燃氣自動計量與檢測系統(tǒng)研究

陳容

摘 要：隨著新能源應用的日益廣泛，燃氣作為目前重要的工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的主要能源，對其進行計量和檢測可有效監(jiān)測燃氣流通管道的情況，對于確保燃氣安全應用具有較大作用。從燃氣自動計量和檢測兩個方面探討，為研究燃氣安全運輸、計量和安全使用提供重要參考。

關(guān)鍵詞：天燃氣；自動計量；檢測系統(tǒng)；控制模塊

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.120

目前常見的燃氣主要有天然氣、石油氣和人工燃氣等三種，而天然氣具有熱值較高、安全、無毒和環(huán)保等特性，因此被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和生活之中。燃氣表作為自動流量計量表，其主要功能就是計量燃氣管道內(nèi)通過的燃氣體積，通過準確計量燃氣流通量向燃氣用戶收取費用。燃氣自動檢測系統(tǒng)主要是針對燃氣泄露問題而安置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)燃氣泄露報警，為燃氣安全使用提供重要保障。針對燃氣自動計量和燃氣的自檢系統(tǒng)進行深入研究，為促進燃氣準確計量和安全使用工作提供幫助。

1 基本原理

1.1 燃氣計量原理

燃氣計量表屬于一種機械波計量，其主要由接收器、發(fā)送器兩種組成。燃氣計量儀表中的傳感器比較特殊，一些儀表具有接收和發(fā)送雙重功能，同時還可以實現(xiàn)電信號之間的轉(zhuǎn)換。燃氣儀表無論采用何種設計，均要考慮到計量精度，儀表的計量精度的影響因素為時間和速度，由這兩種因素共同決定計量精度。但是儀表的傳播速度由溫度控制，因此可以得出 如果要保證燃氣自動計量表的測量精度，則應該從定時器和傳感器的精度上進行提高。

1.2 燃氣自檢原理

燃氣的自檢原理主要是通過管道的閥門控制管內(nèi)液體或者氣體的流通，檢測管內(nèi)的壓力、流量和方向。目前采用的閥門動力傳送方式主要為流體傳統(tǒng)和電動機電能轉(zhuǎn)換，其中，流體的流動分為氣體流動和液體流動兩種模式。氣壓流動主要是以壓縮空氣作為工作介質(zhì)，其他傳動具有無污染、容易獲取、流動阻力小等特點，可以適應多條件變化的惡劣環(huán)境。但是氣壓傳動的閥門檢測卻存在著壓縮氣源不易得到、噪聲大和穩(wěn)定性差等特點。液壓傳動主要借助液壓執(zhí)行機構(gòu)將液壓轉(zhuǎn)化為機械能，從而驅(qū)動閥門的傳動系統(tǒng)。液壓傳動存在著體積大、拆裝困難、對維護的要求相當高等特點。電動閥門裝置主要由閥門電動裝置與閥門組合，可以有效控制水、空氣、蒸汽等液體的流動。

2 燃氣自動計量工作流程及設計

2.1 燃氣自動計量流程

燃氣自動計量系統(tǒng)設置有自動操作和手動操作兩個模式，可以根據(jù)用戶的需要進行隨意調(diào)整。燃氣自動計量工作流程為：發(fā)射電路接收單片機輸入的方波信號，此信號的頻率為固定頻率，必須借用脈沖變壓器進行信號發(fā)射，發(fā)射開始則計量開始。當接收器收到回波信號后，經(jīng)過放大器放大之后傳輸?shù)綑z測電路。如果檢測為回波信號，則發(fā)送信號到單片機，表示已經(jīng)接收到信號。單片機接收到回波信號之后，計量表計時停止。

2.2 燃氣自動計量設計

燃氣自動計量系統(tǒng)包括發(fā)射電路、接收電路、檢波電路等幾個部分。發(fā)射電路的發(fā)射驅(qū)動選用脈沖變壓器，可以有效解決儀表傳播過程中的能量衰減問題，并避免普通電路功率和驅(qū)動能力均較低等問題。發(fā)射電路不利于儀表接收，但是采用脈沖變壓器之后則可以有效提高電壓值，同時增強回波能量和信號接收的成功率。接收電路在接收到回波信號之后，由于電壓效應會極大限度地降低，因此回波信號的電壓也會降低，電壓值會急速下降。而這種極低的電壓信號不能夠被直接傳回到檢波電路之中，必須經(jīng)過放大器放大。檢波電路中帶寬和頻率通過增加或者減少外部電阻和電容來進行調(diào)配。如果輸入的檢波頻率與核心檢測部件的頻率一致，則會產(chǎn)生高電平；否則就會產(chǎn)生低電平。

3 燃氣檢測系統(tǒng)設計

3.1 檢測系統(tǒng)設計

燃氣表檢測系統(tǒng)主要應用了電子技術(shù)、機械設計和智能儀器儀表開發(fā)技術(shù)，并且燃氣表檢測系統(tǒng)還必須完成軟硬件設計和工裝設計。系統(tǒng)設計涉及范圍較廣，并需要堅持“高效、安全、實用”基本原則。閥門參數(shù)自動檢測系統(tǒng)在方案設計的時候，必須要處理好收集的數(shù)據(jù)，對于一些不合格判斷情況及時記錄。該燃氣檢測系統(tǒng)實現(xiàn)自動化自檢、執(zhí)行和控制融合功能，更是以控制機作為核心，將多個部件組合起來完成了一體化結(jié)構(gòu)設計。檢測系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，隨后便將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C中，再由上位機中的軟件分析檢測結(jié)果。

