新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表的制作方法

新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表，屬于自動檢測【技術領域】中的節流式流量計；由中部通孔動節流元件（絕大部分場合使用動文丘里管）、單波紋管、支承簧片、表殼、力傳感器組成；該燃氣表有兩種結構型式，一種是在單波紋管內腔中部固定安裝一個中部通孔的動節流元件，另一種是將單波紋管中段的形狀制作成中部通孔動節流元件廓形，中部通孔動節流元件及其固定配件由彈性支承簧片承重；該遠傳燃氣表結構簡單，因而價格與膜式燃氣表相當，比其它遠傳燃氣表的價格低得多，卻具有精度高、體積小、阻力損失小、功耗小、使用壽命長等特點，而且具有本質安全性能，具有極廣闊的發展前景。
【專利說明】新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種在自動檢測【技術領域】中實現流量檢測的儀表，特別是涉及電子式 遠傳燃氣表。

【背景技術】
[0002] 燃氣表是計量收費和燃氣節約管理的有效計量工具，其中，小口徑的戶用型膜式 燃氣表占燃氣表總用量的大多數。膜式燃氣表采用純機械結構，體積大且不能直接輸出 電子信號，但價格便宜，較適合普通居民用戶燃氣使用的低壓、小流量和月消耗量不大的現 狀。在燃氣計量收費方面，國內很多地方至今還延用入戶抄表的方式。該方式存在入戶難 度大、成本高、糾紛多、拖欠費嚴重、資金回收周期長等問題，不僅給居民生活造成不便，還 存在入室搶劫、偷盜、行兇等安全隱患。為解決入戶抄表的上述問題，燃氣業界推出了遠傳 燃氣表和IC卡燃氣表兩大類智能燃氣表解決方案。遠傳燃氣表包括兩大類，一類是在機械 結構的膜式燃氣表基表上加裝機電信號轉換裝置形成的遠傳燃氣表，另一類是W超聲式、 質量式、祀式等流量計為基表的電子遠傳燃氣表。遠傳燃氣表和IC卡燃氣表的價格比普 通膜式燃氣表貴很多，且在使用中出現了很多不利于它們推廣使用的問題。智能燃氣表雖 然是行業今后的發展方向，但目前在基表技術和自動抄表技術方面還有很多需要改進的地 方，因此，設計一種基于節流裝置，因而價格在機械結構的膜式燃氣表上下，但性能又比膜 式燃氣表優越得多的遠傳燃氣表，就是一項很有意義的工作。在流量測量領域，節流裝置的 發展有一個較長的歷史進程。早在17世紀初，卡斯特里和巧里拆利的研究就為節流裝置奠 定了理論基礎。20世紀20年代，美國和歐洲一些國家幾乎同時開始進行大規模的節流裝 置的試驗研究，由此產生了至今仍廣泛使用的差壓式流量計。但很可惜，該些歐美科學家因 循了此前的固定式節流裝置的研究模式，導致他們研制出的差壓式流量計并沒有發揮出節 流裝置應有的全部優點。其實在波紋管僅僅提出十幾年W后的1855年，德國就已經最先發 表了制造波紋管的專利，在此基礎上，完全可W研制出性能更佳的動節流元件流量計。為了 充分發揮節流裝置在流量測量中的優勢性能，專利 申請人:研制了多種新型動節流元件流量 計。在被測流體工作壓力較高的場合，可使用"內置式中部通孔動節流元件流量計"（專利 號化201210118468. 1);而在被測流體工作壓力不太高的場合，可使用結構更簡單的"中部 通孔動節流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計"（專利號化201110187493. 0)。上述兩 種流量計均采用孔板、噴嘴或文丘里管廓形的中部通孔的動節流元件作為流量計的核也部 件。與差壓式流量計比較，上述流量計有下列優點。首先，該流量計不使用導壓管，而是直 接測量流體對動節流元件的推力，因而結構更簡單，價格也更低。其次，差壓式流量計主要 使用孔板，而該流量計主要使用動文丘里管，因而流動阻力小、使用壽命長、測量精度也更 高。再次，由于該流量計主要使用動文丘里管，又沒有導壓管，防堵塞能力也大大優于差壓 式流量計。最后，由于該流量計不使用導壓管，因而可測量小管徑流量，使用范圍更廣。但 在"中部通孔動節流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計"中，在動節流元件兩端各配接一 個波紋管是一個比較困難的工藝，該是因為使薄壁金屬波紋管與動節流元件相互連接存在 問題，無論螺紋連接或焊接都因為波紋管的壁較薄而較難實施，從而影響了該種動節流元 件流量計的推廣。因此，需要設計一種基于新型結構的中部通孔動節流元件流量計的遠傳 燃氣表，克服上述動節流元件流量計在加工工藝上遇到的困難。設計出的新型遠傳燃氣表 具有結構簡單、造價低、各方面性能優良并適于小管徑、小流量測量的特點，是一種綜合效 果較佳的遠傳燃氣表。


