CN111998920B - 燃气表实流带压气体流量标准装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气表实流带压气体流量标准装置及测试方法,所述燃气表实流带压气体流量标准装置包括天然气罐、真空罐、高低温箱及设置于所述高低温箱内的燃气表，分别设置于所述高低温箱进气侧的第二热交换机和排气侧的第一热交换机，一大一小两个标准容器罐组和与其对应设置的伺服动力系统，还包括各个连接的管路和设置于所述管路中用于控制的多个燃气阀、进气阀、回气阀、空气阀及真空阀。本发明装置能主动将测试用天然气回收到原来的天然气罐内，并且通过真空系统和配气吹扫系统可以将测试前空气排空，导入纯净的被测气体。测试后残余气体会被真空系统吸入真空罐内，确保测试气体的纯净度，和测试燃气回收彻底。

Description

燃气表实流带压气体流量标准装置及测试方法

【技术领域】

本发明涉及气体流量测量技术领域，特别涉及一种燃气表实流带压气体流量标准装置及测试方法。

【背景技术】

燃气表是我国工用及民用燃气流量的重要计量工具，其技术水平与质量稳定性是人民生命财产安全的基础保障,是整个燃气供应产业链中必不可少的部分。从市场机会来看，伴随着我国工用及民用燃气需求量的不断加大，燃气表具需求逐渐增大，巨大的市场空间对燃气表产业发展是一个极大的推动。

从结构上来看主要包括第一代燃气表膜式表(机械式)和第二代超声波燃气表(非机械式)。另外燃气表产品更新换代(一般燃气表的更新时间为6-10年)势必会推动燃气表市场需求，以及燃气市场对相关燃气表产品的安装和置换需求，而这种需求势必拉动燃气表产业升级，促进燃气表技术的不断升级和更新换代，

随着能源结构的调整，全球天然气能源开发应用具步入快速发展期，城市气化率将越来越高，燃气表在未来的国内外市场有着远大的发展前景。在研发、生产、校验、测试等环节都对标准装置提出更高的要求，目前主流的气体流量标准装置都有一定优点同时，明显还有更多缺陷。

在我国燃气表行业目前还是多数为膜式表为主，它具有成熟的生产检测技术工艺并且还有非常完善的国家标准校准规范等技术标准文件等。同时具备低廉的价格让客户和用户都能接受的了。但是随着城市用气的结构改变。宽量程、低下限、体积庞大笨重等的问题越来越受到生产厂家的重视。

超声波燃气表的出现在某种程度上解决了膜式燃气表部分问题如：体积小量程窄没有可动部件等，同时在生产工艺与技术、性能测试装备与技术、量值传递标准装置的等领域还处于前期阶段。经过前期技术交流和大量的调研发现表具生产工厂和检测机构在超声波研发生产校准过程中没有一套先进的气体流量标准装置，才造成他们产品迟迟无法应用和推广。

【发明内容】

有鉴于此，为克服现有技术的不足，本发明提供一种燃气表实流带压气体流量标准装置及测试方法，尤其适用于超声波燃气表，采用体积法，兼有实气循环测试、实气收集、泄露报警等功能，可以产生稳定的、标准的不同气流，可以测试超声波燃气表不同温度下、不同流速下的性能，是超声波燃气表实气、空气高低温性能测试的理想设备，并可实现回收燃气，经济环保。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

燃气表实流带压气体流量标准装置，包括天然气罐、真空罐、高低温箱及设置于所述高低温箱内的燃气表，分别设置于所述高低温箱进气侧的第二热交换机和排气侧的第一热交换机，一大一小两个标准容器罐组和与其对应设置的伺服动力系统，还包括各个连接的管路和设置于所述管路中用于控制的燃气阀、进气阀、回气阀、空气阀及真空阀。

