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1、(10)申请公布号 CN 104251722 A (43)申请公布日 2014.12.31 CN 104251722 A (21)申请号 201410498951.6 (22)申请日 2014.09.25 G01F 1/34(2006.01) (71)申请人 中国计量学院 地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区学 源街 258 号 (72)发明人 胡佳成 竺林坤 李东升 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 杜军 (54) 发明名称 燃气热值计量系统中尾气自动收集装置及方 法 (57) 摘要 本发明公开了一种燃气热值计量系统中尾气 自动收集装置及方法。本。
2、发明以活塞缸作为流量 计量单元， 在活塞缸的进出口上通过四通阀分别 设置缓冲盒、 烟气分析取样容器和小型真空泵， 其 中四通阀到这三个器件的气路上都设置有电磁 阀， 通过入气管路上的压力传感器跟缸盖的压力 传感器两者的差值， 来调节电机的转动， 从而来完 成活塞缸的内部体积的改变。本发明是一套比较 智能的自动控制收集尾气装置， 能够检测出尾气 收集的体积， 整个装置以活塞缸体积为计量标准， 利用磁栅尺将活塞位移反馈给控制系统， 实现一 个闭环测量系统。同时安装了压力传感器和温度 传感器可对系统进行温度压力补偿， 大大提高了 装置的体积测量精度。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明。
3、书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104251722 A CN 104251722 A 1/1 页 2 1. 燃气热值计量系统中尾气自动收集装置， 其特征在于 ： 活塞缸 （7） 上端通过螺钉固 定在支架 （6） 的平面， 支架 （6） 的平面上端通过螺钉固定套筒 （3） ； 安装在活塞缸 （7） 内的 活塞杆 （16） 一端与活塞相连接， 另一端焊接在连接板 （5） 上 ； 连接板 （5） 两端装有导向杆 （4） ， 磁栅尺读数头 （22） 通过支座 （24） 固定在连接板 （。
4、5） 的一侧， 且对应的磁条 （25） 贴在 套筒 （3） 内壁上 ； 滚珠丝杆 （20） 的下端跟活塞杆 （16） 相连接， 上端穿过套筒 （3） 通过联轴 器与伺服电机 （1） 相连接， 且滚珠丝杆的滚珠螺母 （19） 固定在连接板 （5） 上 ； 伺服电机 （1） 通过轴盖 （2） 固定在套筒 （3） 上， 活塞缸 （7） 下端通过螺钉与缸盖 （15） 连接， 缸盖 （15） 凸槽 的两侧面分别装有温度传感器 （14） 和压力传感器 （8） ， 缸盖 （15） 凸槽底部通过毛细管接头 （13） 与毛细管 （9-1） 一端连接， 且毛细管 （9-1） 另一端与四通阀 （23） 第一端连接，。
5、 四通阀 （23） 另三端分别通过毛细管与电磁阀连接 ； 其中与四通阀 （23） 第二端相连的毛细管 （9-3） 为入气端， 且与毛细管 （9-3） 相连的缓冲盒 （17） 装在支架 （6） 的横杠上， 缓冲盒 （17） 上端 装有压力传感器 （18） ； 四通阀 （23） 第三端通过毛细管 （9-2） 与烟气分析取样容器 （11） 相 连 ； 四通阀 （23） 第四端通过毛细管 （9-4） 与小型真空泵 （12） 相连。 2. 利用权利要求 1 所述的装置进行尾气收集的方法， 其特征在于 ： 打开三个电磁阀， 由小型真空泵进行吸收管路中的空气， 且由下位机设定管路上的压 力传感器跟缸盖上的压。
6、力传感器的最小压差值和最大压差值， 当管路中的空气吸收完毕 时， 关闭跟小型真空泵和跟烟气分析取样容器相连的电磁阀 （10-3、 10-1） ， 转动伺服电机 使入气管路跟活塞缸的压差达到最大压差值， 停止电机的转动 ； 当尾气缓慢被吸进活塞缸 中， 使入气的管路跟活塞缸的压差逐渐减小， 当减小到设定的最小压差值时， 则反馈到下位 机中， 使伺服电机转动， 带动活塞缸上移， 使压差值达到设定的最大压差值时， 则再次停止 电机转动 ； 如此循环， 当装置中压差达不到设定的最小值时， 则认为管路中的尾气已被全 部收集， 读取出此时的装置的收集体积， 即为尾气收集的体积 ； 装置收集完尾气后， 关闭。
