燃气自动计量与检测系统研究

陈容

摘 要：随着新能源应用的日益广泛，燃气作为目前重要的工业生产和人们生活的主要能源，对其进行计量和检测可有效监测燃气流通管道的情况，对于确保燃气安全应用具有较大作用。从燃气自动计量和检测两个方面探讨，为研究燃气安全运输、计量和安全使用提供重要参考。

关键词：天燃气；自动计量；检测系统；控制模块

中图分类号：TP274 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.120

目前常见的燃气主要有天然气、石油气和人工燃气等三种，而天然气具有热值较高、安全、无毒和环保等特性，因此被广泛应用于工业生产和生活之中。燃气表作为自动流量计量表，其主要功能就是计量燃气管道内通过的燃气体积，通过准确计量燃气流通量向燃气用户收取费用。燃气自动检测系统主要是针对燃气泄露问题而安置的系统，该系统可以实现燃气泄露报警，为燃气安全使用提供重要保障。针对燃气自动计量和燃气的自检系统进行深入研究，为促进燃气准确计量和安全使用工作提供帮助。

1 基本原理

1.1 燃气计量原理

燃气计量表属于一种机械波计量，其主要由接收器、发送器两种组成。燃气计量仪表中的传感器比较特殊，一些仪表具有接收和发送双重功能，同时还可以实现电信号之间的转换。燃气仪表无论采用何种设计，均要考虑到计量精度，仪表的计量精度的影响因素为时间和速度，由这两种因素共同决定计量精度。但是仪表的传播速度由温度控制，因此可以得出 如果要保证燃气自动计量表的测量精度，则应该从定时器和传感器的精度上进行提高。

1.2 燃气自检原理

燃气的自检原理主要是通过管道的阀门控制管内液体或者气体的流通，检测管内的压力、流量和方向。目前采用的阀门动力传送方式主要为流体传统和电动机电能转换，其中，流体的流动分为气体流动和液体流动两种模式。气压流动主要是以压缩空气作为工作介质，其他传动具有无污染、容易获取、流动阻力小等特点，可以适应多条件变化的恶劣环境。但是气压传动的阀门检测却存在着压缩气源不易得到、噪声大和稳定性差等特点。液压传动主要借助液压执行机构将液压转化为机械能，从而驱动阀门的传动系统。液压传动存在着体积大、拆装困难、对维护的要求相当高等特点。电动阀门装置主要由阀门电动装置与阀门组合，可以有效控制水、空气、蒸汽等液体的流动。

2 燃气自动计量工作流程及设计

2.1 燃气自动计量流程

燃气自动计量系统设置有自动操作和手动操作两个模式，可以根据用户的需要进行随意调整。燃气自动计量工作流程为：发射电路接收单片机输入的方波信号，此信号的频率为固定频率，必须借用脉冲变压器进行信号发射，发射开始则计量开始。当接收器收到回波信号后，经过放大器放大之后传输到检测电路。如果检测为回波信号，则发送信号到单片机，表示已经接收到信号。单片机接收到回波信号之后，计量表计时停止。

2.2 燃气自动计量设计

燃气自动计量系统包括发射电路、接收电路、检波电路等几个部分。发射电路的发射驱动选用脉冲变压器，可以有效解决仪表传播过程中的能量衰减问题，并避免普通电路功率和驱动能力均较低等问题。发射电路不利于仪表接收，但是采用脉冲变压器之后则可以有效提高电压值，同时增强回波能量和信号接收的成功率。接收电路在接收到回波信号之后，由于電压效应会极大限度地降低，因此回波信号的电压也会降低，电压值会急速下降。而这种极低的电压信号不能够被直接传回到检波电路之中，必须经过放大器放大。检波电路中带宽和频率通过增加或者减少外部电阻和电容来进行调配。如果输入的检波频率与核心检测部件的频率一致，则会产生高电平；否则就会产生低电平。