所述天然气罐通过管路连接所述一大一小两个标准容器罐组，并在所述管路中设置燃气阀；所述一大一小两个标准容器罐组的同一侧连接第二热交换机，所述第二热交换机连接所述高低温箱的一侧，所述第二热交换机还通过管路与外部的空气连通，并在所述管路中设置空气阀；所述真空罐通过管路连接所述第一热交换机与高低温箱的共同端，并在所述管路中设置真空阀。

所述高低温箱的另一侧连接第一热交换机，所述第一热交换机通过另一管路再连接所述一大一小两个标准容器罐组，形成一个气体流通的回路。

较佳的，所述燃气阀设置两个，位于天然气罐的连接管路上；所述空气阀及真空阀均各设置一个，所述进气阀与回气阀设置四组共八个，分别安装于各个连接管路中。

进一步，所述进气阀及回气阀分别安装于所述一大一小两个标准容器罐组、两个热交换机及高低温箱的各个连接管路中，所述第一热交换机与高低温箱的连接管路中设置进气阀与回气阀；所述第二热交换机与所述一大一小两个标准容器罐组两侧的连接管路中分别设置进气阀与回气阀。

进一步，所述一大一小两个标准容器罐组是指大标准容器罐组和小标准容器罐组，分为大容器罐100L和小容器罐10L，当气体流量在16～1000L/h的范围内启用小标准容器罐组，当气体流量范围在2～10m³/h启用大标准容器罐组。

较佳的，所述大标准容器罐组包含两个左右对称设置的100L容器罐缸体，在中间设置第一伺服动力系统，并在所述100L容器罐缸体的外部连接管路中设置进气阀与回气阀，用于进气或排气。

所述小标准容器罐组包含两个左右对称设置的10L容器罐缸体，在中间设置第二伺服动力系统，并在所述10L容器罐缸体的外部连接管路中设置进气阀与回气阀，用于进气或排气。

较佳的，同样标准的两个容器罐缸体位于同一轴线上，一个高精度伺服动力系统确保运动精度，主动给进方便采用吸排同步的创新设计方法。

所述第二伺服动力系统与第一伺服动力系统的结构及运行原理一样。

进一步，所述伺服动力系统均包括一个高精度伺服电机和两个活塞，所述高精度伺服电机的两侧各连接一个活塞，每个活塞设置于对应侧的容器罐缸体内，组成双缸体主动式活塞标准容器罐。

进一步，所述高精度伺服电机的两侧分别通过精密滚珠丝杠连接对应的活塞，所述高精度伺服电机的底部设置采集编码器，所述精密滚珠丝杠的外侧设置高精度电子光栅尺，可以确保其运动精度，高精度脉冲当量可以做到10000P/L和2000P/mm的线性长度分辨率，远远超过现有1000P/mm的进度。

上述各个进气阀及连接管路和各功能装置构成燃气进气回路，所述各个回气阀及连接管路和各功能装置构成燃气回收回路。

较佳的，所述天然气罐的连接管路内接入配气吹扫系统，所述配气吹扫系统包括配气吹扫阀、精密配气仪和与其分别连接的各个气体储存罐，所述气体储存罐包括甲烷气体罐、丙烷气体罐及氮气体罐，或者其它所需种类的气体罐。

所述配气吹扫系统的作用是：因为仅采用真空系统抽气法，很难排空装置内残余的空气，这样导致在注入天然气时其浓度受影响，所以增加配气吹扫系统后，通过精密配气仪导入适量的甲烷、丙烷或氮气等气体配比成比较接近的天然气成分，这样使天然气的浓度更高，测试数据更精确。

本发明装置能主动将测试用天然气回收到原来的天然气罐内，并且通过真空系统和配气吹扫系统可以将测试前的空气排空并且导入纯净的被测气体；测试后残余气体吸入真空罐内，确保测试气体的纯净度，和测试燃气回收彻底。