7、跟 入气管和小型真空泵相连的电磁阀 （10-2、 10-3） ， 打开跟烟气分析取样容器相连的电磁阀 (10-1)， 反向转动伺服电机， 排出一定量的尾气进入烟气分析取样容器中， 选用红外气体分 析仪， 进行气体组分跟浓度分析。 权 利 要 求 书 CN 104251722 A 2 1/3 页 3 燃气热值计量系统中尾气自动收集装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种尾气收集装置及其对应的收集方法， 尤其是涉及一种燃气热值计 量系统中尾气自动收集装置及方法。 背景技术 0002 近年来， 天然气热值测量方面的研究工作在很多的科研院所进行， 能量计量反映 的是天然气的热能， 作为最能反映其。
8、燃料特点的一种合理和科学的计量方式， 在天然气贸 易中被广泛采用。 0003 然而， 我国目前尚普遍采用以体积计量作为天然气贸易结算的依据。我国在包括 天然气在内的燃气热值计量基标准方面还比较落后， 现有燃气热值计量体系不能满足气体 能源的快速发展。 发明内容 0004 针对背景技术的不足， 本发明的目的在于提供一种燃气热值计量系统中尾气自动 收集装置及方法。 0005 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 燃气热值计量系统中尾气自动收集装置， 它的活塞缸上端通过螺钉固定在支架的平 面， 支架的平面上端通过螺钉固定套筒 ； 安装在活塞缸内的活塞杆一端与活塞相连接， 另一 端焊接在连接板上。
9、 ； 连接板两端装有导向杆， 磁栅尺读数头通过支座固定在连接板的一侧， 且对应的磁条贴在套筒内壁上 ； 滚珠丝杆的下端跟活塞杆相连接， 上端穿过套筒通过联轴 器与伺服电机相连接， 且滚珠丝杆的滚珠螺母固定在连接板上 ； 伺服电机通过轴盖固定在 套筒上， 活塞缸下端通过螺钉与缸盖连接， 缸盖凸槽的两侧面分别装有温度传感器和压力 传感器， 缸盖凸槽底部通过毛细管接头与毛细管一端连接， 且毛细管另一端与四通阀第一 端连接， 四通阀另三端分别通过毛细管与电磁阀连接 ； 其中与四通阀第二端相连的毛细管 为入气端， 且与毛细管相连的缓冲盒装在支架的横杠上， 缓冲盒上端也装有压力传感器 ； 四 通阀第三端通。
10、过毛细管与烟气分析取样容器相连 ； 四通阀第四端通过毛细管与小型真空泵 相连。 0006 利用上述装置进行尾气收集的方法 ： 打开三个电磁阀， 由小型真空泵进行吸收管路中的空气， 且由下位机设定管路上的压 力传感器跟缸盖上的压力传感器的最小压差值和最大压差值， 当管路中的空气吸收完毕 时， 关闭跟小型真空泵和跟烟气分析取样容器相连的电磁阀， 转动伺服电机使入气管路跟 活塞缸的压差达到最大压差值， 停止电机的转动。 当尾气缓慢被吸进活塞缸中， 使入气的管 路跟活塞缸的压差逐渐减小， 当减小到设定的最小压差值时， 则反馈到下位机中， 使伺服电 机转动， 带动活塞缸上移， 使压差值达到设定的最大压差。
11、值时， 则再次停止电机转动。如此 循环， 当装置中压差达不到设定的最小值时， 则认为管路中的尾气已被全部收集， 读取出此 时的装置的收集体积， 即为尾气收集的体积。 装置收集完尾气后， 关闭跟入气管和小型真空 说 明 书 CN 104251722 A 3 2/3 页 4 泵相连的电磁阀， 打开跟烟气分析取样容器相连的电磁阀， 反向转动伺服电机， 排出一定量 的尾气进入烟气分析取样容器中， 选用红外气体分析仪， 进行气体组分跟浓度分析。 0007 与背景技术相比， 本发明的有益效果是 ： 1. 本发明中的一种尾气收集装置是一套比较智能的自动控制收集尾气装置， 能够检 测出尾气收集的体积， 其扩展。
12、不确定为 0.3%（k=2） 。 0008 2. 装置收集尾气所采用的是压差式自动控制收集， 通过入气管路上的压力传感 器跟缸盖的压力传感器两者的差值， 来调节电机的转动。 0009 3. 整个装置以活塞缸体积为计量标准， 利用磁栅尺将活塞位移反馈给控制系统， 实现一个闭环测量系统。同时安装了压力传感器和温度传感器可对系统进行温度压力补 偿， 大大提高了装置的体积测量精度。 附图说明 0010 图 1 是本发明的结构主视图 ； 图 2 是本发明的结构内部图 ； 图 3 是本发明的套筒结构图 ； 图 4 是本发明的结构立体图。 具体实施方式 0011 如图 1、 图 2、 图 3 和图 4 所示。
