超声波燃气表控制系统的原理及设计
超声波燃气表控制系统的原理及设计
今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种超声波燃气表控制系统。该专利由山西省交通科学研究院申请，并于2016年1月11日获得授权公告。
内容说明本实用新型属于信息技术领域，尤其涉及一种抄表系统。
发明内容近年来，随着企业信息化建设的推进、IT 技术的发展与创新，人们对IT 系统的依赖性越来越高。单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央单片机CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/ 计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，具有成本低廉、兼容性好、运行速度快等优点，但是单片机在运行中也会出现一些故障，如果单片机发生故障而不能及时发现和处理，则会影响单片机的正常运行，甚至导致单片机的烧毁。对于需要单片机连续不间断工作的行业，工作人员不可能总是保持良好的注意力，如果没有一种预警装置，将会浪费劳动力，同时也影响工作人员的身体健康。
发明内容鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种超声波燃气表控制系统，可实时监测单片机的运行状态，一旦出现工作异常就会发出报警声，警示工作人员经行处理；还以通过改善超声波燃气表的控制方式来提高超声波燃气表的测量精度，减小超声波燃气表的整体体积和重量。
本实用新型采用的技术方案如下：一种超声波燃气表控制系统，包括控制器，控制器连接有阀门控制电路、调试电路、故障报警电路、燃气泄露监测模块、超声波采样电路、温度采样电路以及4G无线通信模块，超声波采样电路连接有超声波换能器，控制器通过4G 无线通信模块依次连接有集中器、4G基站、服务器，服务器电连接有位于监控中心的监控终端。
进一步的，控制器还连接有存储器和显示器。故障报警电路包括继电器J、芯片IC1、芯片IC2 和三极管V1，控制器的VCC 脚连接继电器J 的触点J-1，继电器J 的触点J-1 的
超声波燃气表检定规程
超声波燃气表检定规程 1范围 本规程适用于最大工作压力不超过50kPa、最大流量不超过160m3/h，以时间差法为测量原理的超声波燃气表（以下简称燃气表）的首次检定、后续检定和使用中检查。 2引用文献 本规程引用了下列文件: JJF 1001-2011 通用计量术语及定义 JJF 1002-2010国家计量检定规程编写规则 JJF 1004-2004 流量计量名词术语及定义 JJG 577-2012 膜式燃气表 JJG 1030-2007 超声流量计 GB/T 6968-2011 膜式燃气表 CJ/T 477-2015 超声波燃气表 JB/T 12958-2016家用超声波燃气表 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡不注明日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本规程。 3术语 3.1超声波燃气表ultrasonic gas meters 采用超声波技术，用来测量、记录并且显示通过的燃气体积的燃气表。3.2工作电源欠压值minimum operating voltage 保证燃气表及附加装置正常工作所设定的最低电源电压值。 3.3标准状态流量the standard state flow 又称标况流量，是指压力为101325Pa，温度为20 ℃状态下的体积流量。 3.4工作状态流量the working state flow 又称工况流量，是指在当前工作压力和温度状态下的体积流量。 3.5光学接口optical interface 采用如红外线发射和接收的串行数据接口。