本发明还涉及燃气表实流带压气体流量标准装置的测试方法，包括以下步骤：

(1)设置初始状态，启用大标准容器罐组及对应的伺服动力系统，一侧的第一容器罐缸体的容积等于0，另一侧的第二容器罐缸体的容积100L；

(2)启用配气吹扫系统，精密配气仪按照被测量气体的成分进行配置，打开配气吹扫阀进行空气排除，同时打开真空系统进行吹扫气体的吸出；

(3)当所有残余吹扫气体进入所述真空罐内，再打开燃气阀和各个进气阀，向各装置内注入天然气，待压力达到测试的压力时，关闭所述天然气罐连接管路上的燃气阀，准备进入测试状态；

(4)开始进气测试时，启动对应的伺服动力系统，高精度伺服电机缓缓带动精密滚珠丝杠作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

(5)上位机实时采集标准装置的输出脉冲信号和被测燃气表的输出信号进行实时数据分析和高速运算；

(6)待上述流程测试完后，关闭各个进气阀切换到回气管路，打开各个回气阀，让回气系统开始工作；

(7)回气测试时，启动高精度伺服电机缓缓带动精密滚珠丝杠作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

(8)当气体流量范围在16～1000L/h，启用小标准容器罐组及对应的伺服动力系统，测试流程同上；

(9)被检燃气表完成上述进气和回气测试流程后，系统自动关闭上述进气阀和回气阀；

(10)启动真空罐装置，打开空气阀和真空阀，快速抽空所述燃气表内的残余气体，安装在管路内的燃气传感器检测安全后，自动释放被检燃气表。

上述步骤(4)中的上位机是外部连接的工控机或电脑终端，对被测燃气表和标准装置的输出信号进行运算和分析比对。

进一步，当所有燃气表测试完需要进气燃气回收时，必须在表具没有卸下之前，先将燃气回收到大标准容器罐组的第二容器罐缸体内；

然后关闭所述第二容器罐缸体连接管路上的回气阀和进气阀，打开燃气阀，启动收气程序，当活塞推进一半的时候，第一容器罐缸体形成真空状态后，开启空气阀补入空气；再继续推动活塞直到第一容器罐缸体内的燃气全部回收完毕，关闭所述燃气阀，打开真空阀让所有气体进入真空罐，整个收气过程结束。

本发明对其它气体表具进行实流带压流量校准测试也适用，不仅限于燃气表，其它气体测试也适用，测试原理及结构在本发明描述的范围内也受保护。

本发明的有益效果是，本发明采用体积法，兼有实气循环测试、实气收集、泄露报警等功能，可以产生稳定的、标准的不同气流，可以测试超声波燃气表不同温度下、不同流速下的性能，是超声波燃气表实气、空气高低温性能测试的理想设备，并可实现回收燃气，经济环保，值得推广应用。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构原理示意图。

图中，1、天然气罐，2、高低温箱，3、燃气表，4、真空罐，5、大标准容器罐组，6、小标准容器罐组，7、高精度伺服电机，71、采集编码器，8、精密滚珠丝杠，9、高精度电子光栅尺，10、活塞，01、第一热交换机，02、第二热交换机；

001、燃气阀，002、燃气阀，11、空气阀,31、真空阀，21、进气阀，22、进气阀，23、进气阀，24、进气阀，41、回气阀，42、回气阀，43、回气阀，回气阀44；51、配气吹扫阀；52、精密配气仪，53、甲烷气体罐，54、丙烷气体罐，55、氮气体罐，56、备用气体罐。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

参照图1，燃气表实流带压气体流量标准装置，包括天然气罐1、真空罐4、高低温箱2及设置于所述高低温箱2内的燃气表3，分别设置于所述高低温箱2进气侧的第二热交换机02和排气侧的第一热交换机01，大标准容器罐组5、小标准容器罐组6和与其对应设置的伺服动力系统，各个连接管路和设置于所述管路中用于控制的燃气阀001、燃气阀002、空气阀11、真空阀31，进气阀21、进气阀22、进气阀23、进气阀24，回气阀41、回气阀42、回气阀43及回气阀44。