【發明內容】

[0003] 由于"中部通孔動節流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計"存在制造工藝上的 困難，不利于基于該種結構中部通孔動節流元件流量計的遠傳燃氣表的推廣使用，因此，需 要研制一種在結構上使制造工藝簡單化的中部通孔動節流元件遠傳燃氣表。
[0004] 本發明為解決其技術要求所采用的技術方案如下：如說明書附圖所示，研制的燃 氣表是一種新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表，由中部通孔動節流元件、波紋管、表殼、 力傳感器組成；新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表為單波紋管中部通孔動節流元件遠傳 燃氣表，該燃氣表有兩種結構型式，一種是在一個波紋管內腔中部安裝一個中部通孔動節 流元件，中部通孔動節流元件的位置固定配件安裝在波紋管外表面的中部，波紋管一端與 燃氣表表殼的被測流量入口端密封連接，波紋管另一端與燃氣表表殼的被測流量出口端密 封連接，中部通孔動節流元件及其固定配件由彈性支承黃片承重，每個支承黃片一端與固 定配件固定連接，另一端與燃氣表表殼固定連接；另一種是將一個波紋管中段的形狀制作 成中部通孔動節流元件廓形，中部通孔動節流元件廓形的形狀固定配件安裝在波紋管該廓 形的外表面上，波紋管一端與燃氣表表殼的被測流量入口端密封連接，波紋管另一端與燃 氣表表殼的被測流量出口端密封連接，波紋管的中部通孔動節流元件廓形及其固定配件由 彈性支承黃片承重，每個支承黃片一端與固定配件固定連接，另一端與燃氣表表殼固定連 接。支承黃片由薄彈黃鋼片制成，其特點是，支承黃片在豎直方向上的剛度很大，可W在無 豎直方向位移的情況下，將動節流元件及其固定配件的重量傳遞到表殼殼體上；而支承黃 片在管道軸向上的剛度又很低，使得動節流元件有軸向位移時，支承黃片產生的反彈力相 對于被測燃氣的推力可W忽略。
[0005] 本發明的有益效果是，與差壓式流量計相比，本遠傳燃氣表和已有專利"中部通孔 動節流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計"一樣，具有結構簡單、價格低、阻力損失小、使 用壽命長、精度高、防堵塞、應用范圍廣等優點。并且，與已有專利"中部通孔動節流元件配 接彈性膜片或波紋管的流量計"相同，單波紋管中部通孔動節流元件遠傳燃氣表依據的也 是比質量式、超聲波式等其他遠傳燃氣表測量原理更基本的流量特性（節流原理），因而比 它們的適應性和可靠性更高。比如，當測量條件大幅偏離允許范圍時，被測燃氣對動節流元 件產生的推力是不會跟著消失的，頂多是測量誤差增大一些；而質量式、超聲波式等遠傳燃 氣表的測量誤差則要大得多，甚至可能使該些遠傳燃氣表的測量功能失效。最后，本遠傳燃 氣表優于已有專利"中部通孔動節流元件配接彈性膜片或波紋管的流量計"的是，由于動 節流元件是安裝在單波紋管內，甚至是直接將動節流元件廓形制作在單波紋管中段，沒有 薄壁波紋管與節流元件連接上的制造工藝困難問題，因而，本發明簡化了中部通孔動節流 元件遠傳燃氣表的制造工藝，降低了其制造成本。由上述可見，該遠傳燃氣表結構簡單，因 而價格與機械結構的膜式燃氣表相當，比其它遠傳燃氣表的價格低得多，卻具有精度高、體 積小、阻力損失小、功耗小、使用壽命長等特點，而且具有本質安全性能，因而具有極廣闊的 發展前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發明的第一個實施例的結構原理圖。
[0007] 圖2是第一個實施例中支承黃片的原理示意圖。
[000引圖3是本發明的第二個實施例的結構原理圖。
[0009] 圖4是本發明的第H個實施例的結構原理圖。
[0010] 圖5是本發明的第四個實施例的結構原理圖。
