六106上设有气动阀门十八18a。
28.本实施例中所述阀门三3a、阀门四4a、阀门五5a、阀门六6a、阀门十三13a、阀门十四14a、阀门十五15a、阀门十六16a、阀门十七17a、阀门十八18a、阀门十九19a均为气动阀门。
29.本实施例中所述被检表7可以是蜗轮、腰轮、皮膜表、超声波燃气表、mems燃气表中的一种。
30.本实施例中所述步进电机一3和步进电机二4为贯通式直线步进电机。
31.本实施例中所述计算机采集控制系统8包括plc控制器、pc机及控制软件， plc控制器用于整个系统的温度、压力、分析结果、计量结果的采集，以及对各个阀门的实时控制；控制软件安装在pc机中，用于完成误差分析和统计，即根据被测表和标准器之间的流量偏
差，计算被测表的计量误差。
32.工作时，步进电机一3推动活塞一11、步进电机二4推动活塞二21尽量排空活塞式气体流量标准装置一1和活塞式气体流量标准装置二2内空气，避免可燃气体混入而造成爆炸危险，再用惰性气体进行清洗，对管路内的原有的气体环境进行置换，清扫完成后容器中充满惰性气体，便于下一步的排空或输入操作；然后注入测试用易燃易爆气体，在装置内维持所需的稳定压力后，计算机控制系统8采集到标准流速和被测表7的输出流速，并根据两处的温度压力信息进行必要的温压补偿，得到被测表7和标准流量之间的计量误差。本实施例中采用氮气作为清洗管路的气体。
33.本发明中混合可燃性气体流量标定装置的工作方法， 具体步骤如下：（1）首先打开所有阀门，步进电机将活塞式气体流量标准装置一1和活塞式气体流量标准装置2内的活塞运动至缸体最底端，排除缸体内气体，然后关闭所有阀门；（2）打开阀门十四14a和阀门十三13a，阀门十六16a和阀门十七17a，阀门三3a和阀门四4a，从阀门十四14a处进气管路103的进气口处输入惰性气体，清洗掉管路中的氧气，避免发生燃烧或爆炸；（3）关闭阀门三3a和阀门四4a，打开阀门五5a和阀门六6a，重复第2步，清洗阀门五5a所在的管路二101、阀门六6a所在的管路一100；（4）将氮气置换为需要使用的混合气体，重复2和3，完成气路的置换；（5）在置换过程中，观察气体分析仪5的读数，以判定置换程度；（6）气路置换完成后，关闭阀门十三13a，锁定活塞式标准气体流量装置一1的活塞，在气体压力下，活塞式标准气体流量装置er1的活塞一11移动，气体进入活塞式标准气体流量装置2的缸体；（7）完成置换后，关闭阀门十四14a，打开阀门十三13a，开始运行；（8）打开阀门三3a和阀门四4a，关闭阀门五5a和阀门六6a，计算机采集控制系统8读取装置读数，步进电机一3控制活塞一11向右运动，气体从阀门十六16a流向阀门十七17a，完成一次计量标定测试；（9）打开阀门四4a和阀门六6a，关闭阀门三3a和阀门四4a，计算机采集控制系统8读取装置读数，步进电机二4控制活塞二21向左运动，气体从阀门十六16a流向阀门十七17a；（10）重复步骤8和9；（11）需要更换被检表7时，关闭阀门十三13a，阀门十六16a和阀门十七17a，打开阀门十八18a、阀门十九19a，可以单独置换本段气路，惰性气体从阀门十八18a处的进气口进入，经过阀门十九19a，被检表20，最后从气体分析仪5中排出。
34.实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价均落于本技术所附权利要求所限定的范围。