天然气罐1通过管路分别连接大标准容器罐组5、小标准容器罐组6，并在所述管路中设置燃气阀001与燃气阀002。大标准容器罐组5、小标准容器罐组6的同一侧连接第二热交换机02，并在连接管路中设置进气阀22；所述第二热交换机02再连接所述高低温箱2的一侧，所述第二热交换机02还通过管路与外部的空气连通，并在所述管路中设置空气阀11。所述真空罐4通过管路连接所述第一热交换机01与高低温箱2的共同端，并在所述管路中设置真空阀31。

所述高低温箱3的另一侧连接第一热交换机01，并在连接管路中设置进气阀23与回气阀43，所述第一热交换机01通过另一管路再连接所述大标准容器罐组5、小标准容器罐组6，形成一个气体流通的回路。

上述进气阀21、进气阀22、进气阀23、进气阀24及连接管路和各功能装置构成燃气进气回路，回气阀41、回气阀42、回气阀43及回气阀44及连接管路和各功能装置构成燃气回收回路。

较佳的，天然气罐1的连接管路内还接入配气吹扫系统，所述配气吹扫系统包括配气吹扫阀51、精密配气仪52和与其分别连接的各个气体储存罐，所述气体储存罐包括甲烷气体罐53、丙烷气体罐54、氮气体罐55与备用气体罐56，备用气体罐用于储存其它所需种类的气体。

所述配气吹扫系统的作用是：因为仅采用真空系统抽气法，很难排空装置内残余的空气，这样导致在注入天然气时其浓度受影响，所以增加配气吹扫系统后，通过精密配气仪52导入适量的甲烷、丙烷或氮气等气体配比成比较接近的天然气成分，这样使装置内的天然气的纯度更高，测试数据更精确。

大标准容器罐组5包含两个左右对称设置的100L容器罐缸体A缸与B缸，在中间设置第一伺服动力系统，并在A缸的外部连接管路中设置进气阀24与回气阀41，在B缸的外部连接管路中设置进气阀21与回气阀44，分别用于控制进气或排气。

所述第一伺服动力系统包括一个高精度伺服电机7和两个活塞10，所述高精度伺服电机7的两侧各连接一个活塞10，两个活塞10设置于对应侧的容器罐缸体A缸与B缸内，组成双缸体主动式活塞标准容器罐。

高精度伺服电机7的两侧分别通过精密滚珠丝杠8连接对应的活塞10，所述高精度伺服电机7的底部设置采集编码器71，精密滚珠丝杠8的外侧设置高精度电子光栅尺9，可以确保其运动精度，高精度脉冲当量可以做到10000P/L和2000P/mm的线性长度分辨率，远远超过现有1000P/mm的进度。

所述小标准容器罐组包含两个左右对称设置的10L容器罐缸体C缸与D缸，在中间设置第二伺服动力系统，并在C缸及D缸的外部连接管路中同样设置进气阀与回气阀，分别用于控制进气或排气。

所述第二伺服动力系统与第一伺服动力系统的结构及运行原理一样。

同样标准的两个容器罐缸体位于同一轴线上，一个高精度伺服动力系统确保运动精度，主动给进方便采用吸排同步的创新设计方法。

本发明还涉及燃气表实流带压气体流量标准装置的测试方法，包括以下步骤：

(1)设置初始状态，启用大标准容器罐组5及对应的伺服动力系统，使其一侧的容器罐缸体A缸的容积等于0，另一侧的容器罐缸体B缸的容积100L；

(2)启用配气吹扫系统，精密配气仪52按照被测量气体的成分进行配置，打开配气吹扫阀51进行空气排除，同时打开真空系统进行吹扫气体的吸出；

(3)设置初始状态时，先打开燃气阀001与燃气阀002和大标准容器罐组5的A缸连接管路上的回气阀41、回气阀42及真空阀31，放入天然气进入B缸的罐体内，此时对应的伺服控制系统开始向另外侧A缸的罐体移动，B缸的罐体空间越来越大，进入天然气也就越来越多。同时另外一侧的A缸的罐体空间越来越小，排除多余气体被真空系统回收，当B缸的容积达到100L时，A缸的容积为0。