[0011] 圖中1.動文丘里管，2.波紋管，3.雙孔息臂梁，4.應變片，5.表殼蓋，6.表殼， 7.密封墊圈，8.開口卡圈，9.平墊圈，10.表殼入口接管，11.表殼出口接管，12.下固定 瓦，13.上固定瓦，14.支承黃片，15.表殼入口外部接管，16.表殼出口外部接管，17.鎖緊 螺帽，18.挽性過濾介質。

【具體實施方式】
[0012] 在W下H個實施例中，為了減少流動阻力損失，中部通孔動節流元件均采用動文 丘里管1，該也是本遠傳燃氣表最常用的動節流元件。但在有些應用場合，動文丘里管1也 可被替換為動孔板或動噴嘴，由于遠傳燃氣表其他部分均可保持原結構形式不變，故不再 一一費述。另外，為使文字更簡明，在各實施例的附圖中，部件位置關系規定：W左側為前， W右側為后。
[001引 實施例一
[0014]在圖1的實施方案中，動文丘里管1放置在一個波紋管2內腔中部，動文丘里管1 兩端的外直徑稍小于其中間部分的外直徑，上固定瓦13與下固定瓦12兩端凸緣的內側面 具有與波紋管2外表面波谷相匹配的形狀，由于波紋管是薄壁的，很容易產生輕微的變形， 因此，當上固定瓦13與下固定瓦12相互鎖緊時，波紋管2外面的固定瓦內凸緣能夠卡住動 文丘里管1直徑稍小的兩端外邊緣，使動文丘里管1與波紋管2中間各波的相互位置在測 量過程中保持不變。從圖2中可W看到，動文丘里管1、上固定瓦13與下固定瓦12的重量 是由四個支承黃片14支承的，支承黃片14上有豎直向波紋，可W保證支承黃片14在豎直 方向上有較大的剛度，同時在管道軸向上剛度又很低。支承黃片14的厚度在滿足垂直方向 剛度的情況下應盡量的薄，因而當動文丘里管1有軸向位移時，支承黃片14產生的反彈力 相對于流體推力可W忽略不計。為便于燃氣表裝配，在波紋管2穿過表殼6前、后通孔后， 將鎖緊后外徑大于表殼6前、后通孔直徑的開口卡圈8卡入波紋管2兩端波谷處，再將安 裝在表殼入口接管10和表殼出口接管11上的密封墊圈7與波紋管2兩端密封面接觸，最 后用螺絲將表殼入口接管10、表殼出口接管11壓緊在表殼6上，波紋管2兩端就被固定在 表殼6的前、后通孔處，并形成一個被測燃氣從燃氣表表殼入口接管10流入，然后流經動文 丘里管1，再由燃氣表表殼出口接管11流出的無泄漏的流動通道。當被測燃氣流過動文丘 里管1時，燃氣的流量越大，燃氣對動文丘里管1的推力也越大，動文丘里管1又通過上固 定瓦13上的傳動機構將該個推力作用在力傳感器的彈性元件雙孔息臂梁3上，雙孔息臂梁 3產生與推力對應的應變，使得分別貼在雙孔息臂梁3正、負應變區的應變片4的電阻產生 差動變化，該個電阻的差動變化經力傳感器中的電橋與放大器進一步處理后輸出與推力對 應的電信號。為了燃氣表信號遠傳的需要，力傳感器采用了 8管腳單芯片的XTRl15型二線 制電流變送器，其通信與供電線路合一，無需再單獨敷設通信纜線。本燃氣表采用每單元 設一總表，每戶一分表的工作模式，W大幅減少每戶分表的造價。該遠傳燃氣表自身不設電 源，由遠處總表的電源通過上述兩根通信、供電共用線纜供電。分表僅實時測量燃氣的瞬時 燃氣量、由總表統一對各表瞬時燃氣量進行累計燃氣量的積算并統一給各分表供電。通常 使用智能化總表和模擬化分表，總表對各分表分時供電，即僅在對某塊分表采樣W讀取其 瞬時燃氣量值時，才對其供電，該既大大減小了總表電源容量，又大大減小了各塊分表的功 耗。當分表輸出為4?20mA直流信號，總表電源為24V直流電壓時，米樣時間4s，米樣開關 閉合時間<0. 02s，則每塊分表月耗電僅1度。該個耗電量雖然比僅在讀取累計值時才通電 的光電直讀式遠傳燃氣表的耗電量多，但該個耗電量顯然可W滿足遠傳燃氣表經濟運行的 要求，何況其還有進一步減少的可能。另外，由于分表輸出的是4?20mA活零點的直流信 號，使得智能總表很容易判斷各分表斷線和短路故障。最后值得一提的是，本遠傳燃氣表的 每塊分表都是采取安全火花防爆設計方法的本質安全儀表，當用戶燃氣泄漏時，燃氣表故 障產生的安全火花的能量是不足W引爆可燃氣體的；而且燃氣管道只引到分表而不必引到 設在樓梯間等處的總表，總表和每塊分表間只有兩根線纜連接。力傳感器電路W單芯片的 XTR115型二線制電流變送器為主體，總表引出的兩根線纜分別接至每塊分表力傳感器電路 XTRl15的4、7管腳，給XTRl15供電并接受其輸出的4?20mA直流信號的瞬時燃氣值，貼在 雙孔息臂梁上的應變片組成的電橋由XTR115的1、3管腳間接供電。