13、， 本发明公开了一种燃气热值计量系统中尾气自动收 集装置， 活塞缸 7 上端通过螺钉固定在支架 6 的平面， 支架 6 的平面上端通过螺钉固定套筒 3 ； 安装在活塞缸 7 内的活塞杆 16 一端与活塞相连接， 另一端焊接在连接板 5 上 ； 连接板 5 两端装有导向杆 4， 磁栅尺读数头 22 通过支座 24 固定在连接板 5 的一侧， 且对应的磁条 25 贴在套筒 3 内壁上 ； 滚珠丝杆 20 的下端跟活塞杆 16 相连接， 另一端穿过套筒 3 通过联轴器 21 与伺服电机 1 相连接， 且滚珠丝杆的滚珠螺母 19 固定在连接板 5 上 ； 伺服电机 1 通过轴 盖 2 固定在套筒 3 。
14、上， 活塞缸 7 下端通过螺钉与缸盖 15 连接， 缸盖 15 凸槽的两侧面分别装 有温度传感器 14 和压力传感器 8， 缸盖 15 凸槽底部通过毛细管接头 13 与毛细管 9-1 一端 连接， 且毛细管 9-1 另一端与四通阀 23 连接， 四通阀 23 另三端分别通过三根毛细管与三个 电磁阀连接 ； 其中与四通阀 23 左端相连的毛细管 9-3 为入气端， 且与毛细管 9-3 相连的缓 冲盒 17 装在支架 6 的横杠上， 缓冲盒 17 上端装有压力传感器 18 ； 四通阀 23 右端通过毛细 管 9-2 与烟气分析取样容器 11 相连 ； 四通阀 23 前端通过毛细管 9-4 与小型真。
15、空泵 12 相 连。套筒 3 两侧对称开有观察窗， 套筒 3 的上下端分别安装有接近开关。 0012 装置缸盖15两侧分别装有温度传感器14跟压力传感器8， 根据活塞缸7的热膨胀 系数和弹性系数将温度与压力引起的形变误差进行修正， 通过这种方法对装置作温度和压 力补偿。入气管路中缓冲盒 17 上端装有压力传感器 18。磁栅尺读数头 22 通过支座 24 固 定在连接板 5 的一侧， 且对应的磁条 25 贴在套筒 3 内壁上， 将活塞杆的位置反馈给控制系 统 ； 控制系统有下位机 MSP430 单片机和上位机 PC 组成， 其功能为控制活塞运动的速度、 位 置， 采集传感器信号， 分析尾气体积。。
16、 0013 本发明的工作过程如下 ： 打开三个电磁阀， 由小型真空泵进行吸收管路中的空气， 且由下位机设定管路的压力传感器跟缸盖的传感器的最小压差值和最大压差值， 当管路中 说 明 书 CN 104251722 A 4 3/3 页 5 的空气吸收完毕时， 关闭跟小型真空泵和跟烟气分析取样容器相连的电磁阀 10-3、 10-1， 转 动伺服电机使入气管路跟活塞缸的压差达到最大压差值， 停止电机的转动。当尾气缓慢被 吸进活塞缸中， 使入气的管路跟活塞缸的压差逐渐减小， 当减小到设定的最小压差值时， 则 反馈到下位机中， 使伺服电机转动， 带动活塞缸上移， 使压差值达到设定的最大压差值时， 则再次停。
17、止电机转动。 如此循环， 当装置中压差达不到设定的最小值时， 则认为管路中的尾 气已被全部收集， 读取出此时的装置的收集体积， 即为尾气收集的体积。装置收集完尾气 后， 关闭跟入气管和小型真空泵相连的电磁阀 10-2、 10-3， 打开跟烟气分析取样容器相连的 电磁阀 10-1， 反向转动伺服电机， 排出一定量的尾气进入烟气分析取样容器中， 选用红外气 体分析仪， 进行气体组分跟浓度分析。 说 明 书 CN 104251722 A 5 1/4 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104251722 A 6 2/4 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 104251722 A 7 3/4 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 104251722 A 8 4/4 页 9 图 4 说 明 书 附 图 CN 104251722 A 9 。