带有温度补偿的超声波燃气表的设计

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11ZG1.6U-7、ZG2.5U-7、ZG4U-7型超声波NB-IoT 智能燃气表（以下简称燃气表）是一种采用NB-IoT 通信技术的智能物联网流量计量仪表，适用于天然气、城市管道煤气、液化石油气等可燃气质的流速、流量计量，可实现预付费、后付费、远程充值缴费功能，可广泛应用于城镇居民家庭。

1 产品概述
3 安装尺寸
2 主要功能及特点
4 主要技术参数
超声波NB -IoT 智能燃气表
超声波NB -IoT 智能燃气表
单位：mm
● 全电子计量，无机械传动部件，长期使用仍能保障计量精度1.5级的要求● 适用温度范围广，工作温度-25℃～55℃● 宽量程比
● 具有温度、压力补偿功能，可应用于北方户外或高海拔地区燃气精准计量，并带有工况、标况输出接口● 具有流量异常侦测功能，可侦测微小流、超大流量、长时间恒流等情况，并根据需要设置报警和关阀操作● 具有多种防窃气设计，可侦测用户非法拆表等行为● 自动识别用户气质状态● 体积小巧，安装方便
注意：主要技术性能与参数执行《GB/T39841-2021超声波燃气表》、《JJG1030-2007超声流量计》标准
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M30×2。

具有电子温度与压力补偿功能的智能燃气表的原理及
设计
 今天为大家介绍一项国家发明授权专利——具有电子温度与压力补偿功能的智能燃气表。

该专利由上海真兰仪表科技股份有限公司申请，并于2017
年2月8日获得授权公告。

 内容说明
 本实用新型属于燃气表技术领域，涉及电子温压补偿与预付费IC卡实行阶梯气价在智能燃气表的应用，具体的说是具有电子温度与压力补偿功能的智能燃气表。

 发明背景
 随着城市燃气事业的发展以及人民生活水平的提高和燃气居民用户的迅猛增长，同时，伴随着科学技术的迅猛发展以及燃气生活的多样化，在解决膜式燃气表入户抄表难、气体随温压变化时同积不同质的差别化和实现国家阶梯气价燃气管理政策的同时，普通IC卡表已不能完全满足燃气用户的需求，电子温压补偿功能的阶梯计费IC卡燃气表开启燃气生活的新步伐，使得计量标况化，准确化，计费阶段化，阶梯化。

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2.特点2：提高计量修正●温压补偿、增加收益支持实时温度和压力计量补偿，更适合采用气量大，且用气波动幅度大的采暖燃气用户，可有效控制器计量输差。

低功耗超声波燃气表设计李萌I 李跃忠“ 2,曾令源I 何亮1(1.东华理工大学机械与电子工程学院，江西南昌，330013 ; 2.江西省新能源工艺与工程技术研究中心，江西南昌，330013 )摘要：超声波燃气表受流道结构、管径机械噪声、气体流速等因素影响，造成超声波信号衰减严重、低功耗设计实现难度 大。

针对这一问题，以超低功耗MSP430微处理器为核心，搭载低功耗芯片超声波模拟前端(TDC1OOO)和高精度计时芯片(TDC7200),构成了超声波信号发射与接收电路。

提出了一种优化激励信号脉冲个数方法，以及釆用定时中断和外部中断相结合的系统监控方式来实现低功耗设计，并完成了 G2. 5超声波燃气表的设计。

通过实际测试，优化的激励信号个数能获得较好的超声波回波信号。

计算结果表明，使用1节6000mAh 的锂电池供电，研制的G2. 5超声波燃气表正常计量工作年限可达6年，能够满足企业低功耗技术要求。

关键词：超声波燃气表；低功耗；激励脉冲；升压电路；计时电路The design of low power ultrasonic gas meterLi Meng 1, Li Yuezhong 1,2, Zeng Lingyuan 1, He Liang 1(1. East China University of Technology, Nanchang Jiangxi, 330013； 2. Jiangxi New Energy Technologyand Engineering Research Center, Nanchang Jiangxi, 330013)Abstract ：U ltrasonic gas meters are affected by channel structure, pipe diameter mechanical noise, gas velocity and other factors, resulting in serious attenuation of ultrasonic signals, and low power consumption design is difficult to achieve. To solve this problem, the ultra-low power consumption MSP430 microprocessor, equipped with a low-power chip ultrasonic Simulation front end (TDC1OOO ) and a high-precision timing chip (TDC7200), constitute the ultrasonic signal transmitting and receiving circuit. A method of optimizing the number of excitation signal pulses is proposed, and the system monitoring method combining timing interrupt and external interrupt is used to realize low power consumption design ; furthe design of G2. 5 ultrasonic gas meter is completed. Through the actual test, the optimized number of excitation signals can obtain a better ultrasonic echo signal;according to the calculated power consumption data, using a 6000mAh lithium batt€i*y for power supply, the developed G2. 5 ultrasonic gas meter can normally measure working life of up to 6 years, which can m€et the technical requirements of low power consumption of enterprises.Keywords : Ultrasonic gas meter; Low power ; Ultrasonic signal excitation; Booster circuit; Timing circuito 引言与传统膜式燃气表相比，超声波燃气表以其压损小、计量精度高、非接触、测量范围宽等特点，逐渐在国内外推广应用然而，国内受超声波换能器技术水平、系统功耗难以降 低、研制成本较高等方面的限制，超声波计量在户用燃气计量应用上还未得到成熟应用切。