3.2 電參數(shù)測量

燃氣檢測系統(tǒng)中的電參數(shù)測量作為檢測系統(tǒng)的核心工程，其必須要完成對燃氣表內(nèi)部閥門的內(nèi)阻和動態(tài)電流的測定，然后利用串接方式在電機閥門負載回路中采用標準采樣電阻R將電流量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷毫俊Ｈ細鈾z測系統(tǒng)的檢測精度則會因為采樣電阻為純阻性元件、檢測過程中不會引起電流波形畸變而得到保障。另外，選擇采樣電阻時，一般選用的阻值較小，需要對電壓值進行放大處理，然后再采用采集卡進行測量。目前閥門系統(tǒng)采用的儀表放大器為通用的INAI28U芯片，此芯片的主要優(yōu)勢在于其功耗低、精度高，只需要連接耽擱的電阻即可對放大增益元件進行控制。計算電路中的放大電流值時，由于INA128U芯片的輸出管腳連接到數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入點，采樣的電阻值為1，所以采集卡獲得電壓值其實就是放大電流值。

3.3 燃氣檢測系統(tǒng)功能簡介

燃氣檢測系統(tǒng)以工控機為核心部分，其結(jié)合NI數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對電路各個模塊的檢測，具有自動開關(guān)電機閥門功能。自動檢測系統(tǒng)用戶主要采用鍵盤和鼠標進行操作，選擇不同檢測電壓進行檢查，結(jié)果通過顯示器顯示，最后再進行數(shù)據(jù)保存。檢測軟件操作時，使用按鈕啟動裝置，實現(xiàn)了閥門內(nèi)阻、電流量等電信號的轉(zhuǎn)換，然后再由數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集任務，并將數(shù)據(jù)輸送到工控機中處理。在閥門運動過程中，由攝像頭拍攝閥門的不同狀態(tài)，然后對圖片進行分析處理。此過程不需要對整個運動距離測量，也可通過反射式傳感器來判斷運動的有無。

3.4 燃氣檢測系統(tǒng)測量與模塊

3.4.1 燃氣檢測測量與控制模塊

燃氣檢測的核心功能為測量和控制兩個部分，其主要起到了數(shù)據(jù)采集和控制作用，其負責采集閥門電路中的各種信號，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C。該模塊主要負責NI公司生產(chǎn)的PCI-6220采集。除完成基本的數(shù)據(jù)處理任務之后，還要實現(xiàn)信號檢測控制。各項參數(shù)為：16位分辨率、16個模擬通道、250 kS/s的采樣率、24個自定義數(shù)字IO通道和2個計數(shù)器/定時器通道。

3.4.2 人機控制模塊

燃氣檢測系統(tǒng)必須要保持界面簡潔，適合于工業(yè)生產(chǎn)應用，同時也還要能在流水線上使用，可清楚地將各種信息明了地顯示在顯示器上。對于顯示界面，必須進行適當?shù)拿阑图庸?，具有不同的顯示邏輯，更方便人們操作使用。燃氣檢測系統(tǒng)分為A/B板，操作人員在進行A板檢測的時候，必須要求B板已經(jīng)完成檢測，并且已經(jīng)按照檢測結(jié)果進行分類。檢測完成之后再對待測產(chǎn)品進行檢測，以提升流水線的作業(yè)效率。A，B板工裝上各自安裝有兩個按鍵的LED顯示燈，指示燈的狀態(tài)一共分為三種：①熄滅狀態(tài)，即LED亮度變?yōu)榘担虎诘却龣z測狀態(tài)，即LED等變?yōu)橹械攘炼龋虎蹤z測狀態(tài)，即LED檢測燈為最亮狀態(tài)。用戶可以根據(jù)指示燈的亮度來判斷檢測狀態(tài)，檢測中，只需要按下任意一個指示燈，即可開啟工裝檢測狀態(tài)。檢測完成之后LED的指示燈亮度會自動調(diào)節(jié)到待檢測狀態(tài)。

4 結(jié)束語

隨著我國工藝技術(shù)水平的不斷提高，燃氣自動計量和檢測系統(tǒng)工藝技術(shù)日益成熟，其對于我國燃氣運輸和燃氣計量具有非常重要的意義。自動計量作為當前燃氣計量的主流方式，其計量的準確度關(guān)系到燃氣企業(yè)與燃氣用戶兩方的利益，因此，在燃氣計量系統(tǒng)升級中，必須以提升計量準確度為原則，從而實現(xiàn)對燃氣的準確計量。本文針對燃氣自動計量與檢測系統(tǒng)進行了分析和探討，希望能為促進燃氣準確計量和安全使用工作提供建議。

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〔編輯：王霞〕