3.6 工作模式 operating mode 获得燃气体积量的测量方法，分为标准模式和测试模式。 3.7 声道 acoustic patch 超声波信号在成对的超声波传感器间传播的实际路径。 3.8 声道角 transmission angle 声道与管道轴线之间的夹角。 3.9 传播时间差法 transit time difference method 在流动流体中的相同行程内，用顺流和逆流传播的两个超声信号的传播时间差来确定沿声道的流体平均流速所进行的流量测量方法。 4 概述 4.1 工作原理 超声波在流体中顺流方向和逆流方向的时间差与流体的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差与传播距离的关系计算得到流体流速，由流速声道角与声道在燃气表管道截面积的乘积即可得到流体的瞬时流量。 时间差法超声波燃气表的基本原理如图1所示。 图1 时间差法燃气表的基本原理示意图 燃气表超声波顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是： φ cos m f AB down v c L t t += = （1） φ cos m f BA up v c L t t -= = （2） 式中： down t —— 超声波在流体中顺流传播的时间，s ；
威星超声波燃气表产品手册(2017)
超声波燃气表 一、产品说明 超声波燃气表是利用超声波在介质中的传递的时间差来进行计量的新型全电子计量燃气表，具备高可靠性、高精度、温压补偿等内生性功能，在欧美、日本等海外市场得到广泛应用。威星仪表自2008年起致力于超声波燃气表的自主研发，历经多年的技术积累和实践验证，已在国内率先推出超声波全系列产品，国内市场占有率第一，并远销海外。 二、技术原理 超声波计量采用的是时差法计量技术，其工作原理是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量的一种间接测量方法。 上游的传感器发出超声波给下游的传感器并测量时间（T1）。然后由相反方向从下游的传感器向上游的传感器发出超声波并测量时间（T2）。通过这两个由超声波传感器得到的时间可以计算得出气体的流速（U) 。 计算公式： ●L：传感距离； ●C：介质中的音速 ●K：流量系数 ●S：腔体的截面积 ●传送时间：T1，T2 ●上游→下游：T1 = L/（C+Ucosθ） ●下游→上游：T2 = L/（C-Ucosθ） ●气体流速：U =（L/2cosθ）（（1/T1）-（1/T2）） ●瞬时流量：Q = KSU
三、流量范围 四、准确度及最大允许误差 五、技术特点 1.特点1：提高计量精度 1)高精度修正 针对每个流量区域单独修正，实现全量程、高精度修正。 注：区别于膜式燃气表的3个流量点调齿修正，超声波表可通过红外端口多点修正，无需拆表； 2)超高灵敏度 超低始动流量点，细微空气流动也可以被检测和计量；
3)宽量程计量 a)同时满足提供0.016～6m3之间的精确计量； b)满足供暖计量与日常计量不同需要； c)燃气供暖计量的最佳解决方案。 4)全电子计量 a)金属结构，经久耐用； b)全电子计量，无磨损； c)关键电子元件寿命大于10年,稳定计量10年； d)采用反射式超声波传感器布置； e)传感器上方布置，不易灰尘沉积； f)利用整个腔体缓冲气流，无直管段要求 g)后置整流段金属，保持长久稳定
家用超声波燃气表检定规程 编制说明-陕西地方计量技术规范
陕西省地方计量检定规程《家用超声波燃气表》 编制说明 规程起草组 2018年12月10日
《家用超声波燃气表》检定规程编制说明 一、任务来源 根据陕质监函…2016?317号文件“陕西省质量技术监督局关于同意陕西省计量科学研究院制定地方检定规程的批复”文件要求，由陕西省计量科学研究院作为主要起草单位制定《家用超声波燃气表》检定规程。 二、概述 目前市场上主流的燃气表有两种，一种为传统式的机械式膜式燃气表，一种为电子式膜式燃气表。随着技术的发展，超声波燃气表作为一种新兴的仪表在燃气表市场中崭露头角。 机械式膜式燃气表的原理及优缺点： 机械式膜式燃气表，是通过机械滚轮实现的，机械滚轮根据使用的气量进行加操纵，每使用一个单位，滚轮技术加一，终极实现气量计量记录。当活动的气体经过燃气表时，受到管道摩擦及机构的阻挡，内部的燃气会在燃气表进出口两端产生压力差，通过这个压力差推动膜式燃气表的膜片在计量室内运动，并且带动配气机构进行协调配气，使得膜片的运动能够连续往复的进行，膜式燃气表通过内部的机械结构，把直线往复运动转变成圆周运动，再通过圆周运动带动机械滚轮计数器转动；膜片每往复一次，就排出一定量气体，