超声波燃气表控制系统的原理及设计控制系统。

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 的另一端连接电源U1，控制器的GND脚接地，控制器的P1 脚连接芯片IC3 的引脚1，芯片IC3 的引脚2 连接芯片IC4 的引脚1，芯片IC3 的引脚3 连接电阻R1 和电容C1，电容C1 的另一端连接电阻R2、电阻R3、芯片IC1的引脚2 和芯片IC1 的引脚6，芯片IC3 的引脚4 连接电阻R2的另一端，电阻R1 的另一端连接电阻R4、芯片IC1 的引脚4、芯片IC1 的引脚8、芯片IC2 的引脚8、喇叭B 和电源U2，电阻R3 的另一端连接电容C2 和芯片IC1 的引脚1 并接地，芯片IC1 的引脚5 连接电容C2的另一端，电阻R4 的另一端连接电阻R5 和芯片IC2 的引脚7，电阻R5 的另一端连接电容C3、芯片IC2 的引脚2 和芯片IC2 的引脚6，电容C3 的另一端连接电容C4、芯片IC2 的引脚1 并接地，芯片IC2 的引脚3 连接电容C5，电容C5 的另一端连接喇叭B 的另一端，芯片IC4的引脚3 连接电阻R6 和电阻R7，电阻R6 的另一端连接电阻R8、电源U3、芯片IC5 的引脚4和芯片IC5 的引脚8，电阻R7 的另一端连接三极管V1 的基极，三极管V1 的集电极连接电阻R8 的另一端和电容C6，电容C6 的另一端连接电阻R10、二极管D1 的阴极、芯片IC5 的引脚2 和芯片IC5 的引脚6，三极管V1 的发射极连接二极管D1 的阳极和电阻R9，芯片IC4 的引脚4 连接电阻R9 的另一端、电阻R10 的另一端、二极管D4 的阳极、二极管D5 的阴极、继电器J 和芯片IC5 的引脚1，芯片IC5 的引脚5 连接电容C7 的另一端，芯片IC5 的引脚3连接二极管D3 的阳极，二极管D3 的阴极连接二极管D2 的阴极、电阻R11、电阻R12 和芯片IC2 的引脚4，电阻R11 的另一端连接二极管D4 的阴极和继电器J的另一端，电阻R12 的另一端连接二极管D5 的阳极。

中图分类号:TP212;TP217 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2010)06-0103-03具有温度补偿功能的超声波流量计设计翟兆松,毛端海,李世平,张冬磊(第二炮兵工程学院,西安710025)摘　要:针对当前榨油设备产油量难以准确测量的问题,提出具有温度补偿的测量方案,并完成了硬件设计和软件流程图的绘制。

方案采用以DSP T MS320F2810为处理核心的超声波流量计测量流量、单总线式温度传感器DS18B20采集温度,由微处理器STC89C52根据流量信息和温度信息进行补偿计算,最后得出在标准计量温度下的流量信息。

关键词:超声波流量计;温度补偿;实时时钟Desi gn of ultrason i c flow meter with te mperature co mpens ati on ZHA I Zhao2s ong,MAO Duan2hai,L I Shi2p ing,ZHANG Dong2lei(The Second Artillery Eng i n eer i n g College,X i’an710025,Ch i n a) Abstract:T o s olve the out put computati on p r oblem of the oil m ill,a te mperature compensati on method was given,the hard ware design and the fl ow chart were finished,t oo.To measure oil fl ow,an ultras onic fl owmeter with DSP T MS320F2810as core was used in this method,with the real ti m e te mperature infor mati on get by the single bus te mperature sens or DS18B20,then the MCU STC89C52calculates with the rate if fl ow and the te mperature,finally the standard rate of fl ow was get.Key words:ultras onic fl owmeter;te mperature compensati on;real ti m e cl ock0　引言目前我国榨油设备应用广泛,但对榨油设备的产油量的统计,却多数采用称重测量的方式。

温度补偿型燃气表检定装置摘要：膜式燃气表只能准确的计量标准状态下气体的体积，但在自然环境下使用的膜式燃气表由于受温度的波动影响，会对计量结果的准确性造成巨大的不确定性，而温度补偿型燃气表则能够很好的解决这个问题。

那么，如何建立一套高效的检定装置对具有温度补偿功能的燃气表进行检定呢？本文作者根据自己的工作实践，理论联系实际详尽阐述了如何建立温度补偿型燃气表的检定装置，对各实验室建立相似系统有借鉴意义。