当所有残余吹扫气体进入所述真空罐内4，再打开进气阀21、进气阀22、进气阀23、进气阀24，向各装置内注入天然气，待压力达到测试的压力时，关闭所述天然气罐1连接管路上的燃气阀001与燃气阀002，准备进入测试状态；

(4)开始进气测试时，启动对应的伺服动力系统，高精度伺服电机7缓缓带动精密滚珠丝杠8作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

(5)上位机实时采集标准装置的输出脉冲信号和被测燃气表的输出信号进行实时数据分析和高速运算；

(6)待上述流程测试完后，关闭进气阀21、进气阀22、进气阀23、进气阀24切换到回气管路，打开回气阀41、回气阀42、回气阀43及回气阀44，让回气系统开始工作；

(7)回气测试时，启动高精度伺服电机7缓缓带动精密滚珠丝杠8作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

(8)当气体流量范围在16～1000L/h，启用小标准容器罐组6及对应的伺服动力系统，测试流程同上；

(9)被检燃气表完成上述进气和回气测试流程后，系统自动关闭上述进气阀22、进气阀23和回气阀42、回气阀43；

(10)启动真空罐4装置，打开空气阀11和真空阀31，快速抽空所述燃气表内的残余气体，安装在管路内的燃气传感器检测安全后，自动释放被检燃气表。

进一步，当所有燃气表测试完需要进气燃气回收时，必须在表具没有卸下之前，先将燃气回收到大标准容器罐组5的容器罐缸体B缸内。

然后关闭回气阀44和进气阀21，打开燃气阀001和燃气阀002，启动收气程序，当活塞推进一半的时候，容器罐A缸形成真空状态后，开启空气阀11补入空气；再继续推动活塞直到把容器罐A缸内的燃气全部回收完毕，关闭燃气阀01，打开真空阀31让所有气体进入真空罐4，整个收气过程结束。

本发明装置能主动将测试用天燃气回收到原来的天燃气罐1内，并且通过真空系统和配气吹扫系统可以将测试前空气排空，导入纯净被测气体。测试后残余气体会被真空系统吸入真空罐4内。确保测试气体的纯净度，和测试燃气回收彻底。

本发明采用标准体积法，通过温度压力采集补偿功能可以提供工况流量和标况流量，兼有实气循环测试、实气收集、泄露报警等功能，可以实现系统带压4Bar工作压力，同时输出不同实流气体标准流量值，其流量范围10～10000L/h，和-25℃～60℃高低温测试环境。

本发明对其它气体表具进行实流带压流量校准测试也适用，不仅限于燃气表，对其它气体测试也适用，测试原理及结构在本发明描述的范围内也受保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.燃气表实流带压气体流量标准装置，其特征在于，包括天然气罐、真空罐、高低温箱及设置于所述高低温箱内的燃气表，分别设置于所述高低温箱进气侧的第二热交换机和排气侧的第一热交换机，一大一小两个标准容器罐组和与其对应设置的伺服动力系统，还包括各个连接的管路和设置于所述管路中用于控制的燃气阀、进气阀、回气阀、空气阀及真空阀；

所述天然气罐通过管路连接所述一大一小两个标准容器罐组，并在所述管路中设置所述燃气阀；所述一大一小两个标准容器罐组的同一侧连接第二热交换机，所述第二热交换机连接所述高低温箱的一侧，所述第二热交换机还通过管路与外部的空气连通，并在所述管路中设置所述空气阀；所述真空罐通过管路连接所述第一热交换机与高低温箱的共同端，并在所述管路中设置所述真空阀；