终极滚轮转过一个技术单元，实现滚轮旋转计量显示效果。 机械式膜式燃气表的优点是技术成熟、计量可靠、质量稳定，但其结构复杂、体积大，人工抄表花费大等缺点使其发展受到一定的阻碍。 电子式膜式燃气表的原理及优缺点： 电子式膜式燃气表是在传统机械式基础上进行改进，增加了电子计量方式、显示功能、预支费和远程抄表功能，实现了半电子化。 电子式膜式燃气表技术上改进小，计量可靠性得到保证，新增的电子计量方式，实现了半电子化，有效解决了人工抄表的难题。但其复杂的结构，庞大的体积，依然制约着它的发展。 为了克服电子式膜式燃气表的缺点，超声波燃气表应运而生。虽然超声波燃气表刚刚兴起，但相较于目前主流的燃气表，其优点显而易见。超声波燃气表由于其全电子机构特点，与以往的机械表相比在机械噪音、精度、量程、可重复性以及寿命、维护上都有着无可相比的优势。超声波燃气表在欧洲和日本已经开始进进民用市场，对于拥有约上千万台用量的中国燃气表市场来说，超声波燃气表的可期远景必将会给中国燃气表行业带来新的发展机遇。 超声波燃气表的优点： 由于是全电子式，无机械部分，不受机械磨损、故障影响，产品的可靠性和精度进步很多。体积小、重量轻，重复性好，压损小，不易老化，使用寿命长；智能化，全电子式
从超声波燃气表的发展探讨中国技术
从超声波燃气表的发展探讨中国技术 随着燃气输气管道的兴建与普及，燃气表如雨后春笋般涌现，从机械式到电子式，从膜式到超声波，新概念新技术的不断涌现，各种流量计的准确度及使用范围也在不断提高。 目前市场上主流的燃气表有两种，一种为传统式的机械式膜式燃气表，一种为电子式膜式燃气表，而超声波燃气表正以强劲的势头在燃气表市场中崭露头角。 一、机械式膜式燃气表 机械式膜式燃气表，是通过机械滚轮实现的，机械滚轮根据使用的气量进行加操纵，每使用一个单位，滚轮技术加一，实现气量计量记录。 膜式燃气表工作原理 机械式膜式燃气表的优点是技术成熟、计量可靠、质量稳定，但其结构复杂、体积大，安装费用较高，人工抄表花费大，这些缺点使其发展受到了一定的阻碍。 二、电子式膜式燃气表 电子式膜式燃气表是在传统机械式基础上进行改进，增加了电子计量方式、显示功能、预支费和远程抄表功能，实现了半电子化。最核心部分是增加电子计量方式，通常情况下，会在机械滚轮上，并在最高精度位置装有磁铁，并且在滚轮的上下方装有两个干簧管，当磁铁没到达干簧管位置时，俩干簧管断开；当磁铁转到其中一个干簧管位置时，干簧管吸合。 电子式膜式燃气表技术上改进小，计量可靠性得到保证，新增的电子计量方式，实现了半电子化，有效解决了人工抄表的难题。但传统皮膜表不适合用在较脏的沼气管道上，沼气中的气体杂质、水汽会造成较大程度的机械磨损，影响计量的准确度。同时在高浓度H S条件下容易被腐蚀，对燃 2 气表本身寿命产生严重的影响，使用寿命变短；其承压能力也相对较差，在压力波动时容易损坏；这些无疑制约着膜式燃气表的发展。
三、超声波燃气表 自20世纪90年代，气体超声波燃气表开始应用，包括时差式超声波流量计、频差式超声波流量计、插入式超声波流量计等。超声波燃气表由于其全电子机构特点，与以往的机械表相比在机械噪音、精度、量程、可重复性以及寿命、维护上都有着绝对优势。 如现在市面上的超声波流量计BF-2000，体积小、重量轻，重复性好，压损小，使用寿命长；智能化，全电子式的结构，可以扩展为预支费表或无线抄表功能。 超声波燃气表BF-2000 的流量和浓度，采用时差法，利用一对超声波换该超声波流量计主要用于测量户用沼气中CH 4 能器相向交替（或同时）收发超声波，通过观测其在介质中的顺流和逆流传播时间来测量流体的流速，再通过流速来计算流量，是一种间接、非接触式的测量仪表，测量精度高、量程宽、耐压力、耐腐蚀；体积较小，便于安装。 时差法工作原理 现在国内市面上的超声波燃气表的探头主要进口于日本、欧洲等地区。而该款超声波流量计的特制陶瓷探头为自主研发，已申请了国家专利，并实施了PCT国际专利保护，是国内第一款自主研发的采用超声波气体流量技术的测量仪表。 同时该超声波流量计无皮膜，探头采用特制陶瓷超声波探测器，无可拆卸部件，进一步提高了
超声波燃气表控制系统的原理及设计