关键词：温度补偿型燃气表温度试验场标准体积计量器引言温度的变化对于气体体积计量有非常显著的影响。

膜式燃气表由于在自然状态下安装使用，随着温度的变化，对其计量结果的准确性造成巨大的偏差。

所以温度补偿型燃气表的出现，也是自然而生的产品。

对于检定机构，建立这类燃气表的检定装置就显得尤为迫切。

温度补偿型燃气表的检定装置其特征在于：将流量检定与温度调整结合到一起，使在一定流量范围内的检定介质，流经换热装置后，使流体介质及被检设备迅速达到设定温度范围内的任意温度，并通过冷热对抗使温度场内温度均匀度、波动度均满足检定要求。

一、检定装置的研制原理该装置是一种检定具有温度补偿功能的燃气表，在设计温度范围内任意温度点的温度补偿功能和示值误差的检定装置。

因为具有温度补偿功能的膜式燃气表工作在不同的温度点（工况）时，可通过内部装置自行将温度变化产生的体积胀、缩量转换至国标温度下的体积量（标况）并进行计量。

目前，国内对于具有温度补偿功能的膜式燃气表的性能和误差检定，大多采用比对法。

其基本原理：采用建立场内场的办法进行对比分析被测计量器具的误差大小和温度补偿性能。

即在标准温度和压力场内建立可任意调节其设计范围内参数温度场的办法，利用标准场内的高精度标准计量装置计量示值和可调参数场内的被测计量器的计量示值进行对比，再利用过程中得到的温、压等参数，将标准器与被检表推算到统一状态下，然后分析得出被测计量器具的误差和温度补偿性能。

二、检定装置的建立步骤1）根据相关技术标准先行建立一个稳定的标准温度和压力场（标准计量器具设计标准状况下的使用场），并准备好达到设计需要的检定介质。

温度补偿膜式燃气表原理
膜式燃气表是一种使用较为广泛的燃气计量仪表，膜式燃气表具有准确度高、量程宽、性能稳定、性价比高等优势。

在膜式燃气表使用的过程中，其体积与温度的关系极为密切，在同样的压力下，20℃时1m3天然气，在-10℃时体积会变为0.8977m3 ，相比之下体积会缩小11%左右。

目前燃气公司购买燃气时是按照20℃进行计算，但是在使用的过程中收取费用，却是按照实际的温度进行结算，因此受温度的影响会导致燃气体系的计量出现误差，极其容易出现亏损问题。

因此需要在膜式燃气表中加入温度补偿功能，从而实现不同温度下的燃气表的精准计量。

温度补偿膜式燃气表内部安装有温度传感器，同时内部还安装磁铁，当气体在燃气表内部通过时磨片会反复运动，从而带动计数器的转动，当靠近计数器附近的干簧管时干簧管会吸合，这代表着一个脉冲输出在家用的燃气表中，一个脉冲意味着10L的燃气数量。

单片机会根据脉冲和温度来转化成标准温度的体积以电子的方式显示在液晶屏上，不仅能够核查计数器是否出现异常，还能保留计数器异常的情况，避免发生纠纷。

超声波燃气表技术报告一、超声波燃气表优点1.量程宽2.精度高超声波燃气表精度高（分界流量点以上精度±0.5%，分界流量点以下精度±1%以内），重复性好，特别是在分界流量点下的计量精度，与膜式燃气表相比，有较大改善。

3.寿命长免维护超声波燃气表由于其全电子结构特点，无机械传动部分，运行无机械噪音，计量部件无磨损，长期使用计量精度不劣化，耐久性好，使用寿命长。

4.防窃用超声波燃气表采用时差计量，不分左右表，自动识别气体流动方向，倒装表仍可高精度计量，同时记录时间及用量。

表具有拆表检测功能，根据超声波在不同介质中的传播速度不同，超声波表可识别异常拆表动作，记录拆表时间。

表具有防计数器破坏功能，超声波表具不存在任何机械运动部件，没有机械计数轮，用户用于普通膜式表的破坏计数器盗气手段无法应用。

超声波表具有防打孔功能，超声波燃气表计量方式为速测试，不存在普通皮膜表的气室，因而打孔盗气无可能。

5.无磁感元件超声波燃气表为全电子表，计量不易受磁场影响。

6.更安全超声波燃气表可内置安全功能模块，可检测异常流量（超大及超小流量、恒流超时使用等），增强了燃气表使用安全性。

燃气表在使用中自动判断出现的异常流量及持续时间，实现超大及超小流量检测、恒流超时判断功能，针对突发过流、脱管、长时间的非正常使用、胶管断裂或老化而导致的各类流量异常现象实现瞬间自动关闭，加强户内燃气使用安全，提高燃气表在使用过程中的安全性能。

总结：与机械表相比在体积、精度、重复性以及寿命、维护、智能化扩展方面都有优势。

二、超声波燃气表现状1、总体情况到目前为止国内还没有真正采用国内技术方案的家用超声波燃气表出现。

走在前沿的几家公司，多数使用松下的方案，也就是买松下的电路板+超声波家用燃气表换能器，自己配外壳组装。

有数据称2013年全年销量约8-9万台。

2、主要技术难题供电电压限制因为供电限制（电池供电，一般用3-4节碱性电池，就是4.5V-6V 的供电电压），电路发射电压在5V-24V。