安全火花防爆設計包 括兩條措施；一是XTR115外接的幾個電子元件中無電感器，電容器數值很小化Oly巧并 可并聯二極管消除不安全火花，該種電路設計既有利于縮短每塊分表對應的總表采樣開關 閉合所需的時間，又有利于防止分表電路產生不安全火花；二是總表直流電源中設有限流、 限壓的防爆柵電路，可防止過電流、過電壓經兩根線纜竄入分表。上述第一條措施使得危險 場所（分表處有燃氣管道）不產生不安全火花，第二條措施使得安全場所（總表處無燃氣 管道）的不安全火花到不了危險場所。從圖1還可W看出，即使因制造缺陷造成燃氣漏出 波紋管2,只要燃氣表表殼6維持密封，并采取密封式電纜接頭出線，該遠傳燃氣表仍能正 常工作，而不會出現燃氣泄漏事故。
[0015]與經典文丘里管的廓形相比，由于動文丘里管1沒有取壓管，所W經典文丘里管 為取壓所設的入口圓筒段與圓筒形喉部都沒有保留的必要，故動文丘里管1廓形只有圓錐 收縮段和圓錐擴散段。另外，為縮短動文丘里管1長度，圓錐收縮段的圓錐角度取為40°， 圓錐擴散段的圓錐角度取為15°。在直徑比目=0.4?0.75范圍內，動文丘里管1全長大 約只是管徑的1. 5?2. 0倍。由于動文丘里管1的長度大大小于經典文丘里管，在目〉0. 6 時，其壓損甚至小于經典文丘里管。在最大流量和動文丘里管1 口徑不變的情況下，直徑比 目越大，壓損越小，動文丘里管1也越短，但被測燃氣在動文丘里管1上產生的最大推力也 越小，對力傳感器的要求較高。由于被測燃氣在動文丘里管1上產生的最大推力比動孔板 小得多，因此需要使用小量程的力傳感器。如按常規方法設計小量程力傳感器，則必然使得 其彈性元件的剛度很小，但該要導致力傳感器的非線性、重復性、滯后和蠕變等性能指標變 壞，達不到高準確度的要求。目前，通常采用低彈性模量的鉛合金雙孔息臂梁結構彈性元件 的設計方案來解決靈敏度與剛度該對矛盾。采用上述雙孔息臂梁結構后，由于把應變片4 貼在雙孔息臂梁3的應力集中處，即使在整個量程范圍內作用在雙孔息臂梁3上的力都很 小，梁的挽度也始終小于一個微量數值，但在雙孔息臂梁3粘貼應變片4處產生的應變卻比 較大，能夠滿足后續處理電路的要求。
[0016]被測燃氣作用在動文丘里管1上的推力與被測流量之間關系的分析如下；動文丘 里管1安置在水平直管道上，該樣，研究動文丘里管1前、后燃氣的位能變化時就只需考慮 靜壓能，因此根據流體力學可W得出

【權利要求】
1. 一種新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表，由中部通孔動節流元件1、波紋管2、表 殼6、力傳感器組成，其特征在于：新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表為單波紋管中部通 孔動節流元件遠傳燃氣表，在該燃氣表中，在一個波紋管2內腔中部安裝一個中部通孔的 動節流元件1，中部通孔動節流元件的位置固定配件12、13安裝在波紋管2外表面的中部， 波紋管2 -端與燃氣表表殼6的被測流量入口端密封連接，波紋管2另一端與燃氣表表殼6 的被測流量出口端密封連接，中部通孔動節流元件1及其固定配件12、13由彈性支承簧片 14承重，每個支承簧片14 一端與固定配件12、13固定連接，另一端與燃氣表表殼6固定連 接。
2. -種新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表，由波紋管2、表殼6、力傳感器組成，其 特征在于：新型中部通孔動節流元件遠傳燃氣表為單波紋管中部通孔動節流元件遠傳燃氣 表，在該燃氣表中，將一個波紋管2中段的形狀制作成中部通孔動節流元件廓形，中部通孔 動節流元件廓形的形狀固定配件12、13安裝在波紋管2該廓形的外表面上，波紋管2 -端 與燃氣表表殼6的被測流量入口端密封連接，波紋管2另一端與燃氣表表殼6的被測流量 出口端密封連接，波紋管2的中部通孔動節流元件廓形及其固定配件12、13由彈性支承簧 片14承重，每個支承簧片14 一端與固定配件12、13固定連接，另一端與燃氣表表殼6固定 連接。
【文檔編號】G01F1/36GK104359514SQ201410521201
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】王可崇 申請人:王可崇