超声波燃气表控制系统的原理及设计 今天为大家介绍一项国家发明授权专利——一种超声波燃气表控制系统。该专利由山西省交通科学研究院申请，并于2016年1月11日获得授权公告。 内容说明本实用新型属于信息技术领域，尤其涉及一种抄表系统。 发明内容近年来，随着企业信息化建设的推进、IT 技术的发展与创新，人们对IT 系统的依赖性越来越高。单片机是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央单片机CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/ 计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，具有成本低廉、兼容性好、运行速度快等优点，但是单片机在运行中也会出现一些故障，如果单片机发生故障而不能及时发现和处理，则会影响单片机的正常运行，甚至导致单片机的烧毁。对于需要单片机连续不间断工作的行业，工作人员不可能总是保持良好的注意力，如果没有一种预警装置，将会浪费劳动力，同时也影响工作人员的身体健康。 发明内容鉴于现有技术中存在的上述问题，本实用新型的主要目的在于提供一种超声波燃气表控制系统，可实时监测单片机的运行状态，一旦出现工作异常就会发出报警声，警示工作人员经行处理；还以通过改善超声波燃气表的控制方式来提高超声波燃气表的测量精度，减小超声波燃气表的整体体积和重量。 本实用新型采用的技术方案如下：一种超声波燃气表控制系统，包括控制器，控制器连接有阀门控制电路、调试电路、故障报警电路、燃气泄露监测模块、超声波采样电路、温度采样电路以及4G无线通信模块，超声波采样电路连接有超声波换能器，控制器通过4G 无线通信模块依次连接有集中器、4G基站、服务器，服务器电连接有位于监控中心的监控终端。 进一步的，控制器还连接有存储器和显示器。故障报警电路包括继电器J、芯片IC1、芯片IC2 和三极管V1，控制器的VCC 脚连接继电器J 的触点J-1，继电器J 的触点J-1 的
超声波燃气表检定规程
超声波燃气表检定规程 1 范围 本规程适用于最大工作压力不超过 50kPa 、最大流量不超过 160m 3 /h ，以时 间差法为测量原理的超声波燃气表（以下简称燃气表）的首次检定、后续检定 和使用中检查。 2 引用文献 本规程引用了下列文件 JJF 1001-2011 通用计量术语及定义 JJF 1002-2010 国家计量检定规程编写规 则 JJF 1004-2004 流量计量名词术语及定义 JJG 577-2012 膜式燃气表 JJG 1030-2007 超声流量计 GB/T 6968-2011 膜式燃气表 CJ/T 477-2015 超声波燃气表 JB/T 12958-2016 家用超声波燃气表 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡不注明日期的 引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本规程。 3 术语 3.1 超声波燃气表 ultrasonic gas meters 采用超声波技术，用来测量、记录并且显示通过的燃气体积的燃气表。 3.2 工作电源欠压值 minimum operating voltage 保证燃气表及附加装置正常工作所设定的最低电源电压值。 3.3 标准状态流量 the standard state flow 又称标况流量，是指压力为 101325Pa ，温度为 20 ℃状态下的体积流量 3.4 工作状态流量 the working state flow 又称工况流量，是指在当前工作压力和温度状态下的体积流量。 3.5 光学接口 optical interface 采用如红外线发射和接收的串行数据接口。
3.6工作模式operating mode 获得燃气体积量的测量方法，分为标准模式 和测试模式。 3.7声道acoustic patch 超声波信号在成对的超声波传感器间传播的实际 路径。 3.8声道角transmission angle 声道与管道轴线之间的夹角。 3.9传播时间差法transit time difference method 在流动流体中的相同行程内，用顺流和逆流传播的两个超声信号的传播时间差来确定沿声道的流体平均流速所进行的流量测量方法。 4概述 4.1工作原理 超声波在流体中顺流方向和逆流方向的时间差与流体的平均流速成正比，通过计算超声波的传播时间差与传播距离的关系计算得到流体流速，由流速声道角与声道在燃气表管道截面积的乘积即可得到流体的瞬时流量。 时间差法超声波燃气表的基本原理如图1 所示。 图1 时间差法燃气表的基本原理示意图 燃气表超声波顺流和逆流传播时间与各量之间的关系是： t down t AB L c f v m cos （1 ） t up t BA L c f v m cos （2 ） 式中： t —— 超声波在流体中顺流传播的时间，s；