3 燃气检测系统设计

3.1 检测系统设计

燃气表检测系统主要应用了电子技术、机械设计和智能仪器仪表开发技术，并且燃气表检测系统还必须完成软硬件设计和工装设计。系统设计涉及范围较广，并需要坚持“高效、安全、实用”基本原则。阀门参数自动检测系统在方案设计的时候，必须要处理好收集的数据，对于一些不合格判断情况及时记录。该燃气检测系统实现自动化自检、执行和控制融合功能，更是以控制机作为核心，将多个部件组合起来完成了一体化结构设计。检测系统通过数据采集卡采集数据，随后便将数据传输到上位机中，再由上位机中的软件分析检测结果。

3.2 电参数测量

燃气检测系统中的电参数测量作为检测系统的核心工程，其必须要完成对燃气表内部阀门的内阻和动态电流的测定，然后利用串接方式在电机阀门负载回路中采用标准采样电阻R将电流量转变为电压量。燃气检测系统的检测精度则会因为采样电阻为纯阻性元件、检测过程中不会引起电流波形畸变而得到保障。另外，选择采样电阻时，一般选用的阻值较小，需要对电压值进行放大处理，然后再采用采集卡进行测量。目前阀门系统采用的仪表放大器为通用的INAI28U芯片，此芯片的主要优势在于其功耗低、精度高，只需要连接耽搁的电阻即可对放大增益元件进行控制。计算电路中的放大电流值时，由于INA128U芯片的输出管脚连接到数据采集卡的模拟输入点，采样的电阻值为1，所以采集卡获得电压值其实就是放大电流值。

3.3 燃气检测系统功能简介

燃气检测系统以工控机为核心部分，其结合NI数据采集卡实现对电路各个模块的检测，具有自动开关电机阀门功能。自动检测系统用户主要采用键盘和鼠标进行操作，选择不同检测电压进行检查，结果通过显示器显示，最后再进行数据保存。检测软件操作时，使用按钮启动装置，实现了阀门内阻、电流量等电信号的转换，然后再由数据采集卡完成数据采集任务，并将数据输送到工控机中处理。在阀门运动过程中，由摄像头拍摄阀门的不同状态，然后对图片进行分析处理。此过程不需要对整个运动距离测量，也可通过反射式传感器来判断运动的有无。

3.4 燃气检测系统测量与模块

3.4.1 燃气检测测量与控制模块

燃气检测的核心功能为测量和控制两个部分，其主要起到了数据采集和控制作用，其负责采集阀门电路中的各种信号，然后将数据传输到工控机。该模块主要负责NI公司生产的PCI-6220采集。除完成基本的数据处理任务之后，还要实现信号检测控制。各项参数为：16位分辨率、16个模拟通道、250 kS/s的采样率、24个自定义数字IO通道和2个计数器/定时器通道。

3.4.2 人机控制模块

燃气检测系统必须要保持界面简洁，适合于工业生产应用，同时也还要能在流水线上使用，可清楚地将各种信息明了地显示在显示器上。对于显示界面，必须进行适当的美化和加工，具有不同的显示逻辑，更方便人们操作使用。燃气检测系统分为A/B板，操作人员在进行A板检测的时候，必须要求B板已经完成检测，并且已经按照检测结果进行分类。检测完成之后再对待测产品进行检测，以提升流水线的作业效率。A，B板工装上各自安装有两个按键的LED显示灯，指示灯的状态一共分为三种：①熄灭状态，即LED亮度变为暗；②等待检测状态，即LED等变为中等亮度；③检测状态，即LED检测灯为最亮状态。用户可以根据指示灯的亮度来判断检测状态，检测中，只需要按下任意一个指示灯，即可开启工装检测状态。检测完成之后LED的指示灯亮度会自动调节到待检测状态。

4 结束语

随着我国工艺技术水平的不断提高，燃气自动计量和检测系统工艺技术日益成熟，其对于我国燃气运输和燃气计量具有非常重要的意義。自动计量作为当前燃气计量的主流方式，其计量的准确度关系到燃气企业与燃气用户两方的利益，因此，在燃气计量系统升级中，必须以提升计量准确度为原则，从而实现对燃气的准确计量。本文针对燃气自动计量与检测系统进行了分析和探讨，希望能为促进燃气准确计量和安全使用工作提供建议。

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〔编辑：王霞〕