所述高低温箱的另一侧连接第一热交换机，所述第一热交换机通过另一管路再连接所述一大一小两个标准容器罐组，形成一个气体流通的回路；

所述进气阀及回气阀分别安装于所述一大一小两个标准容器罐组、两个热交换机及高低温箱的各个连接管路中；

所述伺服动力系统均包括一个高精度伺服电机和两个活塞，所述高精度伺服电机的两侧各连接一个活塞，每个活塞设置于对应侧的容器罐缸体内，组成双缸体主动式活塞标准容器罐；

所述高精度伺服电机的两侧分别通过精密滚珠丝杠连接对应的活塞，所述高精度伺服电机的底部设置采集编码器，所述精密滚珠丝杠的外侧设置高精度电子光栅尺；

所述天然气罐的连接管路内接入配气吹扫系统，所述配气吹扫系统包括配气吹扫阀、精密配气仪和与其分别连接的各个气体储存罐，所述气体储存罐包括甲烷气体罐、丙烷气体罐及氮气体罐。

2.根据权利要求1所述的燃气表实流带压气体流量标准装置，其特征在于，所述一大一小两个标准容器罐组是指大标准容器罐组和小标准容器罐组，分为大容器罐100L和小容器罐10L，当气体流量在16～1000L/h的范围内启用小标准容器罐组，当气体流量范围在2～10m³/h启用大标准容器罐组。

3.根据权利要求2所述的燃气表实流带压气体流量标准装置，其特征在于，所述大标准容器罐组包含两个左右对称设置的100L容器罐缸体，在中间设置第一伺服动力系统。

4.根据权利要求2所述的燃气表实流带压气体流量标准装置，其特征在于，所述小标准容器罐组包含两个左右对称设置的10L容器罐缸体，在中间设置第二伺服动力系统。

5.根据权利要求1-4任一项所述的燃气表实流带压气体流量标准装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设置初始状态，启用大标准容器罐组及对应的伺服动力系统，一侧的第一容器罐缸体的容积等于0，另一侧的第二容器罐缸体的容积100L；

（2）启用配气吹扫系统，精密配气仪按照被测量气体的成分进行配置，打开配气吹扫阀进行空气排除，同时打开真空系统进行吹扫气体的吸出；

（3）当所有残余吹扫气体进入所述真空罐内，再打开燃气阀和各个进气阀，向各装置内注入天然气，待压力达到测试的压力时，关闭所述天然气罐连接管路上的燃气阀，准备进入测试状态；

（4）开始进气测试时，启动对应的伺服动力系统，高精度伺服电机缓缓带动精密滚珠丝杠作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

（5）上位机实时采集标准装置的输出脉冲信号和被测燃气表的输出信号进行实时数据分析和高速运算；

（6）待上述步骤测试完后，关闭各个进气阀切换到回气管路，打开各个回气阀，让回气系统开始工作；

（7）回气测试时，启动高精度伺服电机缓缓带动精密滚珠丝杠作线性运动，同时旋转采集编码器输出脉冲来计算瞬时流量；

（8）当气体流量范围在16～1000L/h，启用小标准容器罐组及对应的伺服动力系统，测试流程同上；

（9）被检燃气表完成上述进气和回气测试流程后，系统自动关闭上述进气阀和回气阀；

（10）启动真空罐装置，打开空气阀和真空阀，快速抽空所述燃气表内的残余气体，安装在管路内的燃气传感器检测安全后，自动释放被检燃气表。

6.根据权利要求5所述的燃气表实流带压气体流量标准装置的测试方法，其特征在于，当所有燃气表测试完需要进气燃气回收时，必须在表具没有卸下之前，先将燃气回收到大标准容器罐组的第二容器罐缸体内；

然后关闭所述第二容器罐缸体连接管路上的回气阀和进气阀，打开燃气阀，启动收气程序，当活塞推进一半的时候，第一容器罐缸体形成真空状态后，开启空气阀补入空气；再继续推动活塞直到第一容器罐缸体内的燃气全部回收完毕 ，关闭所述燃气阀，打开真空阀让所有气体进入真空罐，整个收气过程结束。